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(jì)算, 圖形化輸出, 和強(qiáng)有力的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(xiàng)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(gè)及時(shí)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(gè)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)。
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(shí)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(gè)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(gè)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(cuò)誤發(fā)生時(shí)顯示一個(gè)錯(cuò)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(shí)際的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的工作. 實(shí)際進(jìn)行如何輸入或輸出數(shù)據(jù)。這個(gè)部分提供使用者一個(gè)簡單的例子說明怎么從實(shí)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(shí)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(gè)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(gè)范例將會使用數(shù)據(jù)采集工具箱對真實(shí)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(shí)的應(yīng)用中.
1.宣告一個(gè)裝置對象 – 宣告一個(gè)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(gè)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?yàn)闀枰猅rigger訊號
set(ai,'TriggerConditionValue', 2.0) %不一定要執(zhí)行此指令因?yàn)闀枰猅rigger訊號
4.開始采集數(shù)據(jù) – 當(dāng)數(shù)據(jù)采集結(jié)束時(shí), ai會自動停止數(shù)據(jù)采集并傳回?cái)?shù)據(jù).此時(shí)亦可使用圖表將數(shù)據(jù)顯示.
. start(ai)
data = getdata(ai);
plot(data)
