【導讀】接實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時采集。在傳統(tǒng)的工程檢測中，需要將采集到的數(shù)據(jù)存儲起來，經(jīng)過一系列。文件和編譯器，用戶可以在MATLAB環(huán)境中調用C語言或FORTRAN程序、輸入或輸。時采樣、等效時間采樣等）、MATLAB軟件的特點。然后，對比分析已有的基于MATLAB的。可以利用MATLAB和C語言交互，設計基于MATLAB的數(shù)據(jù)采集器。最后，完成畢業(yè)論文撰寫工作。通過本課題的工作，可以鞏固和加深學生對數(shù)字信號處。練，使其具備科研論文寫作的基本功。[1]王海龍,陳珊杰,李茜等.基于MATLAB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究[J].中國農(nóng)學通訊，2020,[3]張威.MATLAB外部接口編程[M].西安:西安電子科技大學出版社,2020:50-85.[7]伯曉晨MATLAB工具箱應用指南[M].北京:電子工業(yè)出版社,2020.階段分布由各學院自行決定。

　　

【正文】 具箱（ Toolbox）家族中有了自己的一席之地。 f. 實用的程序接口和發(fā)布平臺 新版本的 Matlab 可以利用 Matlab 編譯器和 C/C++數(shù)學庫和 圖形庫，將自己的 Matlab 程序自動轉換為獨立于 Matlab 運行的 C 和 C++代碼。允許用戶編寫可以和 Matlab 進行交互的 C 或 C++語言程序。另外， Matlab 網(wǎng)頁服務程序還容許在 Web 應用中使用自己的 Matlab 數(shù)學和圖形程序。 g. 應用軟件開發(fā)（包括用戶界面） 在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強大的圖形標注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel 和 HDF5 進行連接。 (4) Matlab 常用工具箱 Matlab 包括擁有數(shù)百個內部函數(shù)的主包和三十幾種工具包。工具包又可以分為功能性工具包和學科工具包。功能工具包用來擴充 Matlab 的符號 基于 Matlab 的數(shù)據(jù)采集器設計 第 17 頁 共 46 頁 計算，可視化建模仿真，文字處理及實時控制等功能。學科工具包是專業(yè)性比較強的工具包，控制工具包，信號處理工具包，通信工具包等都屬于此類。 常用工具箱如下： Matlab Main Toolbox——Matlab 主工具箱 Control System Toolbox——控制系統(tǒng)工具箱 Communication Toolbox——通訊工具箱 Data Acquisition Toolbox—— 數(shù)據(jù)采集工具箱 Image Processing Toolbox——圖象處理工具箱 LMI Control Toolbox——線性矩陣不等式工具箱 Model predictive Control Toolbox——模型預測控制工具箱 Signal Processing Toolbox——信號處理工具箱 Spline Toolbox——樣條工具箱 Symbolic Math Toolbox——符號數(shù)學工具箱 Simulink Toolbox——動態(tài)仿真工具箱 Wavele Toolbox——小波工具箱 Matlab 數(shù)據(jù)采集工具箱（ DAT）及其使用 本文主要研究如何應用 Matlab 數(shù)據(jù)采集工具箱來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集，下面將對數(shù)據(jù)采集工具箱進行簡要的介紹。 數(shù)據(jù)采集工具箱是一組 MFile 函 數(shù) 集和 MEXFile 等動態(tài)鏈接鏈接庫所組成的 , 專門使用在數(shù)據(jù)采集方面的一組函 數(shù) 庫 . 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)字輸出入 (DIO)和同步模擬輸入 輸 出轉換各式功能 , 不會因不同硬件而產(chǎn)生不同的指令 。 2） 一個 實 時數(shù)據(jù)采集環(huán)境 , 被測量的數(shù)據(jù)不需經(jīng)由轉換可直接進入MATLAB 直接進行分析 。 3） 支持主要的數(shù)據(jù)采集卡的廠商 , 如 :凌華 , Agilent, ComputerBoards 和 National Instruments。 4） 支持事件驅動 (Eventdriven)的數(shù)據(jù)采集 。 Matlab 數(shù)據(jù)采集工具箱的內部結構 基于 Matlab 的數(shù)據(jù)采集器設計 第 18 頁 共 46 頁 數(shù)據(jù)采集工具箱包括三個模塊分別為 : MFile 函式集 , 數(shù)據(jù)采集引擎 (Data Acquisition Engine), 和硬件轉接驅動程序 (Hardware Driver Adaptors)。如下圖所示 , 這些模塊允許使用者在 Matlab 內和使用者的數(shù)據(jù)采集硬件之間交換數(shù)據(jù)。 互動的圖式和及時的資料 由硬件廠家提供，是硬件和資料采集引擎的界面 屬性，資料和事件 圖 數(shù)據(jù)采集工具箱的三大模塊和數(shù)據(jù)流動的關系 要執(zhí)行一個數(shù)據(jù)采集任務 ,就必須調用 Matlab 環(huán)境的 M 文件函數(shù)。這些函數(shù)用來創(chuàng)建設備對象 。 采 集或者輸出數(shù)據(jù) 。配置屬性值 。 或者查詢采集任務的狀態(tài)和硬件資源。 數(shù)據(jù)采集引擎是 Matlab環(huán)境下進行實時數(shù)據(jù)采集的核心。它執(zhí)行 Mfile 函數(shù)所規(guī)定的功能 ,并監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)采集設備對象的狀態(tài) ,以及存儲和管理所采集的數(shù)據(jù)。一旦實時數(shù)據(jù)采集任務啟動 ,它就類似于 DOS環(huán)境下后臺運行的監(jiān)控程序 ,所有的數(shù)據(jù)采集任務就置于它的監(jiān)控和管理之中。數(shù)據(jù)采集引擎是一個 MEX 文件的動態(tài)鏈接庫。用于存儲控制數(shù)據(jù)采集的設備對象和相關的屬性值 ,控制事件的同步 ,控制采集到的或隊列內數(shù)據(jù)的存儲。引擎和 Matlab是異步的 ,當引擎執(zhí)行任務的時候 ,可以用 Matlab執(zhí)行其它的任務 , 比如數(shù)據(jù)的分析。 硬件驅動接口是數(shù)據(jù)采集工具箱和硬件驅動程序之間的界面或接口。主要目的是在 Matlab和硬件設備 (通過硬件驅動程序 ) 之間傳遞信息。數(shù)據(jù)采集工具箱并不提供硬件驅動 ,硬件驅動一般由設備供應商提供。 數(shù)據(jù)采集卡驅動適配軟件 (adaptor)建立采集卡驅動軟件 (driver)與數(shù)據(jù)采集MATLAB 硬件 傳感器 執(zhí)行器 檔案 M F IL E 函數(shù)集 資 料采集引 擎 硬件接口驅 動程序 基于 Matlab 的數(shù)據(jù)采集器設計 第 19 頁 共 46 頁 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 ,需要不同的適配驅動軟件 ,這是一個需要用戶開發(fā)的軟件。 DAT 的使用方法 熟悉數(shù)據(jù)采集工具箱的使用方法將 會了解如何使用同一組指令去操作各種不同硬件的數(shù)據(jù)采集卡以進行模擬輸入 (AI), 模擬輸出 (AO), 數(shù)字輸出入 (DIO)的各種操作 。 對于 Matlab 的使用者而言將是一項有力的工具。 （ 1） 開始進行數(shù)據(jù)采集 或許最有效學習數(shù)據(jù)采集工具箱的方式為 , 連接使用者的硬設備然后開始使用數(shù)據(jù)采集工具箱實際的進行數(shù)據(jù)采集的工作 . 實際進行如何輸入或輸出數(shù)據(jù)。這個部分提供使用者一個簡單的例子說明怎么從實際的硬件上采集數(shù)據(jù) (AI), 又如何從 Matlab 中產(chǎn)生數(shù)據(jù)并輸出到實際的硬件 (AO), 另一種常見的數(shù)據(jù)采集是使用數(shù)字 I/O(DIO)。 以 下 均為典型的數(shù)據(jù)采集范例并且會對個范例作說明。使用者應該記住這些步驟并修改成為自己的數(shù)據(jù)采集應用。 注意模擬輸入和模擬輸出范例使用一張凌華 DAQ2020 的數(shù)據(jù)采集卡 , 如果使用者使用一種另外支持的硬件裝置 , 使用者應該修改硬件轉接驅動程序的名稱 (Hardware Driver Adaptor Name.)和設備識別碼 （ Hardware Device Identifier)。 如果使用者已經(jīng)安裝好凌華 DAQ2020 的數(shù)據(jù)采集卡 , 安裝好硬件驅動程序。就可在光盤中或是到凌華科技網(wǎng)站 中尋找D2KMTLB 的 DAQ2020 系列的硬件轉接驅動程序 , 安裝 D2KMTLB 后就算完成了準備動作 。 （ 2） 模擬輸入 (AI)范例 這個范例將會使用數(shù)據(jù)采集工具箱對真實的數(shù)據(jù)采集卡進行設定、操作 、 采集數(shù)據(jù) , 并以圖表顯示出來 ,只要稍為修改設定屬性值 , 即可使用在真實的應用中 。 基于 Matlab 的數(shù)據(jù)采集器設計 第 20 頁 共 46 頁 – 宣告一個可以代表 DAQ2020 的模擬輸入對象 (ai)。 ai = analoginput(凌華 ,1) (Add channels) – 增加一個硬件 信道到 ai。 chan = addchannel(ai, 0) – 設定取樣頻率和觸發(fā)來源和條件 。 set(ai,SampleRate,2020) set(ai,TriggerType, Immediate) set(ai,TriggerChannel, chan) 不一定要執(zhí)行此指令因為會需要 Trigger 訊號 set(ai,TriggerConditionValue, ) 不一定要執(zhí)行此指令因為會需要 Trigger訊號 – 當數(shù)據(jù)采集結束時 , ai 會自動停止數(shù)據(jù)采 集并傳回數(shù)據(jù) .此時亦可使用圖表將數(shù)據(jù)顯示 。 start(ai) data = getdata(ai) plot(data) – 當使用者不再需要使用 ai 裝置對象變量時 , 使用者必需清除并釋放 ai 所占用的內存 。 delete(chan) clear chan delete(ai) 基于 Matlab 的數(shù)據(jù)采集器設計 第 21 頁 共 46 頁 clear ai 圖 數(shù)據(jù)采集模擬輸入 (AI)范例的執(zhí)行結果 （ 3） 模擬輸出 (AO)范例 這個范例將會使用數(shù)據(jù)采集工具箱對真實的數(shù)據(jù)采集卡進行設定 , 操作 , 輸出數(shù)據(jù) , 并以圖表顯示準備要輸出的波形 .,只要稍為修改設定屬性值 , 即可使用在真實的應用中 。 – 宣告一個可以代表 DAQ2020 的模擬輸出對象 (ao)。 ao = analogoutput (凌華 ,1) (Add channels) – 增加一個或二個硬件信道到 ao。 chan = addchannel(ao, 0) 或 addchannel(ao,0:1) – 設定更新頻率 。 set(ao,SampleRate,2020) – 首先先在 MATLAB 內產(chǎn)生所要輸出的波形 , 然后可以把波形數(shù)據(jù)寫入 ao, 一次可以寫入一個通道或是寫入二個通道 。 data = 10*sin(linspace(0,2*pi*10,8000)) plot(data) 基于 Matlab 的數(shù)據(jù)采集器設計 第 22 頁 共 46 頁 putdata(ao, data) 或 putdata(ao,[data data]) – 當使用者不再需要使用 ao 裝置對象變量時 , 使用者必需清除并釋放 ao 所占用的內存 。 stop(ao) delete(chan) clear chan delete(ao) clear ao 圖 數(shù)據(jù)模擬輸出 (AO)范例的輸出波形 （ 4）數(shù)字輸入輸出 (DIO)范例 這個范例將 會使用數(shù)據(jù)采集工具箱對真實的數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)字的輸出 , 同時讀回那些值 。 – 宣告一個可以代表 DAQ2020 的數(shù)字輸出入對象(dio)。 基于 Matlab 的數(shù)據(jù)采集器設計 第 23 頁 共 46 頁 dio = digitalio (凌華 ,1) (Add lines) – 增加八個數(shù)字訊號線到 dio, 同時將數(shù)字訊號線設定為 ‖輸出 ‖。 addline(dio,0:7,out) – 產(chǎn)生一個數(shù)值的數(shù)組 , 并將它送到 dio 裝置對象 , 注意讀和寫數(shù)字訊號線通常不必再對其輸出入的方向重新設定 。 pval = [1 1 1 1 0 1 0 1] putvalue(dio,pval) gval = getvalue(dio) plot(gval) – 當使用者不再需要使用 dio 裝置對象變量時 , 使用者必需清除并釋放 dio 所占用的內存 。 delete(dio) clear dio 利用 Matlab 的數(shù)據(jù)采集工具箱實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集 支持面向對象技術 ,用一個對象把計算機串口封裝起來。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)了對計算機串口操作的簡化。因此 ,使用 平臺 ,通過計算機串口實現(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、處理和結果顯示 ,是十分有效的實時數(shù)據(jù)采集與處理方法之一。 Matlab自帶的數(shù)據(jù)采集工具箱是為簡化和加快數(shù)據(jù)采集工作而設計的。使用該工具箱更容易將實驗測量得到的數(shù)據(jù)進行分析和可視化操作。數(shù)據(jù)采集采集工 基于 Matlab 的數(shù)據(jù)采集器設計 第 24 頁 共 46 頁 具箱提供了一整套的命令和函數(shù)，可以用來直接控制與 PC機兼容的數(shù)據(jù)采集設備的數(shù)據(jù)采集和通訊。這些設備包括：多媒體聲卡，美國國家儀器 E系列， 1200系列接口板， HewlettPackardVXIE1432系列 接口板以及其它的各種數(shù)據(jù)采集硬件設備。硬件數(shù)據(jù)采集設備的內部特性對 Matlab接口完全透明。無論是使用一個或幾個硬件設備，數(shù)據(jù)采集工具箱會向所有的硬件設備提供單一的和統(tǒng)一的接口。通過調用 Matlab命令和函數(shù)可以對與 PC機兼容的數(shù)據(jù)采集硬件設備進行訪問并對它的屬性進行可視化控制。因為對采集的數(shù)據(jù)進行實時分析，或者存儲后再進行處理，或者針對數(shù)據(jù)分析的需要對測試條件的設進行不斷的更新。 基于 Matlab 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 圖