【文章內(nèi)容簡介】 濾波、系統(tǒng)辨識、小波變換等，由于 Matlab提供功能強(qiáng)大的各種計算，使用幾個簡單語句就能實現(xiàn)，因此采用 Matlab編程語言非常適合。 Matlab 自帶的 數(shù) 據(jù)采集工具箱 DAQ 能更容易地將實驗測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和可視化操作， 包括了三個模塊 ，其中 MFile 函數(shù) 是 Matlab 中可直接調(diào)用的數(shù)據(jù)采集命令函數(shù)，通過 Mfile 函數(shù) 傳輸數(shù)據(jù)、參數(shù)和命令給數(shù)據(jù)采集引擎，并可從數(shù)據(jù)采集引擎中查看數(shù)據(jù)采集設(shè)備對象的狀態(tài) 、 參數(shù)和抽取數(shù)據(jù)，所有的實時數(shù)據(jù)采集任務(wù)都通7 過這些函數(shù)的調(diào)用來實現(xiàn)。 數(shù)據(jù)采集引擎 (Data Acquisition Engine) 是 Matlab 環(huán)境下進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集的核心。它執(zhí)行 Mflie 函數(shù)所規(guī)定的功能，并監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)采集設(shè)備對象的狀態(tài)，以及存儲和管理所采集的數(shù)據(jù)。 一旦實時數(shù)據(jù)采集任務(wù)啟動，它就類似于 DOS 環(huán)境下后臺運(yùn)行的監(jiān)控程序，所有的數(shù)據(jù)采集任務(wù)就置于它的監(jiān)控和管理之中。 硬件轉(zhuǎn)接驅(qū)動程序 (Hardware Driver Adaptors) 建立采集卡驅(qū)動軟件 (driver)與數(shù)據(jù)采集引擎之間的數(shù)據(jù)、命令和參數(shù)的傳輸通道，對于不同的板卡，需要不同的 驅(qū)動程序 ， 可以是動態(tài)鏈接庫文件 （ *． DLL） ，也可以是 Matlab 下的共享庫文件（ *． MEX） 。 它提供了以下主要的功能 : 1. 以相同的指令操作模擬輸入 (AI)、 模擬輸出 (AO)、 數(shù)字輸 入 輸出 (DIO)和 同步模擬輸 入 輸出 轉(zhuǎn)換各式功能 ， 不會因不同硬件而產(chǎn)生不同的指令 。 2. 一個及時數(shù)據(jù)采集環(huán)境 , 被測量的數(shù)據(jù)不需經(jīng)由轉(zhuǎn)換可直接進(jìn)入 MATLAB 直接 進(jìn)行分析 。 3. 支持 PC 聲 卡和 主要 的數(shù) 據(jù)采 集卡的 廠商 , 如 :凌華 , Agilent, ComputerBoards 和 National Instruments。 4. 支持事件驅(qū)動 (Eventdriven)的數(shù)據(jù)采集 。 曲線顯示 Matlab 具有強(qiáng)大的繪圖功能， 在 Matlab 中將采集到的數(shù)據(jù)實時顯示出來，可以使用二維曲線繪圖的方法。 Plot 函數(shù)是 Matlab 中最常見的繪圖函數(shù)，可以用來繪制單條或多條曲線，它是針對向量或矩陣的列來繪制曲線的。也就是說使用 plot 函數(shù)之前，必須首先定義好 曲線上每一點的 X 及 Y 坐標(biāo)，常用的格式有： plot(x,y) 以向量 x、 y 為軸，繪制曲線。其中 x 和 y 為坐標(biāo)向量。 plot(x1,y1,x2,y2? ) 繪制多條曲線（也可以用矩陣變量 plot(x,y)）。 plot(x,y1,x,y2,x,y3? ) 其功能是以公共向量 x 為 X 軸，分別以 y1,y2,y3?為 Y 軸，在同一幅圖內(nèi)繪制出多條曲線。 plot(x1,y1,LineSpec1,x2,y2,LineSpec2? ) 將按順序分別畫出由三參數(shù) Xi,Yi,LineSpeci 定義的線條。其中參數(shù) LineSpeci 指 明8 了線條的類型，標(biāo)記符號，和畫線用的顏色。 xlabel (‘frequency (Hz)’)； %X 軸名稱為 frequency(Hz) ylabel (‘magnitude (dB) ’)； ％ Y 軸名稱為 magnitude(dB) 3 實時 串口 數(shù)據(jù)采集與曲線顯示的 設(shè)計方法 實時串口通信的實現(xiàn) 支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)，用一個對象把計算機(jī)串口封裝起來。創(chuàng)建串口對象后，對其的操作就是對串口操作，從而實現(xiàn)了對計算機(jī)串口操作的簡化。因此，使用 平臺，通過計算機(jī)串口實現(xiàn)對專業(yè)測試儀器的控制以及測試數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸、處理和結(jié)果顯示。是十分有效的實時數(shù)據(jù)采集與處理方法之一。 封裝的串口對象支持對串口的異步讀寫操作，計算機(jī)在讀寫串口時能同時進(jìn)行其他處理工作，因而使計算機(jī)具有極高的執(zhí)行效率。 用多線程技術(shù)實現(xiàn)這種異步操作，通過異步讀寫設(shè)置，計算機(jī)在執(zhí)行讀寫串口函數(shù)時能立即退回，不必等待串口把數(shù)據(jù)傳輸完畢。當(dāng)指定的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時就觸發(fā)事件，執(zhí)行事件回調(diào)函數(shù)?？梢栽谑录卣{(diào)函數(shù)中編程，進(jìn)行數(shù)據(jù) 處理，這樣就不會造成因等待串口 傳輸數(shù)據(jù)引起的機(jī)時浪費(fèi)。 Matlab 串行口對象屬性 。 使用 serial 函數(shù)創(chuàng)建串口對象后，通過對象句柄操作串口，非常方便。串口對象有很多屬性，使用如下的命令可以查看串口所有屬性 set(s) %s 是 serial 創(chuàng)建的 COM1 串口對象的標(biāo)識符 通過定義串口對象的屬性，就能定義串口的通信模式，也可以了解串口的狀態(tài)。幾個比較重要的屬性如下： 1. 串口名屬性 Port 定義系統(tǒng)的串口名稱 （ 一般為 ‘COM 1’到 ‘COM 7’） 2. 串口通信屬性 BaudRate 定義傳輸波特率 (缺省 9600bps，可設(shè)為 1200， 2400， 4800， 19200bps 等等 ) DataBits 定義數(shù)據(jù)幀的比特位數(shù) (一般為 7 或 8 位 ) Parity 定義校驗方式 (可取值： none、 odd、 even、 mark、 space) StopBits 定義數(shù)據(jù)幀停止位位數(shù) (一般為 或 2) Terminator 定義結(jié)束字符 （ 一般為‘ LF’ ） 3. 串口讀數(shù)據(jù)方式 9 ReadAsyncMode 定義異步讀操作為連續(xù)或手工方式 (continuous連續(xù)方式 (缺省 )，或定義為 manual) 數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集工具箱集 成于 MATLAB 中，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的同時，可以對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，或者存儲后再進(jìn)行處理，或者針對數(shù)據(jù)分析的需要對測試條件的設(shè)立進(jìn)行不斷的更新。 應(yīng)用數(shù)據(jù)采集工具箱提供的命令和函數(shù)可以控制任何類型的數(shù)據(jù)采集。 DAQ 是由 一組 MFile 文件格式的函數(shù) 和 MEXFile 等動態(tài)鏈接庫所組成的 , 專門使用在數(shù)據(jù)采集方面的一組函 數(shù) 庫 。 如圖 1 所示， 這些組成部分使得 Matlab 與數(shù)據(jù)采集硬件之間的信息傳遞成為可能。 圖 1:數(shù)據(jù)采集 引擎與硬件驅(qū)動 Fig 1： Data Acquisition Engine and Hardware Driver 將 被測物理量通過傳感器連接到數(shù)據(jù)采集卡，通過采集函數(shù)命令啟動數(shù)據(jù)采集任務(wù)，在數(shù)據(jù)采集引擎管理下，數(shù)據(jù)將從采集卡流 入 數(shù)據(jù)引擎，臨時存儲在內(nèi)存中，以便于數(shù)據(jù)的重寫，數(shù)據(jù)重寫的速度依賴于內(nèi)存的大小、數(shù)據(jù)采樣的速率和采集通道數(shù)。存儲在內(nèi)存中被數(shù)據(jù)采集引擎管理的數(shù)據(jù)并不能自動進(jìn)入 Matlab 工作空間，為了在Matlab 工作空間使用這些數(shù)據(jù)，必須使用 getdata 函數(shù)從引擎中抽取。被抽取到 Matlab空間的數(shù)據(jù)，可以用 Matlab 中其他工具箱的函數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理，也可以 直接寫入磁盤文件。 利用數(shù)據(jù)采集工具箱，在 Matlab 環(huán)境下實時數(shù)據(jù)采集的步驟如圖 2 所示。首先利用命令函數(shù) analoginput 創(chuàng)建設(shè)備對象，并將該設(shè)備對象賦予一個 Matlab 變量，以后對該設(shè)備對象的操作就轉(zhuǎn)換為對該變量操作。當(dāng)設(shè)備對象建立后，即可用 addchannel 命10 令給該設(shè)備按照需要添加數(shù)據(jù)采集通道。一旦采集通道添加完成，就可以用 set 命令為設(shè)備對象設(shè)置采集參數(shù)，不同的采集卡，具有不同的采集特性參數(shù)。當(dāng)采集參數(shù)設(shè)定后，即可用 start 命令啟動數(shù)據(jù)采集，這時采集卡的狀態(tài)就置于數(shù)據(jù)采集引擎的管理中，數(shù)據(jù) 采集引擎會自動按照設(shè)定的參數(shù)監(jiān)管和響應(yīng)采集卡，并將其所采集的數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)引擎管理的內(nèi)存區(qū)，通過相應(yīng)的命令可以從 Matlab 中查看數(shù)據(jù)采集任務(wù)的狀態(tài)和抽取數(shù)據(jù)到 Matlab 工作空間，并可對抽取到 Matlab 工作空間的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。當(dāng)采集到數(shù)據(jù)滿足設(shè)定參數(shù)時，采集任務(wù)即告結(jié)束。這時必須利用 delete 和 clear 命令清除設(shè)備對象，否則，該設(shè)備將會一直處于采集引擎的監(jiān)管之中，再次創(chuàng)建該設(shè)備對象時，系統(tǒng)將會報告一個錯誤。 圖 2： 數(shù)據(jù)采集 命令 流程 圖 Fig 2: Command Flow Chart of Data Acquisition 曲線顯示 GUI 的實現(xiàn) 利用 MATLAB 軟件中 GUI 模塊 可以方便地設(shè)計出基于對話框的圖形用戶界面 ,它提供了諸如編輯框、按鈕、滾動條等圖形對象 ,通過對這些圖形對象的有機(jī)組合 ,再對相應(yīng)的圖形對象編寫程序 ,就可以設(shè)計出界面友好、操作方便的系統(tǒng)軟件。 在 Matlab 的命令窗口輸入： guide，就可以進(jìn)入圖形用戶界面的設(shè)計向?qū)?，在向?qū)Э刂泼姘逯?，鼠?biāo)單擊左邊用戶界面控制對象面板中所需的按鈕對象，分別把它們放在圖形窗口中，并且可以通過拖動來改變其位置和大小。然后雙擊各個按鈕對象， 就可以打開其屬性編輯器，拖動屬性 編輯器右邊的滑塊，改變各個按鈕對象屬性，這樣就可以設(shè)計出對話框的外觀。 設(shè)計效果圖如圖 3 所示。 MALTAB 的 GUI 主要 有 兩個文件，當(dāng)設(shè)置好 GUIDE 時點擊保存，這時將在當(dāng)前路徑自動產(chǎn)生兩個名字相同的文件，但擴(kuò)展標(biāo)識符不同，一個為 .fig 文件，一個為 .m11 文件， .fig 主要是 GUI 圖形文件，和 GUIDE 設(shè)計的圖像相同， .m文件為程序文件，所有事件響應(yīng)和計算功能都在這里實現(xiàn)。 MATLAB 在創(chuàng)建每一個圖形對象時，都為該對象分配唯一的一個值，稱其為圖形對象句柄（ Handle）。句柄是 圖形對象的唯一標(biāo)識符。在進(jìn)行對話框設(shè)計時，要讓對話框?qū)崿F(xiàn)輸入輸出功能，就要通過其句柄值調(diào)用一些函數(shù)文件，而當(dāng)句柄未知時，可以用標(biāo)識標(biāo)簽‘ Tag’屬性和函數(shù) findobj 確定。其方法是通過給期望的圖形對象提供唯一的‘ Tag’屬性字符串，用 findobj 函數(shù)來查找?guī)Я似谕臉?biāo)識標(biāo)簽的句柄。 圖 3： GUI 界面 Fig 3:GUI Interface MATLAB 的按鈕以及各種控件事件響應(yīng)是依靠一種叫做回調(diào)函數(shù) (Callback Function)來實