前言
MATLAB 被廣泛的使用在工程學(xué)和科學(xué)的領(lǐng)域, 從數(shù)據(jù)采集和分析到應(yīng)用程序開發(fā)。MATLAB
環(huán)境集合了數(shù)學(xué)計算, 圖形化輸出, 和強有力的計算機程序語言。內(nèi)建的接口讓使用者可以從儀器、檔案、和外部數(shù)據(jù)庫和程序中讀取數(shù)據(jù)。另外,
MATLAB 應(yīng)用程序還可以整合使用其它著名的計算機語言所開發(fā)出來的函式庫如C 、C++ 、FORTRAN,
和Java。
本文主要將會介紹MATLAB數(shù)據(jù)采集工具箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu),
和外部的使用接口, 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(jìn)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。
何謂MATLAB數(shù)據(jù)采集工具箱(Data
Acquisition Toolbox)
數(shù)據(jù)采集工具箱是一組M-File 函式集和MEX-File 等動態(tài)鏈接鏈接庫所組成的, 專門使用在數(shù)據(jù)采集方面的一組函式庫.
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)和同步模擬輸出入轉(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(Event-driven)的數(shù)據(jù)采集.
MATLAB數(shù)據(jù)采集工具箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)采集工具箱包括三個模塊分別為: M-File 函式集, 數(shù)據(jù)采集引擎(Data Acquisition
Engine), 和硬件轉(zhuǎn)接驅(qū)動程序(Hardware Driver Adaptors)。如下圖所示,
這些模塊允許使用者在MATLAB 內(nèi)和使用者的數(shù)據(jù)采集硬件之間交換數(shù)據(jù)。
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圖一:
數(shù)據(jù)采集工具箱的三大模塊和數(shù)據(jù)流動的關(guān)系 |
屬性和事件是內(nèi)部溝通的方式, 數(shù)據(jù)是主要傳送的標(biāo)的, 分述如下: 屬性(Property
values)
使用者能經(jīng)由屬性的改變而改變使用者的數(shù)據(jù)采集行為, 經(jīng)由數(shù)據(jù)采集工具箱屬性的改變將會影響到硬件驅(qū)動程序的行為,
使硬件的工作符合使用者的實際需要。
資料(Data)
使用者能從感應(yīng)器獲取數(shù)據(jù)并存放它在MATLAB內(nèi), 或從MATLAB 輸出數(shù)據(jù)到作動器。 此外使用者能在數(shù)字(1和0)和數(shù)字的輸出入(DIO)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
事件(Events)
事件發(fā)生在當(dāng)某個特定的情況符合之后, 通常在使用者設(shè)定屬性后使用者可以指定一個或更多的回呼函數(shù)(Callback
function)去處理不同的事件。使用者能使用事件的一些方式包括預(yù)先決定相當(dāng)數(shù)量的數(shù)據(jù)被采集之后立刻進(jìn)行分析,
或當(dāng)硬件驅(qū)動程序有錯誤發(fā)生時顯示一個錯誤訊息到MATLAB的工作區(qū)。
開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集
或許最有效學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集工具箱的方式為, 連接使用者的硬設(shè)備然后開始使用數(shù)據(jù)采集工具箱實際的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的工作.
實際進(jìn)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)。
以上均為典型的數(shù)據(jù)采集范例并且會對個范例作說明。使用者應(yīng)該記住這些步驟并修改成為自己的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。
注意模擬輸入和模擬輸出范例使用一張凌華 DAQ2010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(yīng)該修改硬件轉(zhuǎn)接驅(qū)動程序的名稱(Hardware
Driver Adaptor Name.)和設(shè)備識別碼(Hardware Device Identifier)。
如果使用者想要所有函數(shù)的相關(guān)說明, 可以參考MATLAB的函數(shù)說明。 如果使用者想要其它的屬性相關(guān)說明,
可以參考MATLAB的基本屬性說明。
如果使用者已經(jīng)安裝好凌華 DAQ2010的數(shù)據(jù)采集卡,
安裝好硬件驅(qū)動程序. 就可在光盤中或是到凌華科技網(wǎng)站http://www.凌華tech.com
中 尋找D2K-MTLB的DAQ2000系列的硬件轉(zhuǎn)接驅(qū)動程序, 安裝D2K-MTLB后就算完成了準(zhǔn)備動作.
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(jìn)行設(shè)定, 操作, 采集數(shù)據(jù), 并以圖表顯示出來.,只要稍為修改設(shè)定屬性值,
即可使用在真實的應(yīng)用中.
1.宣告一個裝置對象 – 宣告一個可以代表DAQ2010的模擬輸入對象(ai)
ai = analoginput('凌華',1);
2.增加輸入信道(Add channels) –
增加一個硬件信道到ai
chan = addchannel(ai, 0);
3.設(shè)定屬性值 – 設(shè)定取樣頻率和觸發(fā)來源和條件
set(ai,'SampleRate',2000)
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', 2.0) %不一定要執(zhí)行此指令因為會需要Trigger訊號
4.開始采集數(shù)據(jù) – 當(dāng)數(shù)據(jù)采集結(jié)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)
5.清除宣告的對象變量 – 當(dāng)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(nèi)存.
delete(chan)
clear chan
delete(ai)
clear ai
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圖二:
數(shù)據(jù)采集模擬輸入(AI)范例的執(zhí)行結(jié)果 |
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(jìn)行設(shè)定, 操作, 輸出數(shù)據(jù), 并以圖表顯示準(zhǔn)備要輸出的波形.,只要稍為修改設(shè)定屬性值,
即可使用在真實的應(yīng)用中.
1.宣告一個裝置對象 – 宣告一個可以代表DAQ2010的模擬輸出對象(ao)
ao = analogoutput ('凌華',1);
2.增加輸出通道(Add channels) –
增加一個或二個硬件信道到ao
chan = addchannel(ao, 0); %或 addchannel(ao,0:1);
3.設(shè)定屬性值 – 設(shè)定更新頻率
set(ao,'SampleRate',2000)
4.開始輸出資料 – 首先先在MATLAB內(nèi)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)
putdata(ao, data) %或 putdata(ao,[data data])
5.清除宣告的對象變量 – 當(dāng)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(nèi)存.
stop(ao)
delete(chan)
clear chan
delete(ao)
clear ao
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圖三:
數(shù)據(jù)模擬輸出(AO)范例的輸出波形 |
數(shù)字輸出入(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(jìn)行數(shù)字的輸出, 同時讀回那些值.
1.宣告一個裝置對象 – 宣告一個可以代表DAQ2010的數(shù)字輸出入對象(dio)
dio = digitalio ('凌華',1);
2.增加數(shù)字訊號線(Add lines) – 增加八個數(shù)字訊號線到dio,
同時將數(shù)字訊號線設(shè)定為”輸出”
addline(dio,0:7,'out');
3.讀和寫數(shù)值 – 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(shè)定.
pval = [1 1 1 1 0 1 0 1];
putvalue(dio,pval)
gval = getvalue(dio);
plot(gval)
5.清除宣告的對象變量 – 當(dāng)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(nèi)存.
delete(dio)
clear dio
結(jié)論
在此簡單的介紹MATLAB數(shù)據(jù)采集工具箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用方法，使用此種方式在MATLAB內(nèi)控制數(shù)據(jù)采集卡是最直接的方式，同時可以完全和MATLAB整合并進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)存取和實時的分析，使用資料采集工具箱再加上一片可以在工具箱內(nèi)使用的數(shù)據(jù)采集卡是所有需要作數(shù)據(jù)采集的工程師必備的工具。
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