多功能温度检测记录仪的设计

目前，汞或酒精温度计和热电偶温度计大多用于普通物理实验中的温度测量，但汞温度计的指示值往往滞后于实际温度，读数不方便。热电偶温度计由于温度和电势差之间的关系是非线性的，所以温度的测量并不复杂，测量时间长，功能相对单一。 这两种温度计测温精度不高，手动读数误差大。特别是在固定间隔连续测温和两点同时测温的情况下，所得数据不仅误差大，而且不容易操作。 针对这种情况，我们设计并制作了多功能温度检测记录仪。 除了实现高精度实时测温外，还可以实现定点等间隔连续测温、两点同时实时测温、测量数据自动存储、计算处理简单等功能。这样，学生就可以从繁重的温度记录工作中解脱出来，关注更深入的工作，如实验原理、实验数据处理以及分析实验数据的意义，从而进一步加强学生在普通物理实验中综合专业技能的培养。 1.系统设计1.1系统总体结构多功能温度检测记录仪的系统结构由主控模块、温度检测模块、显示模块、存储模块、键盘控制模块和报警模块组成，如图1所示 系统工作时，主控模块通过液晶屏幕显示主菜单，然后通过键盘选择相应的功能，不会丢失系统的掉电数据，实验数据便于保存。 1.2硬件电路设计系统的整体硬件电路图如图2所示 1.2.1主控模块电路主控模块采用AT89S52单片机作为主控芯片 主控制模块主要控制和协调其他模块的工作 它可以读取温度检测模块的实时温度数据，进行简单的计算，然后存储和显示。或者根据键盘输入的命令进行相应的操作，完成各种温度检测功能 1.2.2温度检测模块电路(Temperature Detection Module Circuit)温度检测模块采用高性能温度传感器18B20为核心，能够及时将其环境温度转换成数字信号，并存储在自己的寄存器中 其温度转换效率可达0.2s 这完全满足了普通物理实验对温度转化率的要求，其温度分辨率可以达到0.01℃，远远高于普通汞或酒精温度计的分辨率，完全可以满足普通物理实验对温度检测的要求。 1.2.3存储器模块电路该模块使用AT24C02作为存储器芯片 在处理读取的温度值之后，主控制模块以特定格式将其存储在24C02中，并且可以在查看和使用时在必要时调用存储的数据。 系统再次开机后，仍然可以通过调用24C02中的数据来显示。 实现了温度存储和掉电保护功能。 1.2.4显示模块电路使用液晶显示器(LCD12864)进行信息输出显示，由于信息输出量大，显示次数为128次，包括功能菜单显示和选项调整界面、温度存储和显示、醉后自动绘图功能。64点阵汉字图形液晶显示模块，可显示汉字和图形，内置GB2312简体中文字库(16倍；16个点阵)，128个字符(8次；16点)和64次；256点阵显示随机存储器(GDRAM)使用12864完全可以满足设计要求 1.2.5键盘控制模块电路(Keyboard Control Module Circuit)考虑到系统体积小，数据输入少，我们制作了自己的小按键独立键盘，操作灵活方便。 主要功能如下:(1) S1:功能设置键；(2) S2:期权上调；(3) S3:期权下调；(4) S4:确认；(5) S5:退出；通过五个按键的不同组合可以实现不同的温度检测模式 1.2.6电源电路使用自己的电池为每个系统模块供电。 这样，可以扩大仪器的应用范围，即使没有外部电源，电池也可以用于供电和正常工作。 1.2.7提示模块电路使用一个激活的蜂鸣器来指示人机操作。 数据存储完成后，蜂鸣器鸣响，表示存储完成。 当温度超过设定值时，可以实现报警功能 1.3软件设计软件由keil编译器用C语言编写，程序流程如图3所示。 功能菜单有:单点温度测量、两点温度测量、零点温度测量设置和温差记录 进入每个功能子菜单，有两个设置，一个是存储时间的设置，另一个是存储间隔时间的设置。 设置后，按& ldquo商店。按键可以开始存储，系统按照时间顺序存储数据，当达到预定的存储次数时，系统可以按& ldquo视图和现状。按键，液晶屏显示存储的数据，并可以绘图。通过系统的自动绘图功能。温度-时间&现状。屏幕上会显示变化图。 编程采用模块化设计。 它分为主程序和几个模块子程序。 源程序部分如下:2 .安装调试2.1电路安装电路与通用板焊接，LCD12864液晶直接插在电路板上，两个温度传感器用热熔胶和热缩管封装，可以在液体中进行常温测量。 同时，使用更长的导线将温度计连接到电路板，这便于在实验过程中将温度传感器放入其他仪器中进行温度测量。 2.2功能测试由于温度传感器测得的温度与实际温度有一定偏差，我们可以通过将温度计放入冰水混合物中来调节温度，使其得到更准确的温度值。 通过调整储存时间和储存时间间隔，进行了多次温度储存实验，验证其能否正常储存。结果表明，所有功能都能很好地实现。 测量多组数据后，我们将使用本系统的自动制表功能进行设置。温度-时间&现状。的关系图标以曲线的形式显示在12864图形液晶上。 3.实验验证:采用传统酒精温度计，采用混合法测量固体比热。温度数据记录在下表中:(铜的比热:0.37 * 10 3J/(kg-Middot)；)) 具有无限快速传热的理想水的初始和较终温度分别为53℃和49.70℃，铜的比热容为0.42×103j/(kg-middot)；℃) 本设计中的多功能温度监测记录仪是用来进行混合法测量固体比热的实验，温度数据记录在下表中:铜的比热容为0.39×10 ^ 3j/(kg-middot)，是通过绘制理想条件下传热速度无限快的水的初始和较终温度得到的，约为53.4℃和50.3℃。℃) 实验中，我们分别使用了温度计和多功能温度监测记录仪。 记录仪较明显的优点之一是它可以在没有人观察温度的情况下自己记录温度，并且相对容易实现温度的定点和定时测量。实验者需要做的是在实验完成后直接处理实验数据，从而防止实验结果的误差因温度计的误读或精度不足而过大 4.综上所述，设计结构简单，成本低廉。它不仅可以实现简单的温度测量，还具有定点和定点温度测量、存储、温差显示、温度监控、自动绘图等功能。 本发明能够更好地减少物理实验中多次高精度测量的复杂步骤以及实验数据的分析和操作，方便实验人员进行各种与温度相关的物理实验。

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