利用Phyphox和ESP32蓝牙描绘电源的伏安特性曲线
1 引言
近期为一些杂事儿所烦扰，心神一直不宁，看到“Phyphox蓝牙实验开发组”微信群里面的各位网友每天都有新的作品推出，微主也是跃跃欲试，仿着北京梅老师的样子，做了“描绘电源伏安特性曲线”的实验，感觉收获很大。
此次实验，颠覆了微主以前对闭合电路相关实验的认知，彻底摆脱了电压表、电流表、变阻器等传统仪器设备对闭合电路相关实验的束缚。
2 闭合电路实验搭建
将阻值为10欧姆的定值电阻与总阻值为100欧姆的电位计构成串联回路两端分别与ESP32开发板上的5伏电源脚和GND脚相连，参考图示搭建好实验电路。
3 代码编写与烧录
利用IO33脚采集电位计两端的电压，作为路端电压；用5伏电压与电位计两端电压的差值得到定值电阻r两端的电压，利用欧姆定律得到定值电阻r内部的电流，即电源电流。
将下列Phyphox手机实验源代码烧录到ESP32中。
/*
等效电源的伏安特性曲线。
*/
#include <phyphoxBle.h>
int Pin1 = 33;//读入等效电源路端电压
float It = 0;//待测等效电源内部电流
float Vt = 0;//待测路端电压
float r = 10.0; //等效电源内阻
void setup()
{
PhyphoxBLE::start("Phyphox蓝牙实验");
PhyphoxBleExperiment plotPhotoResistor;
plotPhotoResistor.setTitle("描绘电源的伏安特性曲线");
plotPhotoResistor.setCategory("Phyphox蓝牙实验");
plotPhotoResistor.setDescription("本实验用定值电阻r与ESP32的5伏电源串联构成等效电源，测量等效电源的路端电压和电源内部电流，描绘出电源的伏安特性曲线。");
//View
PhyphoxBleExperiment::View firstView;
firstView.setLabel("MyView"); //Create a "view"
//Graph
PhyphoxBleExperiment::Graph firstGraph;
firstGraph.setLabel("电源伏安特性曲线");
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) * 5.0 / 1024.0 / 4.0;//读取等效电源路端电压
if (iVe != 0.0)
{
Vt = iVe;//计算等效电源路端电压
It = (5 - iVe) / r ;//计算电源内部电流
PhyphoxBLE::write(It,Vt);//电压和电流数据利用蓝牙发送
};
delay(50);
PhyphoxBLE::poll();
}
4 实验数据采集与分析
将智能手机的蓝牙与ESP32连接，将实验加载到Phyphox系统内，运行程序，用螺丝刀小心第调节电位计的阻值，手机屏幕上就自动绘制出了等效电源的伏安特性曲线。
实验图像
展成全屏
线性拟合
5 实验结论
由数据分析可得，此次利用描绘出的等效电源的伏安特性曲线，可以得到等效电源的电动势为5伏特，内阻为10欧姆。
实验结论与电路搭建的等效电源参数完全吻合。
6 感言
利用ESP32和些许电子元件就可以按需搭建各种闭合电路类实验，利用智能手机搭载Phyphox就可以分析和显示，再也不会受到实验室条件的制约，可以打破时空限制，随时随地按需开展实验探究活动。