利用Phyphox和ESP32蓝牙描绘电源输出功率与路端电压的关系曲线

1 引言

在做了“描绘电源的U-R特性曲线”实验之后，利用原有电路，仅仅对实验源代码进行了些许修改，微主又做了“描绘电源输出功率与输出电压的关系曲线”的实验，真是一通百通，非常成功。

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200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，搭建实验电路。

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；利用路端电压和电流，可以计算出输出功率。

将下列Phyphox手机实验源代码烧录到ESP32中。

/*

描绘等效电源的P-U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 = 0;//待测外电阻

float P = 0;//待测输出功率

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P-U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输出功率，描绘出电源输出功率的P-U特性曲线。");

//View

PhyphoxBleExperiment::View firstView;

firstView.setLabel("MyView"); //Create a "view"

//Graph

PhyphoxBleExperiment::Graph firstGraph;

firstGraph.setLabel("电源P-U特性曲线");

firstGraph.setUnitX("V");

firstGraph.setUnitY("W");

firstGraph.setLabelX("U");

firstGraph.setLabelY("P");

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

R = Vt / It ;//测量等效电源外电阻

P = Vt * It ;//测量等效电源输出功率

PhyphoxBLE::write(Vt,P);//路端电压和输出功率数据利用蓝牙发送

};

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输出功率与路端电压的关系曲线。

实验图像

展成全屏

极值点

5 实验结论

实验发现，电源输出功率随着路端电压的增大先增后减；当路端电压为电动势一半时，电源的输出功率最大。

由理论分析可知，P-U曲线是一条开口向下的抛物线，抛物线顶点的横坐标为路端电压的一半，抛物线顶点的纵坐标为电源最大输出功率。