Matlab和Arduino相互连接

2023-09-27 11:18:28

转载于https://www.arduino.cn/thread-21677-1-1.html

一个是什么都能算的数学软件。一个是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。

Matlab和Arduino的“联姻”方式总共有下面四种。

第一种 Matlab Arduino Support package（Arduino作为执行机）
第二种 Simulink Arduino Support package（用simulink对Arduino进行类似于图形化编程，然后直接由simulink烧写到Arduino）
第三种 Matlab的串口通信（通用）
第四种 Simulink的串口通信（通用）

第一种 Matlab Arduino Support package（Arduino作为执行机）

Matlab Arduino Support package
这个支持包是为了实现Matlab与Arduino之间的串口通信。基于在Arduino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http://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1楼给的网盘地址里直接下载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。可以自己手动调整可调电阻阻值，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1楼给的网盘地址里

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

第二种 Simulink Arduino Support package（用simulink对Arduino进行类似于图形化编程，然后直接由simulink烧写到Arduino）

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，这就变成了模块化编程。可惜的是该套件只支持UNO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。也可以到我的网盘去下载。
http://www.mathworks.de/hardware-support/arduino-simulink.html

安装方法：
解压，点击下图中的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模块了

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。

第三种 Matlab的串口通信（通用）

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：

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

第四种 Simulink的串口通信（通用）

原帖没说，我思考应该就是Serial.println(),然后simulink打开串口，读取文件数据流。

码农公寓

第一种 Matlab Arduino Support package（Arduino作为执行机）

第二种 Simulink Arduino Support package（用simulink对Arduino进行类似于图形化编程，然后直接由simulink烧写到Arduino）

第三种 Matlab的串口通信（通用）

第四种 Simulink的串口通信（通用）

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