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    [进阶教程] Matlab和Arduino

    [复制链接]
    如果大家附件下不了,请到百度网盘去下,每一楼的附件都能在下面这个链接里找到//pan.baidu.com/s/1lDq5k
    Matlab是运用极广的数学软件。Arduino又是现在很火的开源硬件平台。两者连起来玩也是很爽的。
    特别是现在Matlab出了Arduino支援套件以后,玩起来比以往的串口通信简单多了。

    第一部分 Matlab Arduino Support package
    第二部分 Simulink Arduino Support package
    第三部分 Matlab的串口通信
    第三部分 Simulink的串口通信

    坚持持续更新与编辑。

    Part 1 Matlab Arduino Support package
    这个支持包是为了实现Matlab与Arduino之间的串口通信?;谠贏rduino板上提前烧写的服务器程序(Server program),监听串口的命令,需要的话可以返回结果。也就是说,Arduino板只需要提前烧写一个程序,之后便可通过Matlab命令对其直接操作。

    该支援包支持学生版的Matlab。支持的控制板有UNO,Mega 2560,Duemilanove。
    可以在Matlab官网下载,地址//www.mathworks.de/hardware-support/arduino-matlab.html
    点击下方的Requirement框里的“MATLAB Support Package for Arduino”,在新打开的网页中在右边点击Download Submission即可
    也可以在本贴的附件直接下载ArduinoIO压缩包

    下载后解压。把解压文件里的pde/adiosrv/adiosrv.pde文件用Arduino IDE烧写到Arduino控制板上。
    把matlab的工作路径修改到ArduinoIO文件夹。这样配置就算完成了。

    现在来实验一下。用matlab完成一个简易的usb示波器
    首先建立arduino和matlab的连接,代码如下
    a = arduino('COM3');
    matlab会用几秒钟的时间来建立连接

    用一个1k欧的可调电阻串联一个1k欧的电阻。如下图连接,楼主用的是AnalogRead pin 5


    将下面的代码直接复制到Matlab命令框,即可运行。
    interval = 10000;
    passo = 1;
    t = 1;
    x = 0;
    while(t<interval)
        b = a.analogRead(5)*10; % 把读到的值放大10倍
        x = [x,b];
        plot(x);
        grid
        t = t+passo;
        drawnow;
    end

    从a5所读的值会实时的画在图上,效果如下图??梢宰约菏侄髡傻鞯缱枳柚?,即可在plot窗口观察阻值变化。


    下面来试一下把支援套件用到GUI点亮或熄灭led
    这里为了使用digitalWrite(pin)设置了两个pushbutton。标签(tag)分别是led1和led2
    在函数 _OpeningFcn 里设置全局变量,以及初始化。
    global a;
    global led1_state;
    global led2_state;
    a = arduino('COM3');
    a.pinMode(3,'output');
    a.pinMode(4,'output');
    a.pinMode(5,'input'); % 5读取3的状态
    a.pinMode(6,'input'); % 6读取4的状态
    led1_state = 0;
    led2_state = 0;


    在函数 led1_Callback中添加如下代码
    global a;
    global led1_state;
    if led1_state == 0
        a.digitalWrite(3,1);
        led1_state = a.digitalRead(5);
        set(hObject, 'BackgroundColor',[0 0 1]);
    else
        a.digitalWrite(3,0);
        led1_state = a.digitalRead(5);
        set(hObject, 'BackgroundColor',[1 1 0]);
    end

    根据变量led1_state设置led1的状态。读取led1状态,更新变量led1_state。更改按钮颜色
    如果使用togglebutton,可以省略全局变量led1_state,可直接使用a.digitalWrite(3,(get(hObject,'Value')))进行状态切换。
    注意:如果第二次执行的时候没有把语句 a = arduino('COM3')删除,或者没有清除变量a。都会出现错误
    在函数led2_Callback中类似。完整代码在附件

    Matlab Support Packag for Arduino(Matlab支援套件):
    ArduinoIO.zip (172.87 KB, 下载次数: 2548)

    Matlab GUI LED:
    led.zip (3.25 KB, 下载次数: 1948)




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    zjy  学徒

    发表于 2017-9-1 00:16:02

    “下载后解压。把解压文件里的pde/adiosrv/adiosrv.pde文件用Arduino IDE烧写到Arduino控制板上。把matlab的工作路径修改到ArduinoIO文件夹。这样配置就算完成了。


    请问我怎么没找到  adiosrv 这个文件夹,只有 adio   adioe  adioes 这三个文件夹?
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    Fantc  初级技匠
     楼主|

    发表于 2013-12-3 22:55:46

    本帖最后由 Fantc 于 2013-12-6 02:40 编辑

    Part2 Simulink Arduino Support package
    这个套件其实就更好玩了。不用再费心费力的写代码。而是直接用simulink搭建好流程,运算关系,就可以直接烧写到控制板上了,这就变成了??榛喑???上У氖歉锰准恢С諹NO和Mega 2560。
    安装套件的过程稍微麻烦一点
    打开下面的地址,点击最下面的”Get Support Package Now“ 就会直接下载了。也可以在本楼的附件中下载。
    //www.mathworks.de/hardware-support/arduino-simulink.html
    安装方法:
    解压,点击下图的Get Hardware Support Packages。然后选择刚才解压的文件夹,下一步

    也可以直接把压缩包中的arduino.mlpkginstall直接拖到matla命令框中。
    然后按提示开始安装。
    注意:安装需要一个matlab账号,建议大家提前注册好,学生身份账号就可以用了。

    打开simulink library可以在左边看到Simulink Support Package for Arduino Hardware


    点击就可以看到大家熟悉的函数的??榱?br />

    现在放一个小实例。新建一个simulink项目,
    选一个Digital Output和一个Pulse Generator(在simulink/sources里面)
    如下图连接好。


    设置下Pulse Geneartor。更改自己需要的频率,占空比等。
    双击Digital Output修改相应的pin number

    设置完以后可以开始烧写了。按下图打开配置窗口

    选择对应的控制板型号

    然后设置端口(可以选自动,或手动)设置波特率(相当于IDE编程时setup()函数里的Serial.begin())

    设置完成点击保存。
    回到simulink编辑窗口,按下图点击"Run"开始烧写

    如果配置的arduino型号或端口不正确,烧写会出现错误,点击"Run"下面的options重新配置。

    Part 2也不做过多的介绍了,应该都是Arduino玩家熟悉的东西。

    Simulink Support Package for Arduino:
    arduino.zip (6.17 KB, 下载次数: 2265)

    点评

    为什么“prepare to run...”后,设置完,再重新进入“Tools”,在“run on target hardware”中没有“run”呢????!  发表于 2015-11-9 21:47
    沙发

    Fantc  初级技匠
     楼主|

    发表于 2013-12-3 22:11:38

    从上面的实例看出,a是一个arduino类。通过调用arduino类的函数对控制板进行操作。这时候的Arduino控制板看上去更像是执行机。
    其实Matlab Support Package for Arduino的绝大部分操作函数都和Arduino IDE的编程很像。上手会很快,这部分就不做过多的实例了。
    更多该支持包的操作函数可以参见文件夹ArduinoIO下面的arduino.m文件。
    我会在这楼为大家整理一下,方便使用
    地板

    小米  学徒

    发表于 2013-12-4 19:50:01

    恩恩 顶顶 有用到东西
    5#

    Fantc  初级技匠
     楼主|

    发表于 2013-12-5 02:23:51

    本帖最后由 Fantc 于 2013-12-5 02:33 编辑

    Part 3 Matlab 串口通信
    有的时候我们自己给Arduino编好了程序,又希望在Matlab中调用串口,读取数据。此时 Matlab Support Package for Arduino显然不合适了。这里我们要用到Matlab里的串口对象serial。比如当我们需要利用Matlab处理摄像头画面,结合摄像头标定、摄像头识别、3D扫描后建模等等。
    还是以part1里面的简易示波器为例。
    Arduino代码如下
    int analogPin = 5;                              
    int
    val = 0;           

    void setup()
    {
      Serial.begin(9600);
    }

    void loop()
    {
      val = analogRead(analogPin);
      Serial.println(val);
    }


    这里还是要实现Matlab的即时读取和画图。Matlab代码如下
    s = serial('COM3');  %定义串口对象
    set(s,'BaudRate',9600);  %设置波特率s
    fopen(s);  %打开串口对象s

    interval = 10000;  %这里开始的代码很Part1里的代码类似
    passo = 1;
    t = 1;
    x = 0;
    while(t<interval)
        b = str2num(fgetl(s));  %用函数fget(s)从缓冲区读取串口数据,当出现终止符(换行符)停止。
        x = [x,b];                       %所以在Arduino程序里要使用Serial.println()
        plot(x);
        grid
        t = t+passo;
        drawnow;
    end
    fclose(s);  %关闭串口对象s

    其他关于串口对象serial的函数之后更新


    6#

    Fantc  初级技匠
     楼主|

    发表于 2013-12-5 07:33:08

    本帖最后由 Fantc 于 2013-12-6 02:42 编辑

    Part 4 Simulink 串口通信
    既然和matlab通信,处理信号当然算是用simulink更方便了。不论是做实验还是研发都经常用到simulink和其他控制器来建模和采集数据分析。对于像我这样的屌丝,可能也希望能用simulink和Arduino一起玩。

    先说下Simulink如何从Arduino实时接收数据。和simulink配合的重点应该是分析、处理数据,而不是控制部分。
    我们还是沿用Part1里面的analogRead。
    先打开simulink library。点击左边的Instrument Control ToolBox。见下图

    里面有Query Instrument、To Instrument、Serial Configuration、Serial Receive和Serial SendQuery Instrument和To Instrument配套使用
    Serial Configuration、Serial Receive和Serial Send配套使用

    先使用Serial Receive。选择一个Serial Receive。在Simulink/Sinks里面选择一个Display。如下图连接并设置。


    主要讲下其中的几个重要配置。
    Header留空。Terminator是串口输入的结尾控制符。因为Arduino程序里面用的是Serial.prinln(),也就是每个字符串都以换行符结尾。所以这里我选择CR('\r'),表示每组数据读到结尾控制符,但不包含该控制符,也就是在CR('\r')之前的制定位数的数据会被读取。Datasize要定义一个临时存放数据的矩阵。我使用的电位器为1k欧,电阻是一千欧,测量的是电阻两端的电压。也就是说测量范围是5V到2.5V,analogRead()的返回值范围是0-1024对应0到5V,根据这里的情况,应该是1023到512。不包含'\r'的情况下,得到的字符串应该是4到3位。所以暂时把Datasize(存放矩阵)矩阵设置为[4,1]。


    Enable blocking mode勾选的情况下表示,读取输入数据时暂停其他???。如果勾选,Serial Receive??橹挥幸桓鯫utput为Data,读取过程大概是这样,从Arduino发出的数据会不停的累积存到电脑缓存区。Serial Receive??榛岚凑帐萁氲乃承蚨寥?。因为其他的操作只能在两次采样之间进行,所以这时读取数据不是实时的,而是有延迟的,随着时间延时越来越长。如果不勾选,则有两个Output为Data和Status,status只有两种值1或0,1表示有可用的数据,0表是没有可用的数据。因为不会暂停其他???,??橐馔獾牟僮鳎D猓┛梢钥醋鍪橇?,所以现在是实时的。

    Action when data is unavailable(没有可读数据时的行为),有两个选项,Output last received value(可理解为输出最后进入缓存的数据)和Output Custom value(输出自定义值,选择该项时,可在下面的Custom Value进行设置,默认为零)。


    设置完成后会出现提示框,是否立刻生成串口配置???Serial Configuration),该??橛猛ㄓ玫拇谂渲?Serial Receive和Serial Send)。如果不立刻生成,之后也要手动添加。


    打开Serial Configuration可以进行波特率,串口号的设置。如下图


    大部分都不解释了,都是基本的串口参数设置。
    Flow Control管理数据传输速度),两个选项none(没有)和hardware(硬件控制)
    Time Out(超时),在每个仿真步等待数据的最大时间量。


    配置完成后,运行??梢园逊抡媸奔?simulation stop time,播放键旁边)设置大一点。


    右边的图对应"1023",左边的对应"714"。左边图中第一位是10,前面说过Arduino程序里使用的是Serial.println。每一行串口数据起始位为LF('\n'),结束位为CR('\r')。LF('\n')对应的ASCii码就是10。更该Serial Receive??槔锏腍eader以及Terminator都没有用。介绍一个比较偷懒的办法,在Arduino中修改代码:
    val = analogRead(analogPin)
    val = map(val, 5, 1023, 100, 999);  //把val的值修改到100至999的范围之间

    这样就把值严格的控制在了3位。把datasize改为[3 1]。
    现在来作图。Serial receive的Output不能直接和Scop连接,否则看到的是ASCii码的值被画到图中。按下图操作


    大家也可以在附件下载压缩包。其中文件名为test1
    可以把Serial receive里的Enable blocking mode勾选和不勾选,对比下效果。


    相比之前的Serial receive现在使用的Query Instrument简单的多了。按下图连接下


    打开Query Instrument的配置窗口。

    三个标签,Hardware Configuration、Query、Instrument Initialisation。有的设置和Serial Receive一的
    Hardware Configuration不多说了,基本的串口设置,波特率、串口号、缓冲区大小等。有一点说明下,在Interface可以看到这里可以选择通信方式,不止是Serial,例如还有TCPIP等等。Query Instrument是一个通用的接收查询???。
    Instrument Initialisation只在控制板需要一个初始信号的时候才需要
    Query可以根据自己的需要选择,ASCii、Binary,Binblock
    都是些基础知识,就不在帖子里多说了,不清楚的留言。(这个??檎娴氖呛芗虻?

    我们选择默认设置,也就是ASCii码。这样输出的是字符串,而且已经掐头去尾了,不需要担心数据位数?;鼓茉诩虻ヒ坏忝?br /> 字符串在simulink正式以ASCii码存放的,把所有元素按顺序”拼“起来就得到了我们需要的相应的值。这里用simulink/math operations/sum of Elements就可以了。
    注意:如果一开始的值是1023(analogread的最大值),有的时候运行simulink会出错。目前还没查出原因。
    大家也可以在附件的压缩包中找到对应的文件,文件名test

    simulink_serial_arduino.zip (26.75 KB, 下载次数: 2069)






    点评

    楼主,part4和part3也得要安装part1、2中的支持包吗?  发表于 2015-11-9 10:57
    7#

    xixiyu  中级技师

    发表于 2013-12-5 13:32:39

    耶,最喜欢教学贴了:lol
    8#

    何处不江南  初级技匠

    发表于 2013-12-5 18:33:50

    我擦 火钳刘明。 用matlab分析串口数据,绝对是高端应用而且非常有用。  之后好好研究下。
    9#

    lauren  高级技师

    发表于 2013-12-5 18:37:56

    我靠,楼主一看你的arduino主板就知道是资深玩家,玩arduino起码超过3年的老玩家??!真暴力,技术贴给力。不知道有没有什么实际matlab和arduino的应用案例???求分享= =:$
    10#

    Fantc  初级技匠
     楼主|

    发表于 2013-12-5 18:40:13

    lauren 发表于 2013-12-5 18:37
    我靠,楼主一看你的arduino主板就知道是资深玩家,玩arduino起码超过3年的老玩家??!真暴力,技术贴给力。 ...

    谢谢。我挺好奇,怎么能看出我玩了两三年的。周末做个控速的模型跟大家分享。
    11#

    lauren  高级技师

    发表于 2013-12-5 18:55:56

    Fantc 发表于 2013-12-5 18:40
    谢谢。我挺好奇,怎么能看出我玩了两三年的。周末做个控速的模型跟大家分享。 ...

    你口袋里那片Duemilanove已经深深的出卖了你 :lol....期待控速贴,是电机控制吗= =?。
    12#

    Fantc  初级技匠
     楼主|

    发表于 2013-12-5 19:27:02

    lauren 发表于 2013-12-5 18:55
    你口袋里那片Duemilanove已经深深的出卖了你 ....期待控速贴,是电机控制吗= =?。 ...

    看来是因为我的板子很老吧。是直流电机的控制,在外部扭矩作用的情况下恒速控制。
    13#

    lauren  高级技师

    发表于 2013-12-5 21:41:01

    Fantc 发表于 2013-12-5 19:27
    看来是因为我的板子很老吧。是直流电机的控制,在外部扭矩作用的情况下恒速控制。 ...

    哦,闭环转速控制?matlab转速控制器,挺带感的呀。哥们哪里山头的(哪里干的)?:lol
    14#

    Fantc  初级技匠
     楼主|

    发表于 2013-12-5 22:25:27

    lauren 发表于 2013-12-5 21:41
    哦,闭环转速控制?matlab转速控制器,挺带感的呀。哥们哪里山头的(哪里干的)? ...

    学生党。无聊的时候喜欢玩点这些而已
    15#

    lauren  高级技师

    发表于 2013-12-9 21:39:45

    Fantc 发表于 2013-12-5 22:25
    学生党。无聊的时候喜欢玩点这些而已

    我擦,您现在做哪行?完全可以学以致用啊;P
    16#

    Fantc  初级技匠
     楼主|

    发表于 2013-12-9 22:10:23

    lauren 发表于 2013-12-9 21:39
    我擦,您现在做哪行?完全可以学以致用啊

    我学电气自动化的
    17#

    liulifuoliver  学徒

    发表于 2014-1-17 02:21:41

    哥们儿,请教个问题,如何通过simulink读取Arduino上连接的传感器的值?如何连接???能举一个简单的例子吗
    18#

    Fantc  初级技匠
     楼主|

    发表于 2014-1-21 03:26:29

    liulifuoliver 发表于 2014-1-17 02:21
    哥们儿,请教个问题,如何通过simulink读取Arduino上连接的传感器的值?如何连接???能举一个简单的例子吗
    ...

    这就要看你的传感器是什么的了。如果是数字传感器,应该有相应的通信协议,最简单的例子就是数字按钮,高电平或者低电平。复杂一点的比如气压传感器,颜色传感器。这类传感器的话,建议你先在arduino里把接收到的信息转换为数字,再通过串口跟simulink通信。如果是模拟传感器,就跟arduino上的annalog接口连接就可以了。
    19#

    liulifuoliver  学徒

    发表于 2014-1-24 22:38:16

    Fantc 发表于 2014-1-21 03:26
    这就要看你的传感器是什么的了。如果是数字传感器,应该有相应的通信协议,最简单的例子就是数字按钮,高 ...

    谢谢高手指点
    20#

    拉库玛  学徒

    发表于 2014-3-1 22:31:04

    大神,能加下qq么
    21#

    咖啡牛奶  学徒

    发表于 2014-3-1 23:37:32

    楼主给的好详细啊。收下了
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