前言
　　
　　目前，普通物理實驗中的溫度測量絕大多數(shù)采用水銀或酒精溫度計和熱電偶溫度計，但水銀溫度計的示值常滯后于實際溫度且讀數(shù)不方便；熱電偶溫度計由于溫度與電勢差的關系為非線性導致測量溫度不、讀數(shù)繁瑣、測量時間長、功能比較單一。這兩種溫度計在測溫時精度不高，人為讀數(shù)誤差大，特別是面對定點間隔連續(xù)測溫、兩點同時測溫等場合時，所得數(shù)據(jù)不僅誤差較大，而且不易操作。
　　
　　針對這種情況我們設計并制作了多功能溫度檢測記錄儀。其除了可以實現(xiàn)高精度的溫度實時測量外，還可以實現(xiàn)定點等間隔連續(xù)測溫、兩點同時實時測溫、測量數(shù)據(jù)的自動存儲和簡單計算處理等功能，這樣可以將同學們從繁重的溫度記錄工作中解脫出來，去關注實驗原理、實驗數(shù)據(jù)處理和分析實驗數(shù)據(jù)的意義等更有深度的工作，從而進一步加強普通物理實驗對學生綜合專業(yè)技能的培養(yǎng)。
　　
　　1、系統(tǒng)設計
　　
　　1．1系統(tǒng)總體結構
　　
　　多功能溫度檢測記錄儀的系統(tǒng)結構由主控模塊、溫度檢測模塊、顯示模塊、存儲模塊、鍵盤控制模塊和報警模塊組成，如圖1所示。系統(tǒng)工作時，主控模塊通過液晶屏顯示主菜單，然后通過鍵盤選擇相應的功能，系統(tǒng)掉電數(shù)據(jù)不丟失，方便實驗數(shù)據(jù)的保存。　　
　　1．2硬件電路設計
　　
　　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模塊的實時溫度數(shù)據(jù)并進行簡單計算，然后存儲并顯示；或者根據(jù)鍵盤輸入的命令進行相應的操作，完成各種溫度檢測的功能。
　　
　　1．2．2溫度檢測模塊電路
　　
　　溫度檢測模塊采用高性能的溫度傳感器18B20作為核心，它可以及時地將其所處環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號存儲在其自帶的寄存器中。其溫度轉(zhuǎn)換效率可達0．2s。這*普通物理實驗對于溫度轉(zhuǎn)換速率的要求，同時其溫度的分辨率可達到0．01℃，這相比于普通的水銀或酒精溫度計的分辨率要高出許多，*可以適應普通物理實驗中對溫度檢測的需求。
　　
　　1．2．3存儲模塊電路
　　
　　本模塊采用AT24C02作為存儲芯片。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，仍可通過調(diào)用24C02中的數(shù)據(jù)進行顯示。實現(xiàn)了溫度的存儲和掉電保護功能。
　　
　　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的調(diào)節(jié)界面，溫度的存儲與顯示，以及zui后的自動繪圖功能等，顯示模塊采用LCD12864進行信息的輸出顯示，它是128×64點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置國標GB2312碼簡體中文字庫（16×16點陣）、128個字符（8×16點陣）及64×256點陣顯示RAM（GDRAM），通過使用12864*可以滿足設計要求。
　　
　　1．2．5鍵盤控制模塊電路
　　
　　考慮到系統(tǒng)體積設計小巧，數(shù)據(jù)輸入較少，我們用小按鍵自制了獨立鍵盤，操作靈活方便。按鍵功能如下：
　　
　?。?）S1：功能設置鍵；
　　
　?。?）S2：選項上調(diào)；
　　
　?。?）S3：選項下調(diào)；
　　
　　（4）S4：確認；
　　
　?。?）S5：退出；
　　
　　通過五個按鍵的不同組合可以實現(xiàn)不同溫度檢測方式。
　　
　　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。這樣可以擴大儀器的使用范圍，即使是在無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
　　
　　采用有源蜂鳴器來實現(xiàn)對人機操作的指示作用。當數(shù)據(jù)存儲完成時，蜂鳴器鳴響，指示存儲完成。當溫度超出設定值時，可實現(xiàn)報警功能。
　　
　　1．3軟件設計
　　
　　軟件采用keil編譯器用C語言編寫，程序流程圖如圖3所示。　　
　　功能菜單分別為：單點測溫、兩點測溫、設置零點測溫、溫差記錄。進入每個功能子菜單都會有兩種設置，分別是存儲次數(shù)的設置和存儲間隔時間設置。設置好后，按下“存儲”鍵即可開始存儲，系統(tǒng)按照時間依次存儲數(shù)據(jù)，當達到預定存儲次數(shù)時，即可通過按下“查看”按鍵，液晶顯示存儲的數(shù)據(jù)，并且可以通過系統(tǒng)的自動繪圖功能繪制“溫度-時間”變化曲線圖，顯示在屏幕上。程序的編寫采用模塊化設計。其分為主程序和幾個模塊子程序。部分源程序如下：　　
　　2、安裝與調(diào)試
　　
　　2．1電路安裝
　　
　　電路使用萬用板焊接而成，LCD12864液晶直接安插在電路板上，兩個溫度傳感器用熱膠和熱縮管進行包裝處理，使其可以在液體中進行正常測溫。同時使用了較長的導線將溫度計連接在電路板中，這樣方便實驗時將溫度傳感器放入其它儀器進行溫度的測量。
　　
　　2．2功能測試
　　
　　由于溫度傳感器所測的溫度與實際溫度有一定的偏差，我們通過將溫度計放入冰水混合物中進行溫度的調(diào)較，使其能夠得到較準確的溫度值。
　　
　　通過調(diào)節(jié)存儲次數(shù)和存儲時間間隔，進行了多次的溫度存儲實驗，驗證其是否能夠正常存儲，結果顯示各個功能均能很好地實現(xiàn)。
　　
　　在進行多組數(shù)據(jù)的測量之后，我們使用本系統(tǒng)的自動制表功能將“溫度-時間”的關系圖標，通過曲線的形式顯示在12864圖形液晶上。
　　
　　3、實驗驗證
　　
　　使用傳統(tǒng)的酒精溫度計，進行混合法測固體比熱的實驗，記錄溫度數(shù)據(jù)如下表：（銅的比熱容：0．37*10＾3J／（kg·℃））。
　　通過作圖得出理想中熱量傳遞得無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·℃）。
　　
　　使用本設計中的多功能溫度監(jiān)測記錄儀，進行混合法測固體比熱的實驗，記錄溫度數(shù)據(jù)如下表：　　
　　通過作圖得出理想中熱量傳遞得無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·℃）。
　　
　　在實驗過程中，我們分別采用了溫度計和多功能溫度監(jiān)測記錄儀。記錄儀一個非常明顯的優(yōu)勢在于它能夠在無人觀看溫度的情況下自行記錄溫度，可以比較容易地實現(xiàn)溫度的定點定次測量，實驗者要做的只是在實驗完成后直接進行實驗數(shù)據(jù)處理即可，防止了因為誤讀或溫度計精度不夠造成實驗結果的誤差太大。
　　
　　4、總結
　　
　　本設計結構簡單，成本低廉，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)簡單溫度測量，而且具備定點定次溫度測量功能、存儲功能、顯示溫差功能、溫度監(jiān)測功能、自動制圖功能等。能夠較好地減少物理實驗中對多次高精度測量的繁瑣步驟，以及對實驗數(shù)據(jù)的分析操作，方便實驗者進行多種跟溫度有關的物理實驗。