没有看上一篇的朋友，建议先看上一篇，了解一下内容。
4.典型实验数据采集
由于这几个实验数据量比较小，拟采用手机来处理。在手机端采用MathStudio来处理。
Mathstudio软件介绍：是安卓上最强大的科学计算/符号运算软件，而且安装包很小，只有1M，具有 Maple 和 MATLAB 等符号运算和科学计算软件的基本功能。该软件有以下几种优点：
1.科学计算：包含 200 多个函数的全功能科学计算器。
2.代数系统：基于 MobileCAS 的代数系统，强大高效，并可将结果排版成赏心悦目的形式。
3.微积分：计算极限、微分、积分等。
4.2D 绘图：简单快速地绘制图形，支持普通函数、参数方程、极坐标方程、隐式表达式、等值线、向量场、分形和图像等。
5.3D 绘图：可随意缩放和旋转 3D 图形，支持参数方程、球坐标、柱坐标、向量场等。时变绘图：可以用时间作为变量，绘制随时间变化的动态图像。
6.统计：对一系列数据绘制散点图、直方图、概率图等，并提供高级的回归分析包，可以使用预先提供的回归函数，也可以自己给定回归函数。
7.脚本功能：可以用自带的编程语言编写脚本，支持变量、循环，甚至递归。
4.1 实时采集，测量RC电路暂态过程
电容充电时间计算公式：Vt=V0+（Vu-V0）* [1-exp(-t/RC)]。
其中：V0 为电容上的初始电压值；Vu 为电容充满终止电压值；Vt 为任意时刻t电容上的电压值。
电容放电时间计算公式：Vt= Vu *exp(-t/RC)。其中：Vu 为电容充满开始电压值；Vt 为任意时刻t电容上的电压值。
本实验的电路连接图如下图：
测量RC电路暂态过程的电路连接图
电路图介绍：电容放电电路中，R1为放电电阻，阻值一般在几十KΩ，C1为放电电容，容值为几十μF，三极管用作开关可用普通开关代替，当开始采集时，关闭，电容放电，停止采集时，打开，电容立即充满电开关为放电时使用。电容充电电路中，电阻R3为稳定电阻。阻值一般为几百欧，由于电流比较大，排除在电容充电时，三极管的压降变化，影响到电容；R4为充电电阻，阻值一般在几十KΩ，C1为充电电容，容值为几十μF，三极管作用同放电电路，在开始采集时打开，在停止采集时关闭。
实物图
在测量电容充电时取V0=0，选择实时采集模式，采集速率为5个/秒，电容充电方程为；Vt=Vu* [1-exp(-t/RC)]。
通过mathstudio进行数据处理如图：
mathstudio处理电容充电结果图
拟合的点如下图：
本实验所用的电阻实际值为99.1KΩ，电容实际值为53.2uF。时间常数实际为τ=R*C=5.277，误差δ=（5.267-5.277）/5.277*100%=0.19%误差比较小。实际测量的充电电压为：4.116V 误差δ=（4.09-4.116）/4.116*100%=1.7%。方程拟合度r=0.99997，已经相当准确。
测量电容放电方法同上,就不介绍了.
4.2 定时采集，测量RL电路暂态过程
RL电路稳定过程非常快，采用比较大的电感的时间常数为100us量级，远超人的反应速度，必须通过设备来采集。为此选用2SD882来做开关，2SD882为中功率NPN型三极管，IC==3A，ft=100MHZ足以满足本设计的要求。
为检测到如此快的过程，必须让单片机的工作速度达到最快，在采集时采用定时采集模式，选择通道1，选择采集时间2ms。在2ms内单片机可以采集95个数据，足以捕捉到如此快过程。以下是实验电路图：
电路图介绍：电感释放电路中，由于本设计只能采集0-5V的电压，不能采集负电压，采用双电源供电（不共地），由于电流比较大，不能长时间工作。R5为上拉电阻，使三极管饱和导通。R6为放电电阻，阻值一般在几十Ω，比电感内阻大，L1为理想电感，标称为10mH，R7为电感内阻，阻值为25.5Ω，三极管用作开关使用，不可用普通机械开关代替，当开始采集数据时，开关关闭，电感释放电流，停止采集时，开关打开，电感存储完成。电感存储电路中，L2为理想电感，R9为电感内阻，电阻R10为存储电阻，阻值为几十欧，将电流信号转换为电压信号；R11为电压稳定电阻，减小三极管对电路的影响；三极管作为开关，在开始采集时打开，在停止采集时关闭。
电感没有充放电过程，但是自感线圈中可以储存能量，储存过程中： I= I0+If*（1-e^（-t*（R/L））），释放过程中：I= If*e^(-t*（R/L）），其中If是回路中最大电流，Io是最初电流L是自感系数R是电阻阻值，L/R为时间常数τ。
在电感释放电路中，外部电阻R6=66.5Ω，内阻r=25.2Ω。所以R=91.7Ω。由于本设计只能测0-5V的电压，使用双电源供电。采集到的数据是电压信号，要转变为电流信号。
mathstudio处理电感放电处理结果及拟合图
由于电感与理想电感相差太远，光电感的内阻就25.5Ω，这个必须计算进去，导致数据偏差太大，一般的万用表不具备测量电感的能力，该电感的实际值按标称值计算L=10mH。拟合的时间常数τ=0.000112s，可以看出其放电速度非常快，实际的τ=1/ (R/L) =0.000109s，误差=|0.000109-0.000112|/0.000112*100%= 2.68%误差比较大，但也在情理中。拟合系数r=0.99958，从图中可以看出在释放完之前，实际与理论出现了偏差。
4.3 随机采集，测量单摆的周期
摆是一钟常见的中学物理实验，摆可以用来计时，其运动周期与摆锤的质量无关，只与摆长有关，当摆角相当小的时候，可以看做一简谐运动。
周期T=2π*(l/g)^1/2，其中l为摆长，g为当地的重力加速度。
测量单摆周期的实物图
由于摆的周期预先不知道，因此要打开随机采集模式，在随机采集模式下，每两个数据为一组数据，数据的第一个数为测量值大小，第二个数为测量时间，单位ms，在单摆实验中只使用第二个数。由于光电门不在正中间，计算式应去除第一个数据，以后每两个数据为一个周期然后取平均就得到单摆的周期了。
50个单摆周期的散点图
经计算这50个周期平均为T测=1761.40ms，方差0.3375。实际测量的摆长为0.775m，摆角小于5。，青岛地区的重力加速度g=9.798m/S2,由公式计算的理论T=1767.10ms，误差为δ=0.32%。从测量值来看，周期分布很均匀，上下波动只有1ms，为什么与理论值相差这么大呢？
误差分析：1.单片机计时是有误差的。我采用的是每111个晶振周期作为10us，并记一次数，每秒钟计10万次，单片机计时1s时，实际时间为t=111*1/11.0592M*105= 1003.69ms，因此每秒钟单片机慢3.69ms。因此实际测量时间T测=1761.40*1003.69/1000=1767.90ms，此时的误差δ=0.045%，达到了设计要求。2.由于摆线采用铜丝，测量工具采用米尺，测量精度为1mm，其他的原因影响可以忽略不计。
5.结论
本课题围绕如何将智能手机应用到数据采集上来展开设计。由于实验条件所限，设计不够完美，但是也达到了一定的实验效果。首先在Android上进行了上位机的软件开发，然后用STC12C5A60S2单片机进行了下位机的设计及软件开发，最后通过几个小实验验证了本设计的可行性。
本设计存在许多不足，后续还会完善：1.单片机AD转换增加参考电源，具体做法为，在单片机8的AD转换通道取1个作为参考电压，使用TL431稳压模块足以。2.安卓端添加更多采集模式，内置一些基本数据处理模块，如平均值，方差，最大值，最小值等，更多的选项控制。3.使用更高级的单片机，如stm8，stm32。
智能手机自出现以来，就迅速普及，相信以后物联网也会迅速发展，我们每时每刻都会跟智能硬件打交道，数据采集也会有一个全新的方式展现出来。
最后感谢大家的支持与关注!
