前言
　　
　　目前，普通物理實(shí)驗(yàn)中的溫度測(cè)量絕大多數(shù)采用水銀或酒精溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)，但水銀溫度計(jì)的示值常滯后于實(shí)際溫度且讀數(shù)不方便；熱電偶溫度計(jì)由于溫度與電勢(shì)差的關(guān)系為非線性導(dǎo)致測(cè)量溫度不、讀數(shù)繁瑣、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、功能比較單一。這兩種溫度計(jì)在測(cè)溫時(shí)精度不高，人為讀數(shù)誤差大，特別是面對(duì)定點(diǎn)間隔連續(xù)測(cè)溫、兩點(diǎn)同時(shí)測(cè)溫等場(chǎng)合時(shí)，所得數(shù)據(jù)不僅誤差較大，而且不易操作。
　　
　　針對(duì)這種情況我們?cè)O(shè)計(jì)并制作了多功能溫度檢測(cè)記錄儀。其除了可以實(shí)現(xiàn)高精度的溫度實(shí)時(shí)測(cè)量外，還可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)等間隔連續(xù)測(cè)溫、兩點(diǎn)同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)溫、測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)和簡(jiǎn)單計(jì)算處理等功能，這樣可以將同學(xué)們從繁重的溫度記錄工作中解脫出來(lái)，去關(guān)注實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的意義等更有深度的工作，從而進(jìn)一步加強(qiáng)普通物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生綜合專業(yè)技能的培養(yǎng)。
　　
　　1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　
　　1．1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
　　
　　多功能溫度檢測(cè)記錄儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由主控模塊、溫度檢測(cè)模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、鍵盤控制模塊和報(bào)警模塊組成，如圖1所示。系統(tǒng)工作時(shí)，主控模塊通過(guò)液晶屏顯示主菜單，然后通過(guò)鍵盤選擇相應(yīng)的功能，系統(tǒng)掉電數(shù)據(jù)不丟失，方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存。　　
　　1．2硬件電路設(shè)計(jì)
　　
　　系統(tǒng)總體硬件電路圖如圖2所示。　　
　　1．2．1主控模塊電路
　　
　　主控模塊采用AT89S52單片機(jī)作為主控芯片。主控模塊主要控制并協(xié)調(diào)其他模塊的工作。它可以讀取溫度檢測(cè)模塊的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，然后存儲(chǔ)并顯示；或者根據(jù)鍵盤輸入的命令進(jìn)行相應(yīng)的操作，完成各種溫度檢測(cè)的功能。
　　
　　1．2．2溫度檢測(cè)模塊電路
　　
　　溫度檢測(cè)模塊采用高性能的溫度傳感器18B20作為核心，它可以及時(shí)地將其所處環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在其自帶的寄存器中。其溫度轉(zhuǎn)換效率可達(dá)0．2s。這*普通物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于溫度轉(zhuǎn)換速率的要求，同時(shí)其溫度的分辨率可達(dá)到0．01℃，這相比于普通的水銀或酒精溫度計(jì)的分辨率要高出許多，*可以適應(yīng)普通物理實(shí)驗(yàn)中對(duì)溫度檢測(cè)的需求。
　　
　　1．2．3存儲(chǔ)模塊電路
　　
　　本模塊采用AT24C02作為存儲(chǔ)芯片。主控模塊將讀取的溫度值處理以后，以一定的格式存入24C02中，在需要的時(shí)候可以調(diào)出存入其中的數(shù)據(jù)，一邊查看使用。系統(tǒng)再次上電后，仍可通過(guò)調(diào)用24C02中的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。實(shí)現(xiàn)了溫度的存儲(chǔ)和掉電保護(hù)功能。
　　
　　1．2．4顯示模塊電路
　　
　　由于輸出的信息量比較大，包括功能菜單的顯示和選項(xiàng)的調(diào)節(jié)界面，溫度的存儲(chǔ)與顯示，以及zui后的自動(dòng)繪圖功能等，顯示模塊采用LCD12864進(jìn)行信息的輸出顯示，它是128×64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置國(guó)標(biāo)GB2312碼簡(jiǎn)體中文字庫(kù)（16×16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8×16點(diǎn)陣）及64×256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM），通過(guò)使用12864*可以滿足設(shè)計(jì)要求。
　　
　　1．2．5鍵盤控制模塊電路
　　
　　考慮到系統(tǒng)體積設(shè)計(jì)小巧，數(shù)據(jù)輸入較少，我們用小按鍵自制了獨(dú)立鍵盤，操作靈活方便。按鍵功能如下：
　　
　?。?）S1：功能設(shè)置鍵；
　　
　?。?）S2：選項(xiàng)上調(diào)；
　　
　　（3）S3：選項(xiàng)下調(diào)；
　　
　　（4）S4：確認(rèn)；
　　
　?。?）S5：退出；
　　
　　通過(guò)五個(gè)按鍵的不同組合可以實(shí)現(xiàn)不同溫度檢測(cè)方式。
　　
　　1．2．6電源電路
　　
　　電源采用自帶的電池供給各系統(tǒng)模塊使用。這樣可以擴(kuò)大儀器的使用范圍，即使是在無(wú)外接電源的情況下也可以用電池供電，正常工作。
　　
　　1．2．7提示模塊電路
　　
　　采用有源蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)人機(jī)操作的指示作用。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完成時(shí)，蜂鳴器鳴響，指示存儲(chǔ)完成。當(dāng)溫度超出設(shè)定值時(shí)，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。
　　
　　1．3軟件設(shè)計(jì)
　　
　　軟件采用keil編譯器用C語(yǔ)言編寫，程序流程圖如圖3所示。　　
　　功能菜單分別為：?jiǎn)吸c(diǎn)測(cè)溫、兩點(diǎn)測(cè)溫、設(shè)置零點(diǎn)測(cè)溫、溫差記錄。進(jìn)入每個(gè)功能子菜單都會(huì)有兩種設(shè)置，分別是存儲(chǔ)次數(shù)的設(shè)置和存儲(chǔ)間隔時(shí)間設(shè)置。設(shè)置好后，按下“存儲(chǔ)”鍵即可開始存儲(chǔ)，系統(tǒng)按照時(shí)間依次存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)定存儲(chǔ)次數(shù)時(shí)，即可通過(guò)按下“查看”按鍵，液晶顯示存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并且可以通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)繪圖功能繪制“溫度-時(shí)間”變化曲線圖，顯示在屏幕上。程序的編寫采用模塊化設(shè)計(jì)。其分為主程序和幾個(gè)模塊子程序。部分源程序如下：　　
　　2、安裝與調(diào)試
　　
　　2．1電路安裝
　　
　　電路使用萬(wàn)用板焊接而成，LCD12864液晶直接安插在電路板上，兩個(gè)溫度傳感器用熱膠和熱縮管進(jìn)行包裝處理，使其可以在液體中進(jìn)行正常測(cè)溫。同時(shí)使用了較長(zhǎng)的導(dǎo)線將溫度計(jì)連接在電路板中，這樣方便實(shí)驗(yàn)時(shí)將溫度傳感器放入其它儀器進(jìn)行溫度的測(cè)量。
　　
　　2．2功能測(cè)試
　　
　　由于溫度傳感器所測(cè)的溫度與實(shí)際溫度有一定的偏差，我們通過(guò)將溫度計(jì)放入冰水混合物中進(jìn)行溫度的調(diào)較，使其能夠得到較準(zhǔn)確的溫度值。
　　
　　通過(guò)調(diào)節(jié)存儲(chǔ)次數(shù)和存儲(chǔ)時(shí)間間隔，進(jìn)行了多次的溫度存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其是否能夠正常存儲(chǔ)，結(jié)果顯示各個(gè)功能均能很好地實(shí)現(xiàn)。
　　
　　在進(jìn)行多組數(shù)據(jù)的測(cè)量之后，我們使用本系統(tǒng)的自動(dòng)制表功能將“溫度-時(shí)間”的關(guān)系圖標(biāo)，通過(guò)曲線的形式顯示在12864圖形液晶上。
　　
　　3、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
　　
　　使用傳統(tǒng)的酒精溫度計(jì)，進(jìn)行混合法測(cè)固體比熱的實(shí)驗(yàn)，記錄溫度數(shù)據(jù)如下表：（銅的比熱容：0．37*10＾3J／（kg·℃））。
　　通過(guò)作圖得出理想中熱量傳遞得無(wú)限快的水的初溫和終溫約為53℃和49．70℃得出的銅的比熱容為：0．42*10＾3J／（kg·℃）。
　　
　　使用本設(shè)計(jì)中的多功能溫度監(jiān)測(cè)記錄儀，進(jìn)行混合法測(cè)固體比熱的實(shí)驗(yàn)，記錄溫度數(shù)據(jù)如下表：　　
　　通過(guò)作圖得出理想中熱量傳遞得無(wú)限快的水的初溫和終溫約為53．4℃和50．3℃得出的銅的比熱容為：0．39*10＾3J／（kg·℃）。
　　
　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們分別采用了溫度計(jì)和多功能溫度監(jiān)測(cè)記錄儀。記錄儀一個(gè)非常明顯的優(yōu)勢(shì)在于它能夠在無(wú)人觀看溫度的情況下自行記錄溫度，可以比較容易地實(shí)現(xiàn)溫度的定點(diǎn)定次測(cè)量，實(shí)驗(yàn)者要做的只是在實(shí)驗(yàn)完成后直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理即可，防止了因?yàn)檎`讀或溫度計(jì)精度不夠造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差太大。
　　
　　4、總結(jié)
　　
　　本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單溫度測(cè)量，而且具備定點(diǎn)定次溫度測(cè)量功能、存儲(chǔ)功能、顯示溫差功能、溫度監(jiān)測(cè)功能、自動(dòng)制圖功能等。能夠較好地減少物理實(shí)驗(yàn)中對(duì)多次高精度測(cè)量的繁瑣步驟，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析操作，方便實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行多種跟溫度有關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)。