stm32f1系列液体表面张力测试系统的设计
本文主要针对传统的液体表面张力系数测量出现的精度低、稳定性能差等问题提出解决的方案，因此我们设计了一个基于ARM处理器的液体表面张力系数测量仪。我们使用STM32芯片作为主控制器，因为它不仅功能强而且测试的频率高，对此我们还把拉脱法测液体表面张力系数的测量装置进行局部的改进；该系统采用集成放大器和12位A/D转换器进行数字化和放大；并且输出电压的摆动范围在0-3V；可以测传感器的静态值，从中我们可以获取比较稳定的线性特性关系，并且分析其测量的误差；使拉力的测量值直接显示在液晶显示屏上 实验结果证明，相较于传统测量仪器，改进版本的液体表面张力系数测量仪提高了测量的精度，误差的大小，且实现重复性的利用。
目录
一、引言 1
（一）选题背景 1
（二）项目的意义和创新 1
二、元器件选择 3
（一）STM32最小系统简介 3
（二）肌张力传感器简介 4
（三）A/D转换器简介 5
（四）TFT液晶显示模块简介 6
三、系统硬件设计 7
（一）硬件框图设计 7
（二）放大电路设计 7
（三）最小系统电路设计 8
（四）液晶显示电路设计 10
四、系统软件设计 11
（一）主流程设计 11
（二）传感器检测流程设计 12
（二）液晶显示流程设计 13
五、测试结果与分析 14
（一）实验原理 14
（二）实验仪器 14
（三）实验步骤 14
（四）实验注意事项 14
（五）数据记录与处理 15
（六）测量的表面张力系数 16
（七）结论 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 实物图 20
附录二 程序 21
一、引言
（一）选题背景
“实践是检验真理的唯一标准”是由毛泽东提出的，理论的知识建立在现实上，如果学习了理论之后没有付出于实际，那也仅仅只是纸上谈兵。在我们生活中就有这样的一种物理化学性现象“液体表面张力”我们 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
用最常见的一个过程来解释这个现象。那就是我们洗涤过程，再我们洗衣服的过程中，通过洗衣液，水盆里面的会出现很多泡泡附着在水的表面，正是因为有这些泡泡的出现才能有效的去除油污。净化效应是液体表面受到向内的力，它使液体表现得像被拉伸的弹性薄膜覆盖在表面。因此，表面受到不平衡的张力，这也是就我们所说的“表面张力”的来源。
近年来的研究中可以看出，表面张力系数仅取决于液体固有的性质、成分和温，而不取决于其他几何结构。测量液体表面张力系数的“手段”各式各样的，我们通常会使用以下几种方案：
1.毛细管上升法：此方法是所以测量方案最直接和最准确的方法之一，也是我们应用最多的一个。因为它有完美的理论构架，而且是严格控制它的实验条件，是一种重要的测定方法。随着技术的不断发展，动态的表面张力现在可以用它来实现。但是还是存在不足之处：管壁的接触角还是会残留大量的液体；内径毛细血管很难选到非常均匀；因此测出的数值也将不精准，需要通过大量的液体才能得到水平基准面。
2.悬滴法：悬浮液滴的表面张力是根据在水位上天然形成的液滴形状来计算。它对样品的潮湿性没有毛细管的严苛，不仅不受接触角的“潜移默化”，还具有广泛的特点。这是一种消耗少，方法范围广的液体测量方法，但是测量设备更复杂，操作麻烦；书写记录处理也复杂；待测物质的性质须要在此之前有了解。
3.拉脱法：由液体表面张力长短决定的界线上测量表面张力是所以测量方法最直接的，如果我们把液体表面想象成直线段，那么，表面张力就表示为液体表面相互作用在直线段两侧的力，拉力方向与直线垂直，其大小与直线段的长度成正比。其中，表面张力的大小使单位长度上的力，或者单位面积上的能量，二者是等效的。我们将在基础上对拉脱法进行改进来测量液体表面张力系数。
（二）项目的意义和创新
生活中许多物理现象都与液体的表面张力相关。下面我举几个常见的例子，不小心被摔碎的温度计内部的掉落在地上的水银，水银滴呈球形；在验血的时候，手指上被针刺破，也会形成一个球形；昆虫（水足虫）在水面上漂浮和滑行等等。正是因为我们观察了这些细小的细节，我们找到了表面张力。根据拉普拉斯定律，球面形状使表面层所需要的“壁张力”最小化，也是表面张力液滴形状的决定因素。
近年来， FDNST1型表面张力系数测定仪已再高校多个实验室应用于液体表面张力系数的测量，测量精度得到了很大的提高。而C51单片机这类功能简单、时钟的效率低、测量精密度低、扩展系统功能难度大。所以本文采用了一款新型的表面张力系数测定仪。该测定仪采用STM32作为核心的主控芯片，便于扩展系统的功能。
我们将改进这些常见问题。首先，利用传感器测量表面张力系数，并用数字电压显示，大大方便了实验数据的读取，利用单片机系统实现自动数据采集，更切确的读出液体表面张力值。
该系统不仅有效提升测量的精度和灵活性，降低了误差且重复性好，便于实验的测量，而且对其他实验仪器进行借鉴的，如手动调节升降台使液面位置稳定下降上升，盛放液体的玻璃器皿底座加一个防滑底，将悬挂吊环的细线换成铁丝，防止测量时，因为线有弹性会出现细小误差。
二、元器件选择
（一）STM32最小系统简介
STM32F1系统是基于ARM CortexM3内核的第一批STM32位控制器，是其主流的ARM微控制器。随着时间的推移，F1系列通过提高CPU的速度、内部内存大小和外围设备而不断发展。我们此次采用的一款带有性能高、低成本、功耗低的嵌入式微控制器，根据其性能将STM32分成STM32F103增强型系列和STM32F101基本型系列。
如图21所示，我们这次采用的处理器，该微控制器内部由处理器核心、静态RAM、闪存、调试接口等外围设备组成，为液体表面张力提供了一个有效、准确、稳定的操作系统，并且方便后续的功能实现。
图21微处理器STM32
目录
一、引言 1
（一）选题背景 1
（二）项目的意义和创新 1
二、元器件选择 3
（一）STM32最小系统简介 3
（二）肌张力传感器简介 4
（三）A/D转换器简介 5
（四）TFT液晶显示模块简介 6
三、系统硬件设计 7
（一）硬件框图设计 7
（二）放大电路设计 7
（三）最小系统电路设计 8
（四）液晶显示电路设计 10
四、系统软件设计 11
（一）主流程设计 11
（二）传感器检测流程设计 12
（二）液晶显示流程设计 13
五、测试结果与分析 14
（一）实验原理 14
（二）实验仪器 14
（三）实验步骤 14
（四）实验注意事项 14
（五）数据记录与处理 15
（六）测量的表面张力系数 16
（七）结论 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 实物图 20
附录二 程序 21
一、引言
（一）选题背景
“实践是检验真理的唯一标准”是由毛泽东提出的，理论的知识建立在现实上，如果学习了理论之后没有付出于实际，那也仅仅只是纸上谈兵。在我们生活中就有这样的一种物理化学性现象“液体表面张力”我们 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
用最常见的一个过程来解释这个现象。那就是我们洗涤过程，再我们洗衣服的过程中，通过洗衣液，水盆里面的会出现很多泡泡附着在水的表面，正是因为有这些泡泡的出现才能有效的去除油污。净化效应是液体表面受到向内的力，它使液体表现得像被拉伸的弹性薄膜覆盖在表面。因此，表面受到不平衡的张力，这也是就我们所说的“表面张力”的来源。
近年来的研究中可以看出，表面张力系数仅取决于液体固有的性质、成分和温，而不取决于其他几何结构。测量液体表面张力系数的“手段”各式各样的，我们通常会使用以下几种方案：
1.毛细管上升法：此方法是所以测量方案最直接和最准确的方法之一，也是我们应用最多的一个。因为它有完美的理论构架，而且是严格控制它的实验条件，是一种重要的测定方法。随着技术的不断发展，动态的表面张力现在可以用它来实现。但是还是存在不足之处：管壁的接触角还是会残留大量的液体；内径毛细血管很难选到非常均匀；因此测出的数值也将不精准，需要通过大量的液体才能得到水平基准面。
2.悬滴法：悬浮液滴的表面张力是根据在水位上天然形成的液滴形状来计算。它对样品的潮湿性没有毛细管的严苛，不仅不受接触角的“潜移默化”，还具有广泛的特点。这是一种消耗少，方法范围广的液体测量方法，但是测量设备更复杂，操作麻烦；书写记录处理也复杂；待测物质的性质须要在此之前有了解。
3.拉脱法：由液体表面张力长短决定的界线上测量表面张力是所以测量方法最直接的，如果我们把液体表面想象成直线段，那么，表面张力就表示为液体表面相互作用在直线段两侧的力，拉力方向与直线垂直，其大小与直线段的长度成正比。其中，表面张力的大小使单位长度上的力，或者单位面积上的能量，二者是等效的。我们将在基础上对拉脱法进行改进来测量液体表面张力系数。
（二）项目的意义和创新
生活中许多物理现象都与液体的表面张力相关。下面我举几个常见的例子，不小心被摔碎的温度计内部的掉落在地上的水银，水银滴呈球形；在验血的时候，手指上被针刺破，也会形成一个球形；昆虫（水足虫）在水面上漂浮和滑行等等。正是因为我们观察了这些细小的细节，我们找到了表面张力。根据拉普拉斯定律，球面形状使表面层所需要的“壁张力”最小化，也是表面张力液滴形状的决定因素。
近年来， FDNST1型表面张力系数测定仪已再高校多个实验室应用于液体表面张力系数的测量，测量精度得到了很大的提高。而C51单片机这类功能简单、时钟的效率低、测量精密度低、扩展系统功能难度大。所以本文采用了一款新型的表面张力系数测定仪。该测定仪采用STM32作为核心的主控芯片，便于扩展系统的功能。
我们将改进这些常见问题。首先，利用传感器测量表面张力系数，并用数字电压显示，大大方便了实验数据的读取，利用单片机系统实现自动数据采集，更切确的读出液体表面张力值。
该系统不仅有效提升测量的精度和灵活性，降低了误差且重复性好，便于实验的测量，而且对其他实验仪器进行借鉴的，如手动调节升降台使液面位置稳定下降上升，盛放液体的玻璃器皿底座加一个防滑底，将悬挂吊环的细线换成铁丝，防止测量时，因为线有弹性会出现细小误差。
二、元器件选择
（一）STM32最小系统简介
STM32F1系统是基于ARM CortexM3内核的第一批STM32位控制器，是其主流的ARM微控制器。随着时间的推移，F1系列通过提高CPU的速度、内部内存大小和外围设备而不断发展。我们此次采用的一款带有性能高、低成本、功耗低的嵌入式微控制器，根据其性能将STM32分成STM32F103增强型系列和STM32F101基本型系列。
如图21所示，我们这次采用的处理器，该微控制器内部由处理器核心、静态RAM、闪存、调试接口等外围设备组成，为液体表面张力提供了一个有效、准确、稳定的操作系统，并且方便后续的功能实现。
图21微处理器STM32
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