目前，汞或酒精溫度計和熱電偶溫度計大多用于普通物理實(shí)驗中的溫度測量，但汞溫度計的指示值往往滯后于實(shí)際溫度，讀數不方便。熱電偶溫度計由于溫度和電勢差之間的關(guān)系是非線(xiàn)性的，所以溫度的測量并不復雜，測量時(shí)間長(cháng)，功能相對單一。 這兩種溫度計測溫精度不高，手動(dòng)讀數誤差大。特別是在固定間隔連續測溫和兩點(diǎn)同時(shí)測溫的情況下，所得數據不僅誤差大，而且不容易操作。 針對這種情況，我們設計并制作了多功能溫度檢測記錄儀。 除了實(shí)現高精度實(shí)時(shí)測溫外，還可以實(shí)現定點(diǎn)等間隔連續測溫、兩點(diǎn)同時(shí)實(shí)時(shí)測溫、測量數據自動(dòng)存儲、計算處理簡(jiǎn)單等功能。這樣，學(xué)生就可以從繁重的溫度記錄工作中解脫出來(lái)，關(guān)注更深入的工作，如實(shí)驗原理、實(shí)驗數據處理以及分析實(shí)驗數據的意義，從而進(jìn)一步加強學(xué)生在普通物理實(shí)驗中綜合專(zhuān)業(yè)技能的培養。 1.系統設計1.1系統總體結構多功能溫度檢測記錄儀的系統結構由主控模塊、溫度檢測模塊、顯示模塊、存儲模塊、鍵盤(pán)控制模塊和報警模塊組成，如圖1所示 系統工作時(shí)，主控模塊通過(guò)液晶屏幕顯示主菜單，然后通過(guò)鍵盤(pán)選擇相應的功能，不會(huì )丟失系統的掉電數據，實(shí)驗數據便于保存。 1.2硬件電路設計系統的整體硬件電路圖如圖2所示 1.2.1主控模塊電路主控模塊采用AT89S52單片機作為主控芯片 主控制模塊主要控制和協(xié)調其他模塊的工作 它可以讀取溫度檢測模塊的實(shí)時(shí)溫度數據，進(jìn)行簡(jiǎn)單的計算，然后存儲和顯示?；蛘吒鶕I盤(pán)輸入的命令進(jìn)行相應的操作，完成各種溫度檢測功能 1.2.2溫度檢測模塊電路(Temperature Detection Module Circuit)溫度檢測模塊采用高性能溫度傳感器18B20為核心，能夠及時(shí)將其環(huán)境溫度轉換成數字信號，并存儲在自己的寄存器中 其溫度轉換效率可達0.2s 這完全滿(mǎn)足了普通物理實(shí)驗對溫度轉化率的要求，其溫度分辨率可以達到0.01℃，遠遠高于普通汞或酒精溫度計的分辨率，完全可以滿(mǎn)足普通物理實(shí)驗對溫度檢測的要求。 1.2.3存儲器模塊電路該模塊使用AT24C02作為存儲器芯片 在處理讀取的溫度值之后，主控制模塊以特定格式將其存儲在24C02中，并且可以在查看和使用時(shí)在必要時(shí)調用存儲的數據。 系統再次開(kāi)機后，仍然可以通過(guò)調用24C02中的數據來(lái)顯示。 實(shí)現了溫度存儲和掉電保護功能。 1.2.4顯示模塊電路使用液晶顯示器(LCD12864)進(jìn)行信息輸出顯示，由于信息輸出量大，顯示次數為128次，包括功能菜單顯示和選項調整界面、溫度存儲和顯示、醉后自動(dòng)繪圖功能。64點(diǎn)陣漢字圖形液晶顯示模塊，可顯示漢字和圖形，內置GB2312簡(jiǎn)體中文字庫(16倍；16個(gè)點(diǎn)陣)，128個(gè)字符(8次；16點(diǎn))和64次；256點(diǎn)陣顯示隨機存儲器(GDRAM)使用12864完全可以滿(mǎn)足設計要求 1.2.5鍵盤(pán)控制模塊電路(Keyboard Control Module Circuit)考慮到系統體積小，數據輸入少，我們制作了自己的小按鍵獨立鍵盤(pán)，操作靈活方便。 主要功能如下:(1) S1:功能設置鍵；(2) S2:期權上調；(3) S3:期權下調；(4) S4:確認；(5) S5:退出；通過(guò)五個(gè)按鍵的不同組合可以實(shí)現不同的溫度檢測模式 1.2.6電源電路使用自己的電池為每個(gè)系統模塊供電。 這樣，可以擴大儀器的應用范圍，即使沒(méi)有外部電源，電池也可以用于供電和正常工作。 1.2.7提示模塊電路使用一個(gè)激活的蜂鳴器來(lái)指示人機操作。 數據存儲完成后，蜂鳴器鳴響，表示存儲完成。 當溫度超過(guò)設定值時(shí)，可以實(shí)現報警功能 1.3軟件設計軟件由keil編譯器用C語(yǔ)言編寫(xiě)，程序流程如圖3所示。 功能菜單有:單點(diǎn)溫度測量、兩點(diǎn)溫度測量、零點(diǎn)溫度測量設置和溫差記錄 進(jìn)入每個(gè)功能子菜單，有兩個(gè)設置，一個(gè)是存儲時(shí)間的設置，另一個(gè)是存儲間隔時(shí)間的設置。 設置后，按& ldquo商店。按鍵可以開(kāi)始存儲，系統按照時(shí)間順序存儲數據，當達到預定的存儲次數時(shí)，系統可以按& ldquo視圖和現狀。按鍵，液晶屏顯示存儲的數據，并可以繪圖。通過(guò)系統的自動(dòng)繪圖功能。溫度-時(shí)間&現狀。屏幕上會(huì )顯示變化圖。 編程采用模塊化設計。 它分為主程序和幾個(gè)模塊子程序。 源程序部分如下:2 .安裝調試2.1電路安裝電路與通用板焊接，LCD12864液晶直接插在電路板上，兩個(gè)溫度傳感器用熱熔膠和熱縮管封裝，可以在液體中進(jìn)行常溫測量。 同時(shí)，使用更長(cháng)的導線(xiàn)將溫度計連接到電路板，這便于在實(shí)驗過(guò)程中將溫度傳感器放入其他儀器中進(jìn)行溫度測量。 2.2功能測試由于溫度傳感器測得的溫度與實(shí)際溫度有一定偏差，我們可以通過(guò)將溫度計放入冰水混合物中來(lái)調節溫度，使其得到更準確的溫度值。 通過(guò)調整儲存時(shí)間和儲存時(shí)間間隔，進(jìn)行了多次溫度儲存實(shí)驗，驗證其能否正常儲存。結果表明，所有功能都能很好地實(shí)現。 測量多組數據后，我們將使用本系統的自動(dòng)制表功能進(jìn)行設置。溫度-時(shí)間&現狀。的關(guān)系圖標以曲線(xiàn)的形式顯示在12864圖形液晶上。 3.實(shí)驗驗證:采用傳統酒精溫度計，采用混合法測量固體比熱。溫度數據記錄在下表中:(銅的比熱:0.37 * 10 3J/(kg-Middot)；)) 具有無(wú)限快速傳熱的理想水的初始和較終溫度分別為53℃和49.70℃，銅的比熱容為0.42×103j/(kg-middot)；℃) 本設計中的多功能溫度監測記錄儀是用來(lái)進(jìn)行混合法測量固體比熱的實(shí)驗，溫度數據記錄在下表中:銅的比熱容為0.39×10 ^ 3j/(kg-middot)，是通過(guò)繪制理想條件下傳熱速度無(wú)限快的水的初始和較終溫度得到的，約為53.4℃和50.3℃?！? 實(shí)驗中，我們分別使用了溫度計和多功能溫度監測記錄儀。 記錄儀較明顯的優(yōu)點(diǎn)之一是它可以在沒(méi)有人觀(guān)察溫度的情況下自己記錄溫度，并且相對容易實(shí)現溫度的定點(diǎn)和定時(shí)測量。實(shí)驗者需要做的是在實(shí)驗完成后直接處理實(shí)驗數據，從而防止實(shí)驗結果的誤差因溫度計的誤讀或精度不足而過(guò)大 4.綜上所述，設計結構簡(jiǎn)單，成本低廉。它不僅可以實(shí)現簡(jiǎn)單的溫度測量，還具有定點(diǎn)和定點(diǎn)溫度測量、存儲、溫差顯示、溫度監控、自動(dòng)繪圖等功能。 本發(fā)明能夠更好地減少物理實(shí)驗中多次高精度測量的復雜步驟以及實(shí)驗數據的分析和操作，方便實(shí)驗人員進(jìn)行各種與溫度相關(guān)的物理實(shí)驗。

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