利用ESP32和Phyphox描绘干电池的伏安特性曲线
利用春节期间的闲暇，偷空可以做很多有趣的事情；可以在家里支上一个电脑，搭建一个电路，编写一个程序，实现一个功能，验证一个猜想，丰富一个案例；关键是这些实验在新学期开学后不久就可以直接应用于课堂教学实践，既有趣味，又有意义。
这不，大年初二，微主在片刻之间就搭建好了一个“描绘干电池伏安特性曲线”，以电池盒为研究对象，将ESP32作为一块电压表和一块电流表，将一块可编程电阻板作为电流表内阻，将另一块可编程电阻板作为控制电路的变阻器。
手边没有合适的滑动变阻器，手边有的电位器电阻太大，都不能用于实验。这个时候，可编程电阻板就可以大放其彩了。
在实验前，需要编写如下小程序，使ESP32每隔1000毫秒采集一组“路端电压、干路电流”数据发送给Phyphox，让ESP32采集数据的速度与徒手调节可编程电阻板的操作速度相一致。
/*
描绘干电池的伏安特性曲线。
*/
#include <phyphoxBle.h>
int Pin1 = 33;//读取干电池的电动势
int Pin2 = 35;//读入定值电阻电压，用于计算干电池的电流
float It = 0;//待测定值电阻的电流
float Vt = 0;//待测路端电压
float r = 10.0; //定值电阻
void setup()
{
PhyphoxBLE::start("Phyphox蓝牙实验");
PhyphoxBleExperiment plotPhotoResistor;
plotPhotoResistor.setTitle("干电池的伏安特性曲线");
plotPhotoResistor.setCategory("Phyphox蓝牙实验");
plotPhotoResistor.setDescription("张怀华，焦作十一中，描绘干电池的伏安特性曲线。");
//View
PhyphoxBleExperiment::View firstView;
firstView.setLabel("MyView"); //Create a "view"
//Graph
PhyphoxBleExperiment::Graph firstGraph;
firstGraph.setLabel("干电池的伏安特性曲线");
firstGraph.setUnitX("A");
firstGraph.setUnitY("V");
firstGraph.setLabelX("电流");
firstGraph.setLabelY("电压");
firstGraph.setChannel(1, 2);//启用第1,第2两个蓝牙信道
firstView.addElement(firstGraph);
plotPhotoResistor.addView(firstView); PhyphoxBLE::addExperiment(plotPhotoResistor);
}
void loop()
{
float iVe = analogRead(Pin1) * 3.3 / 1024.0 / 4.0;//读取干电池路端电压
float iVr = analogRead(Pin2) * 3.3 / 1024.0 / 4.0;//读取定值电阻电压
if (iVr != 0.0) {
Vt = iVe - iVr;//计算干电池两端电压
It = iVr / r ;//计算干电池内部电流
PhyphoxBLE::write(It,Vt);//电压和电流数据利用蓝牙发送
};
delay(1000);
PhyphoxBLE::poll();
}
在实验中，首先调节作为电流表内阻的可编程电阻板的阻值为10欧姆，利用IO33脚测量电池盒的路端电压，利用IO35脚测量电流表内阻两端的电压；然后打开电池盒上的开关，运行Phyphox，调节作为变阻器的阻值，依次设置为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000欧姆，Phyphox就自动描绘出一系列与实验操作对应的“干路电流，路端电压”数据点。
在Phyphox中的以路端电压为纵轴、以干路电流为横轴的坐标系中可以看出，这些数据点都在一条倾斜的直线上。
将手机屏幕上的干电池伏安特性曲线展成全屏，选择线性拟合，可以发现这些数据点真的都位于一条倾斜的直线上，而且这条倾斜直线的纵截距为2.79伏，斜率为-13.31欧姆。
由于电流表内阻已知，等于10欧姆，在此实验中运用了电流表对电源内接的方式，然后将测得的等效电源内阻再与电流表内阻作差，即可得到电源的真实内阻。
故，在此实验中，测得的电池盒的电动势为2.79伏，内阻为3.31欧姆。
实验取得了圆满成功。
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