一、项目概述

本项目以意法半导体官方 BLE_HealthThermometer 例程为起点，把原来的“模拟温度数据”彻底替换为 STM32WBA65RI 芯片内部温度传感器经 ADC 真实转换的温度，并通过标准蓝牙 Health Thermometer 服务（0x1809）对外上报；同时新开发了一套 Windows 上位机（C# / WPF），实现蓝牙设备扫描、连接、通知订阅、测量间隔配置、实时数值与曲线展示，用于室内环境温度监测。

改造后的数据通路上，任何一个环节都是真实可测的：温度传感器 → ADC 采样 → 出厂校准换算 → HTS 特征值 → BLE 通知 → 上位机解析与绘图。项目最终交付两部分：可直接烧录的固件工程，以及一套复制即用、无需安装运行时的自包含上位机程序。

1.1 项目目标

使用芯片内部温度传感器（VSENSE 通道）替代例程中的 RTC 计数器伪造值，输出真实温度。

温度分辨率提升到 0.01 ℃，显示量程限定在 0.00 ℃ 至 100.00 ℃ 并保留两位小数。

保持与 Bluetooth SIG Health Thermometer Profile 的协议兼容，手机或电脑通用客户端均可读取。

提供可独立分发的上位机程序，在其他电脑上无需配置开发环境即可使用。

1.2 系统组成

硬件：NUCLEO-WBA65RI 开发板——板载 STM32WBA65RI，集成 BLE 5.4 射频与内部温度传感器。

固件：STM32CubeWBA 固件包 V1.10.0——基于 BLE_HealthThermometer 例程改造，使用 Keil MDK 编译。

协议：Health Thermometer 服务 0x1809——包含温度测量 0x2A1C、中间温度 0x2A1E、测量间隔 0x2A21。

上位机：蓝牙温度计（C# / WPF）——负责蓝牙扫描、连接、订阅、曲线绘制、断线自动重连、接收计数管理与数据导出。

1.3 数据流

芯片内部温度传感器电压 → ADC 采样得到原始码值 → 结合出厂校准值 TS_CAL1 / TS_CAL2 与实时 VREFINT 电压做定点换算 → 得到 0.01 ℃ 单位的温度 → 写入 HTS 温度测量特征 → 蓝牙 Indicate 通知 → 上位机按协议解析 → 界面数值与曲线。

二、STM32WBA65RI 固件项目

2.1 工程基础

固件包：STM32Cube_FW_WBA_V1.10.0，工程位于 Projects/NUCLEO-WBA65RI/Applications/BLE/BLE_HealthThermometer。

开发环境：Keil MDK（ARMCLANG V6.24）与 STM32CubeIDE 双工程并存，共用同一套源码，按需选择其一即可。

板载资源：Cortex-M33 内核，BLE 5.4 协议栈使用 ST 的 WPAN 框架，低功耗管理由 stm32_lpm 与 UTIL_TIMER 提供。

原始例程行为：温度值由 RTC 亚秒寄存器加固定偏移伪造，恒在 0.37 ℃ 至 0.40 ℃ 之间，与真实环境无关。

static int32_t HTS_APP_Read_InternalTemperature ( void )
{
  int32_t sample_centideg = 0;
  int32_t sum_centideg = 0;
  uint8_t index;

  if(ADCCTRL_RequestIpState(&HTS_TempRequest_Handle, ADC_ON) != ADCCTRL_OK)
  {
    LOG_INFO_APP("HTS: ADC activation failed\n");
    return HTS_TEMPERATURE_DEFAULT_CENTIDEG;
  }

  for(index = 0; index < HTS_ADC_SAMPLES_NB; index++)
  {
    if(ADCCTRL_RequestTemperatureValues(&HTS_TempRequest_Handle, &sample_centideg) != ADCCTRL_OK)
    {
      LOG_INFO_APP("HTS: ADC temperature read failed\n");
      (void)ADCCTRL_RequestIpState(&HTS_TempRequest_Handle, ADC_OFF);
      return HTS_TEMPERATURE_DEFAULT_CENTIDEG;
    }
    sum_centideg += sample_centideg;
  }

  (void)ADCCTRL_RequestIpState(&HTS_TempRequest_Handle, ADC_OFF);

  /* Average of the samples, already expressed in the 0.01 °C unit used by
     the Health Thermometer service */
  sum_centideg = (sum_centideg + (HTS_ADC_SAMPLES_NB / 2)) / HTS_ADC_SAMPLES_NB;

  /* Keep the reported temperature within the 0 - 100 °C range */
  if(sum_centideg < HTS_TEMPERATURE_MIN_CENTIDEG)
  {
    sum_centideg = HTS_TEMPERATURE_MIN_CENTIDEG;
  }
  else if(sum_centideg > HTS_TEMPERATURE_MAX_CENTIDEG)
  {
    sum_centideg = HTS_TEMPERATURE_MAX_CENTIDEG;
  }
  else
  {
    /* Nothing to do */
  }

  return sum_centideg;
}

2.2 从模拟数据到真实 ADC

原始例程中温度值的来源只有一行代码，读数来自 RTC 而非温度传感器：

/* 改造前：伪造值 */measurement = ((HTS_APP_Read_RTC_SSR_SS()) + 37);改造后，温度统一从 ADC 请求，并由应用层做多次采样平均与量程钳位：/* 改造后：内部温度传感器采样 */ADCCTRL_RequestIpState(HTS_TempRequest_Handle, ADCCTRL_STATE_ON);ADCCTRL_RequestTemperatureValues(HTS_TempRequest_Handle, samples, &value);ADCCTRL_RequestIpState(HTS_TempRequest_Handle, ADCCTRL_STATE_OFF);换算不再使用整摄氏度宏，而是按下面的定点公式完成，保留两位小数且不引入浮点开销：Temp(0.01℃) = CAL1_TEMP + (raw × VDD − 3300mV × CAL1)× (CAL2_TEMP − CAL1_TEMP)÷ (3300mV × (CAL2 − CAL1))其中 CAL1 / CAL2 为芯片出厂写入 OTP 的温度校准码值，VDD 由同一控制器采集的 VREFINT 通道实时反推，因此不同芯片、不同供电电压下都能保持一致精度。

2.3 关键改动点

System/Config/ADC_Ctrl/adc_ctrl_conf.c / .h：新增应用专用句柄 HTS_TempRequest_Handle，通道为内部温度传感器，采样时间 814.5 周期，为应用层提供独立的 ADC 请求入口。

Common/WPAN/Modules/adc_ctrl.c / .h：新增 ADCCTRL_RequestTemperatureValues()，把原始码值按校准参数定点换算为 0.01 ℃，解决原接口只有整摄氏度的问题。

STM32_WPAN/App/hts_app.c：删除 RTC 伪造逻辑，改为 4 次采样平均并钳位到 0 ℃ 至 100 ℃，向上位机上报真实温度。

STM32_WPAN/App/hts_app.c：新增 0x2A1C 指示确认流控——跟踪每条 Indicate 的确认状态，连续 3 个测量周期未收到确认即主动断开链路，由上位机重连恢复，避免协议栈 BUSY 后数据流永久停摆。

STM32_WPAN/App/hts_app.c + hts.c：在 ACI_GATT_SERVER_CONFIRMATION 事件中解除流控阻塞；补发缓存改用 HTS_OldIndex 索引，发送失败保留记录下周期重试。

Core/Src/main.c：新增 IWDG 独立看门狗（约 4.1 秒超时），主循环喂狗；若上次为看门狗复位则点亮 LD3 并通过串口打印复位原因，便于现场取证。

Core/Src/main.c：TIM17 以 500 毫秒周期翻转 LED1，作为程序运行的直观指示。

STM32_WPAN/App/hts_app.c：新增 3 分钟自动软复位定时器，到时调用 NVIC_SystemReset() 重启系统，规避长期运行后协议栈或应用层可能出现的不可恢复状态。

Common/WPAN/Modules/adc_ctrl.c：所有 ADC 轮询循环增加超时上限，超时返回错误并回退默认温度，替代原来的 Error_Handler 死循环。

蓝牙温度计（新增目录）：C# / WPF 上位机与 dist 发布目录，承担设备扫描、连接、订阅与曲线展示。

说明：原有 ADCCTRL_RequestValues() 接口完全未改动，射频温度校准路径继续使用整数换算，两条路径通过 ADC 控制器的请求计数与互斥机制串行执行，互不影响。

2.4 蓝牙服务与协议

Health Thermometer 服务 0x1809：温度测量主服务，客户端据此识别设备类型。

温度测量特征 0x2A1C：属性为 Indicate，数据包含 Flags、温度值，可选时间戳与测量类型。

中间温度特征 0x2A1E：属性为 Notify，仅在客户端订阅时才采样，用于降低空闲功耗。

测量间隔特征 0x2A21：属性为可写，单位为秒，固件接受任意非零值，便于上位机自定义采样节奏。

温度值按 HTS 规范的 IEEE-11073 SFLOAT 编码，固件内部以 0.01 ℃ 为单位计算，上报时按协议要求拆分为尾数与指数，因此上位机解析后可直接得到两位小数。Flags 字段中同时标记了单位（摄氏度 / 华氏度）、是否携带时间戳、测量类型（本次为体温以外的通用温度类型）。

2.5 编译、烧录与验证

Keil 编译结果：0 Error(s)，0 Warning(s)，Program Size: Code=204632，RO-data=12060，RW-data=14016，ZI-data=29192。

烧录：STM32CubeProgrammer 写入起始地址 0x08000000，校验通过后自动复位。

运行验证：串口 115200 连续输出 HTS_APP_Measurement: 2814、2811 等日志，即 28.14 ℃、28.11 ℃，数值随芯片温度缓慢波动。

对照判据：旧固件日志为 37 至 40（即 0.37 ℃ 至 0.40 ℃），若 ADC 读取失败则固定回退为 2500（25.00 ℃），因此日志出现 2814 可确认走的是真实 ADC 链路。

2.6 长期运行稳定性设计

针对“连续运行约 1000 秒后数据停止更新”这一实测问题，固件从发送路径、系统看护与周期复位三个层面做了加固：

指示确认流控：BLE 协议栈规定上一条 Indicate 未被对端确认前会拒绝新的指示并返回 BUSY。应用层跟踪确认状态，未确认时跳过当次发送；连续 3 个周期未确认或协议栈明确返回 BUSY 时，调用 aci_gap_terminate 主动断链，等待上位机自动重连，避免永久停摆

独立看门狗：IWDG 以约 4.1 秒为超时，主循环每次迭代喂狗；任何环节（协议栈、ADC、调度器）卡住超过该时间都会触发硬件复位，复位后通过复位标志点亮 LD3 并输出日志。

定时软复位：程序运行满 3 分钟由定时器触发 NVIC_SystemReset()，主动重启到干净的初始状态；配合上位机的自动重连，用户几乎无感知。

LED 运行指示：LED1 每 500 毫秒翻转一次，现场一眼即可判断固件是否在正常运行。

ADC 超时保护：ADCCTRL 所有硬件轮询均有循环上限，ADC 异常时返回默认值 25.00 ℃ 而不是死等，杜绝单点故障拖死整个系统。

三、上位机 C# 项目

3.1 技术选型

框架：.NET WPF，目标框架 net11.0-windows10.0.19041.0，直接使用系统 Windows.Devices.Bluetooth（WinRT）提供的 GATT 客户端接口，不依赖任何第三方蓝牙库。

优势：无需驱动与额外安装包，Windows 10 及以上系统原生支持；同一套 API 也能直接用于后续扩展其他 GATT 服务。

3.2 代码结构

HtsClient.cs：蓝牙扫描、连接、服务与特征发现、订阅通知、写入测量间隔、按 HTS 规范解析数据。

MainWindow.xaml：界面布局，包含设备列表、操作区、当前温度显示、曲线绘图区与日志区。

MainWindow.xaml.cs：界面逻辑，负责扫描列表刷新、连接与断开、曲线绘制、日志输出。

TemperatureMonitor.csproj：项目配置与发布参数。

dist/ 发布目录：自包含发布产物（TemperatureMonitor.exe 与 .NET 运行时 dll），整个目录复制到其他电脑即可直接运行。

3.3 主要功能

主要代码如下所示：

    private void RedrawChart()
    {
        ChartCanvas.Children.Clear();        double width = ChartCanvas.ActualWidth;        double height = ChartCanvas.ActualHeight;        if (width < 80 || height < 60)
        {
            return;        }

        const double padLeft = 46;        const double padRight = 10;        const double padTop = 8;        const double padBottom = 18;        double plotWidth = width - padLeft - padRight;        double plotHeight = height - padTop - padBottom;        if (plotWidth <= 0 || plotHeight <= 0)
        {
            return;        }

        if (_history.Count == 0)
        {
            var hint = new TextBlock
            {
                Text = "等待温度数据…",
                Foreground = HitBrush,
                FontSize = 12            };            Canvas.SetLeft(hint, padLeft);            Canvas.SetTop(hint, padTop + plotHeight / 2);
            ChartCanvas.Children.Add(hint);            return;        }

        /* 曲线纵轴固定在 0 - 100 °C，与显示量程一致 */
        double min = TemperatureReading.MinCelsius;        double max = TemperatureReading.MaxCelsius;        var gridBrush = GridBrush;        var labelBrush = LabelBrush;        for (int i = 0; i <= 3; i++)
        {
            double y = padTop + plotHeight * i / 3.0;
            ChartCanvas.Children.Add(new Line
            {
                X1 = padLeft,
                Y1 = y,
                X2 = padLeft + plotWidth,
                Y2 = y,
                Stroke = gridBrush,
                StrokeThickness = 1            });            var label = new TextBlock
            {
                Text = (max - (max - min) * i / 3.0).ToString("F2"),
                Foreground = labelBrush,
                FontSize = 10            };            Canvas.SetLeft(label, 8);            Canvas.SetTop(label, y - 8);
            ChartCanvas.Children.Add(label);        }

        double step = plotWidth / (MaxHistory - 1);        /* 曲线从左往右绘制：第 1 个点固定在左边界 */
        double startX = padLeft;        var points = new PointCollection();        for (int i = 0; i < _history.Count; i++)
        {
            double x = startX + step * i;            double y = padTop + plotHeight * (max - _history[i]) / (max - min);            points.Add(new Point(x, y));        }

        ChartCanvas.Children.Add(new Polyline
        {
            Points = points,
            Stroke = LineBrush,
            StrokeThickness = 2,
            StrokeLineJoin = PenLineJoin.Round        });        Point last = points[^1];        var marker = new Ellipse
        {
            Width = 7,
            Height = 7,
            Fill = LineBrush        };        Canvas.SetLeft(marker, last.X - 3.5);        Canvas.SetTop(marker, last.Y - 3.5);
        ChartCanvas.Children.Add(marker);    }}

扫描：列出附近所有广播中的蓝牙设备（名称、地址、信号强度），对同一设备做短时间去重，未命名设备同样显示，便于排查。

连接：连接指定设备后自动发现 0x1809 服务与相关特征，订阅 0x2A1C（Indicate）与 0x2A1E（Notify），并把界面所选测量间隔写入 0x2A21。

测量间隔：下拉框提供 1、2、5、10、30、60 秒预设，也可直接键入任意秒数，解析范围 1 至 600 秒，非法输入自动回退为 2 秒。

显示：当前温度以两位小数大字号显示，范围钳位 0.00 ℃ 至 100.00 ℃；曲线纵轴固定为 0、33.33、66.67、100.00 ℃ 四档。

曲线：保留最近 120 个采样点，第 1 个点固定绘制在绘图区左边界，后续点依次向右延伸，满窗后整体左移，形成左进右出的走势。

日志：扫描、连接、订阅、收到数据、错误等事件均带时间戳实时输出，便于现场定位问题。

接收计数与自动清零：状态区实时显示“已接收 N 次”；累计超过 300 条时自动清空图表、日志与历史缓存并从 1 重新计数，防止长期运行后内存无限膨胀。

数据导出：一键把本次连接收到的全部温度记录导出为 UTF-8 CSV 文件，Excel 可直接打开。

断线自动重连：非手动断开（如下位机软复位、链路丢失）后，每 3 秒自动重连上次设备；超过 1 分钟仍未成功则停止并提示手动连接。用户手动点“断开连接”不会触发重连。

状态颜色提示：状态文字在正常时为灰色、已连接为青色、断开或失败为红色，远距离一眼可辨。

连接重试：连接阶段遇到 Windows 蓝牙栈返回的 AccessDenied / Unreachable 等瞬时错误时，自动按递增间隔重试 4 次，覆盖设备刚上电或上一会话未释放的常见场景。

3.4 发布与运行环境

发布命令使用自包含多文件模式，目标机无需安装 .NET 运行时：

dotnet publish -c Release -r win-x64 --self-contained tru

-o dist

产物：蓝牙温度计/dist/ 目录，内含 TemperatureMonitor.exe 及全部 .NET 运行时 dll；使用时整个目录一起拷贝，仅拷贝 exe 无法运行。

运行环境：64 位 Windows 10（19041 及以上）或 Windows 11，需具备蓝牙 LE 适配器并已开启系统蓝牙。

采用多文件自包含而非单文件打包的原因：大体积自解压单文件 exe 容易被 Windows Defender / SmartScreen 误判拦截，出现双击无反应；多文件形态无自解压过程，可直接启动。

四、项目开发要点总结

ADC 资源必须共用同一控制器。WBA 系列的射频温度校准本身就占用 ADC，若应用层自行初始化 ADC 会产生抢占与状态残留；复用 ADCCTRL 的请求句柄与互斥机制，是最省事也最稳妥的做法。

精度瓶颈在换算而不是采样。框架提供的温度宏是整摄氏度运算，直接使用会出现“值恒定不变”的假象；改为读取原始码值并自行做定点运算，才能得到 0.01 ℃ 的分辨率。

量程与精度要双端约束。固件端钳位到 0 ℃ 至 100 ℃ 保证上报值合法，上位机端再次钳位与统一格式化，避免异常值把曲线拉爆。

低功耗靠“按需采样”。中间温度特征只有被订阅时才采样，未订阅时仅维持测量定时器，可避免空闲状态下每秒空转 ADC。

WPF 单文件发布有两个坑：一是 DirectWriteForwarder.dll 需要加 IncludeAllContentForSelfExtract 才能正常启动；二是即便解决了启动问题，几十 MB 的自解压 exe 仍可能被 Windows Defender / SmartScreen 静默拦截。本项目最终改为多文件自包含发布，exe 与运行时 dll 同目录分发，最稳妥。

WinRT 蓝牙接口对目标框架有要求。必须把目标框架设为 net*-windows10.0.19041.0 及以上，否则 Windows.Devices.Bluetooth 命名空间不可用；目标机还需开启蓝牙。

曲线方向的本质是坐标原点。若按“右对齐”计算起点，点会从右侧向左长；把起点固定在左边界并采用固定长度滑窗，才是符合直觉的左进右出。

验证数据真伪要有特征值。通过串口日志对比改造前后的量级（37 至 40 对比 28.14，以及失败回退值 2500），可以快速判断是真实采样还是回退或旧固件。

内部传感器测的是芯片结温。它通常比环境温度高 2 ℃ 至 5 ℃，做环境监测时应做一次性偏置校准或加散热设计，而不是直接当作气温使用。

BLE Indicate 必须做确认流控。协议栈在上一条指示未确认时会拒绝后续指示，应用层若只打日志不处理，数据流会在某个随机时刻永久停摆；跟踪确认事件并在超时后主动断链重连，是最小代价的自愈方案。

长跑稳定性要“双保险”。硬件看门狗兜住系统级卡死，应用层定时软复位兜住慢性的状态劣化；再让上位机具备自动重连能力，整条链路才能做到无人值守长期运行。

五、使用说明

烧录固件：用 Keil 打开 MDK-ARM/BLE_HealthThermometer.uvprojx，执行 Rebuild 后下载；或用 STM32CubeProgrammer 写入 MDK-ARM 目录下生成的 hex 文件。

上电后开发板开始广播，设备名以 HT_ 开头，并广播 0x1809 服务。

启动上位机：双击 蓝牙温度计/dist/TemperatureMonitor.exe，程序自动开始扫描。

在设备列表中选择 HT_xx，设置所需测量间隔，点击连接；连接成功后界面开始显示温度数值与曲线，日志区同步记录事件。

运行中若下位机重启或链路中断，上位机会自动重连上次设备（状态区红色显示重连进度）；超过 1 分钟未连上会停止重试，此时重新点击连接即可。累计接收超过 300 条时界面数据会自动清零重新计数，属正常设计。

六、致谢

感谢意法半导体（STMicroelectronics）提供 STM32CubeWBA 固件包、NUCLEO-WBA65RI 开发板以及 BLE_HealthThermometer 参考例程。正是这套完整的软硬件平台与清晰的工程结构，让本项目可以在真实产品级代码上完成改造，而不必从零搭建蓝牙协议栈。

特别感谢 EEPW 论坛（电子产品世界）举办的本次蓝牙信号探测活动。活动提供的开发板与交流平台，让“信道探测”这类偏底层的蓝牙技术有了动手实践与公开分享的机会；也感谢活动组织者与工作人员的付出。