【正文】 求 。在高度發(fā)展的當(dāng)今中，科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)和生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化已成為人所共知的必然趨勢(shì)，而它們的共同要求是必須建立在有著不斷發(fā)展與提高的信息工業(yè)基礎(chǔ)上。換言之，生產(chǎn)過(guò)程的 自動(dòng)化面臨的第一個(gè)問(wèn)題就是必須根據(jù)從各種傳感器得到的數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)、監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)，以保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常工作。 如果 要對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用 Matlab 的數(shù)據(jù)分析處理功能進(jìn)行處理，則首先要將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 Matlab 的數(shù)據(jù)格式，這無(wú)疑是一件十分繁雜的任務(wù)。 Matlab(Version )的數(shù)據(jù)采集箱 DAQ (Data Acquisition Toolbox) 為此提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)直接數(shù)據(jù)采集的平臺(tái)。 利用該數(shù)據(jù)采集工具箱可以方便地建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。 論文 的組織結(jié)構(gòu) 摘要 。 。 實(shí)時(shí)串口數(shù)據(jù)采集概要 。 。 4. 基于 MATLAB 的實(shí)時(shí)串口數(shù)據(jù)采集與曲線顯示的具體做法。 有了 正確的 過(guò) 程， 便 會(huì) 得出 結(jié) 論 ， 結(jié)論 部分 即 是對(duì)此次設(shè)計(jì)結(jié)果的一個(gè)說(shuō)明。 2 Matlab 實(shí)時(shí)串口數(shù)據(jù)采集概要 Matlab 的 serial 類 串行接口 （ Serial Interface） 簡(jiǎn)稱串口，也稱串行通信接口（通常指 COM 接口），是采用串行通信方式的擴(kuò)展接口。串口出現(xiàn)的初期是為了實(shí)現(xiàn)連接計(jì)算機(jī)外設(shè)的目的，初期串口一般用來(lái)連接鼠標(biāo)和外置 Modem 及老式攝像頭和寫字板等設(shè)備 。 串行接口是指數(shù)據(jù)一位 一 位地順序傳送，其特點(diǎn)是 通信線路 簡(jiǎn)單，只要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，并可以利用電話線，從而大大降低了成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳送速度較慢。 自 版本起， Mathworks 公司在軟件中增加了 Instrument Control Toolbox，提供了對(duì)串口通信 的正式支持。 儀器控制工具箱 serial 類的主要特點(diǎn)如下： (1)支持基于 GPIB 總線 (IEEE48 HPIB 標(biāo)準(zhǔn) )、 VISA 總線、串行接口 (RS23RS42 RS485)的通信標(biāo)準(zhǔn)； (2)支持二進(jìn)制和文本 (ASCII)兩種數(shù)據(jù)的通信，文本方式支持 (standard mands for programmable instruments)語(yǔ)言； (3)支持異步通信和同步通信； (4)支持基于事件驅(qū)動(dòng)的通信。數(shù)據(jù)采集 （ Data Acquisition） ，又稱數(shù)據(jù)獲取，就是 將 被測(cè)對(duì)象 (外部世界、現(xiàn)場(chǎng) )的各種參量 (可以是量，也可以是化學(xué)量、生物量等 )通過(guò)各種傳感元件作適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E， 最后把 系統(tǒng)需要的所有對(duì)象的原始數(shù)據(jù)收集、歸類、整理、錄入到系統(tǒng)當(dāng)中去 ， 是管理系統(tǒng)使用前的一個(gè)數(shù)據(jù)初始化過(guò)程。 被采集數(shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)的各種物理量，如溫度、水位、風(fēng)速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時(shí)值，也可是某段時(shí)間內(nèi)的一個(gè)特征值。數(shù)據(jù)測(cè)量方法有接觸式和非接觸式，檢測(cè)元件多種多樣。數(shù)據(jù)采集含義很廣，包括對(duì)連續(xù)物理量的 采集。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種應(yīng)用極為廣泛的模擬量測(cè)量設(shè)備，其基本任務(wù)是把信號(hào)送入計(jì)算機(jī)或相應(yīng)的信號(hào)處理系統(tǒng)，根據(jù)不同的需要進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理。同時(shí)，還可以用計(jì)算機(jī)將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、顯示和打印，以實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被用作生產(chǎn)過(guò)程中的反饋控制量。編制計(jì)算機(jī)與測(cè)試儀器的接口程序可使用 C++ Builder、 VB等編程語(yǔ)言。如FFT、各種方法的濾波、系統(tǒng)辨識(shí)、小波變換等，由于 Matlab提供功能強(qiáng)大的各種計(jì)算，使用幾個(gè)簡(jiǎn)單語(yǔ)句就能實(shí)現(xiàn)，因此采用 Matlab編程語(yǔ)言非常適合。 數(shù)據(jù)采集引擎 (Data Acquisition Engine) 是 Matlab 環(huán)境下進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的核心。 一旦實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集任務(wù)啟動(dòng)，它就類似于 DOS 環(huán)境下后臺(tái)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。 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(huì)因不同硬件而產(chǎn)生不同的指令 。 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。 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(shí)時(shí)顯示出來(lái)，可以使用二維曲線繪圖的方法。也就是說(shuō)使用 plot 函數(shù)之前，必須首先定義好 曲線上每一點(diǎn)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。 plot(x1,y1,x2,y2? ) 繪制多條曲線（也可以用矩陣變量 plot(x,y)）。 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。 xlabel (‘frequency (Hz)’)； %X 軸名稱為 frequency(Hz) ylabel (‘magnitude (dB) ’)； ％ Y 軸名稱為 magnitude(dB) 3 實(shí)時(shí) 串口 數(shù)據(jù)采集與曲線顯示的 設(shè)計(jì)方法 實(shí)時(shí)串口通信的實(shí)現(xiàn) 支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)，用一個(gè)對(duì)象把計(jì)算機(jī)串口封裝起來(lái)。因此，使用 平臺(tái)，通過(guò)計(jì)算機(jī)串口實(shí)現(xiàn)對(duì)專業(yè)測(cè)試儀器的控制以及測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、處理和結(jié)果顯示。 封裝的串口對(duì)象支持對(duì)串口的異步讀寫操作，計(jì)算機(jī)在讀寫串口時(shí)能同時(shí)進(jìn)行其他處理工作，因而使計(jì)算機(jī)具有極高的執(zhí)行效率。當(dāng)指定的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)就觸發(fā)事件，執(zhí)行事件回調(diào)函數(shù)。 Matlab 串行口對(duì)象屬性 。串口對(duì)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(duì)象的標(biāo)識(shí)符 通過(guò)定義串口對(duì)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)。 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。 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。存儲(chǔ)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(dòng)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。 利用數(shù)據(jù)采集工具箱，在 Matlab 環(huán)境下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的步驟如圖 2 所示。當(dāng)設(shè)備對(duì)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。當(dāng)采集參數(shù)設(shè)定后，即可用 start 命令啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集，這時(shí)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(huì)自動(dòng)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(guò)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(duì)抽取到 Matlab 工作空間的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。這時(shí)必須利用 delete 和 clear 命令清除設(shè)備對(duì)象，否則，該設(shè)備將會(huì)一直處于采集引擎的監(jiān)管之中，再次創(chuàng)建該設(shè)備對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)報(bào)告一個(gè)錯(cuò)誤。 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(jì)向?qū)?，在向?qū)Э刂泼姘逯校髽?biāo)單擊左邊用戶界面控制對(duì)象面板中所需的按鈕對(duì)象，分別把它們放在圖形窗口中，并且可以通過(guò)拖動(dòng)來(lái)改變其位置和大小。 設(shè)計(jì)效果圖如圖 3 所示。 MATLAB 在創(chuàng)建每一個(gè)圖形對(duì)象時(shí)，都為該對(duì)象分配唯一的一個(gè)值，稱其為圖形對(duì)象句柄（ Handle）。在進(jìn)行對(duì)話框設(shè)計(jì)時(shí)，要讓對(duì)話框?qū)崿F(xiàn)輸入輸出功能，就要通過(guò)其句柄值調(diào)用一些函數(shù)文件，而當(dāng)句柄未知時(shí)，可以用標(biāo)識(shí)標(biāo)簽‘ Tag’屬性和函數(shù) findobj 確定。 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(lái)實(shí)現(xiàn)的 。 callbacks)；回調(diào)函數(shù)間數(shù)據(jù)的傳遞，也就是程序結(jié)構(gòu)的問(wèn)題?？丶谢卣{(diào)函數(shù) callback屬性，這實(shí)際上是一個(gè)字符串，包括函數(shù)名和參數(shù)，它應(yīng)該是可以在 workspace 里面執(zhí)行的表達(dá)式或者 M 文件名。這樣所有需要的數(shù)據(jù)都 必須是全局的，甚至比全局還要糟糕 ， 它可能會(huì)與 workspace 中其他程序的數(shù)據(jù)沖突。 fig 上的控件，是以句柄 (handles)的形式存在的， handles=guihandles(fig)可以得到 fig 的所有句柄。 4 基于 MATLAB的實(shí)時(shí)串口數(shù)據(jù)采集與曲線顯示的具體 做法 數(shù)據(jù)采集的一般流程 創(chuàng)建接口對(duì)象 并設(shè)置屬性 handles． S=serial()； ％創(chuàng) 建 串口 對(duì)象 set(handles． S， BaudRate ， 9600， StopBits ， 1)； ％設(shè)置波特率 缺省 9600bit/s和 停止位 set(handles． S， Parity ， none， )． ％設(shè)置無(wú)奇偶校驗(yàn) set(handles． S， FlowControl ， none )；％無(wú)流控制 set(handles． S， DataBits ， 8)； ％ 設(shè)置 8 位數(shù)據(jù)位 set(handles． S， InputBufferSize ， receivelen*10)；％設(shè)置緩沖區(qū)大小 設(shè)置串口 設(shè)置對(duì)象的屬性也可以用一條指令完成，如： set(handles． S,39。,39。,3600,39。,39。,39。,8,39。,1) 創(chuàng)建了對(duì)象后可以在 Matlab 命令窗口直接敲對(duì)象名并回車，看到其基本屬性和當(dāng)前狀態(tài) ， 若需要知道其全部的屬性，可以用 get(s)命令。對(duì)于一個(gè) RS232/RS422/RS485 串口設(shè)備對(duì) 象，其屬性的缺省值為波特率 9 600b/s，異步方式，通信數(shù)據(jù)格式為 8 位數(shù)據(jù)位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位， 1 位停止位。 打