数据采集系统设计论文开题报告

摘要：由于MA7ⅡAB不能直接对硬件端12进行读写操作，缺乏了实时性，使得工程上的应用受到了极大的限制。而通过MATI．AB应用程序接口Mex调用C++语言，可实现在MATLAB环境下对硬件端12信号的读写。为此，笔者对Mex接口文件进行了详细介绍，包括Mex接口的各种特殊功能、详细编写规则和具体编译要求，具体阐述了Mex接口在MA啊AB环境下的调用及使用。并根据Mex接口的相关功能。对MATLAB数据采集系统的设计在理论上进行了探讨，以图对MATLAB功能进行进一步的扩展。关键词：MATLAB：接口；数据采集Research of Data—Collection System Based onⅣ队TLABWang Hailong，Chen Shanjie，Li Qian，Zhang Peng，Ku Tao，Xu Dahua(Co／／ege ofEngieering,Nanjing Agriculture University,Nanjing 210031)Abstract：Since MATLAB can not write directly to hardware available for operation．and it lacks of a re。al-time，it works on the applications has been significantly hampered．MATLAB applications through rede—ployment C++language interface Mex．Achievable in the MATI。AB environment for the specific hardwareinterface signals．Therefore，author of a paper details Mex interfaces，inchding interfaces Mex various spe—cial functions，and specific translation rules for the preparation of detailed，enuncimed the transfer and theuse of Mex interfaee in the MA’nAB environment．And in accordance with the relevant functional interfaceMex．MATIAB data acquisition system for the design in theory explored in a bid to further expand thefunctions of MA7n。AB．Key words：MA，11AB，Interface，Data collectionMATLAB产品系列被广泛地应用于包括信号与图像处理、控制系统设计、通讯、系统仿真等诸多领域。它的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对信号图像处理，控制系统设计，神经网络等特殊应用进行分析和设计。其他的产品延伸了MATLAB的能力，包括数据采集，报告生成，和依靠MATLAB语言编程产生独立C／C++代码等等。正因为其强大的科学计算与可视化功能、简单易用的开放式可扩展环境以及所拥有的各种面向不同领域而扩展的工具箱(ToolBox)t11，使得MATLAB在许多学科领域中成为计算机辅助设计与分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。但是，MATLAB也存在局限性，就是不能直接对硬件端口进行读写操作，从而影响了它在测控系统开发上的应用范围。但它提供了应用程序接口API，通过该接口，用户可以方便地完成MATLAB与外部环境的交互(如图1所示)。为此，如何通过接口文件调用其它语言编写的程序(如C_卜})，再通过其实现对硬件端口的读写操作，最终实现在单一MArⅡAB环境中进行测控系统的开发，便成了一项值得探讨和研究的问题。1 MATLAB应用程序接口文件MexMATLAB应用程序接口(APD主要包括3部分：Mex文件(外部程序调用接13)，Mat文件(数据输入输出接口)及MATLAB计算引擎函数库。它们实现的一般功能分别为：(1)在MATLAB环境中调用C／c++语言或FORTRAN语言编写的程序，以提高数据处理效率；(2)向MATLAB环境传送数据或从MATLAB环境接收数据，即实现MATLAB系统与外部环境的数据交换；(3)在MATLAB和其他应用程序间建立客户机／服务器关系，将MATLAB作为一个计算引擎，在其他应用程序中调用从而降低程序设计的工作量。以下重点介绍Mex文件的应用。1．1眦X是一种动态链接的子程序，其具体功能如下(1)对于某些已有的C程序，可以通过Mex方式在MATLAB环境中直接调用；(2)对于影响MATLAB执行速度的FOR__I，OOP等循环体，可以编写相应的C程序完成相同功能，并编译成Mex文件，提高运行速度；(3)对于A／D或D／A卡，或其他PC硬件，可以直接用Mex文件进行访问，扩展MATLAB的功能；(4)利用MEX文件，还可以使用一些软件，如Windows的用户界面资源等。1．2 Mex文件的编程规则(1)编制自己的C++算法程序；(2)编制MEX源文件代码；MEX文件的源文件主要有两个部分组成：①计算子例行程序(Computational Routine)。它是链接的外部子程序，包含所有要完成计算功能的源代码，用来完成实际的计算工作。②入口子例行程序(Gateway Routine)。它是计算子例行程序和MATLAB环境之间的接口，用于完成两者间的数据交互。入口子例行程序是MATLAB调用C抖程序所必需的部分，计算子例行程序可以由入口子例行程序调用以完成其特定的功能要求。入口子例行程序具体的使用格式如下：#include"mex．h"void MexFunction(int nlhs，mxArray牛pills[]，int nrhs，const mxArray·prhs[]){／／C语言代码)其中，入口子程序的函数名必须为MexFunction。prhs为一个结构体类型的指针数组，该数组元素按顺序指向所有的输入参数；nrhs为输入参数的个数；plhs与prhs的类型一致，它指向所有的输出参数；nlhs表示输出参数的个数。该函数通过prhs获得输入数据，对这些输入数据的处理后经由plhs获得结果，该结果作为输出数据与其它程序进行数据交互嘲。1．3 Mex文件的编译和调用在编译Mex文件之前，必须先在MATLAB下安装好Mex编译器，安装方法如下：在MATLAB命令窗口中输入mex．setup然后按照提示向导逐步安装即可。Mex文件在MATLAB命令窗口中直接编译，方式如下：>>mex filename，然后按回车键，如果编译通过，系统就会生成同名字的DLL文件，在以后的程序中可以像调用MATLAB的内建函数一样直接调用此函数。原理如图2。由上可知，Mex文件可以作为一个MATLAB的内建函数来处理，但这个函数又具有强大的接口功能，可以完成对硬件端口信号的读写操作。其对硬件端口读写操作的总流程如图3所示：2基于MATLAB的数据采集系统的概念设计拟采用MATLAB和C的交互编程来处理数据采集问题，这样系统不仅具有传统计算机数据采集系统的全部功能，而且还具有很强的数据处理能力，实际上构成了智能虚拟仪器t3]。初步设计系统由三个模块构成，MATLAB模块的功能包括图形显示和存取、数据分析和处理等，C语言模块主要实现串行通信功能，而硬件设备则完成对物理量的变换[4,5／。如图4所示。当采样对象确定后硬件设备也就随之而定，而C语言部分实现通信功能也是固定的，故所有的数据处理功能设置都在MATLAB环境中的人机界面中实现。该系统的3个界面实现功能如下。主界面主要由一个图形框和4个按钮构成。图形框借助于MATLAB的图形处理功能，以最佳匹配模式动态显示实时采样数据，实现自动示波器功能。4个按钮名称分别尚酽设置串口”、“开始采集”、“数据处理”和“退出系统”，鼠标点击即可实现相应功能。在主界面选择了“串口设置”后，就进入通信协议．设置界面。这个界面主要由5个弹出式菜单和2个按钮构成，弹出式菜单的名称和选项分别是：端口选择(COMI--COM4)、波特率(300-19200)、数据位m8)、停止位(o~2)和校验位(无、奇、偶)，而2个按钮则分别对所设参数进行确认或者修正。在主界面选择了“数据处理，，后，则进入数据处理界面。这个界面的功能与采样对象有关，需由用户自己针对任务要求进行编程。3结束语MATLAB具有各种丰富的数值运算及图形处理功能，大量实用控制工具箱的存在更为其控制应用奠定了坚实的基础；而C语言则对硬件系统具有强有力的处理能力，可方便地实现数据采集、串行通讯等功能嘲。Mex文件是MATLAB调用C++和其他语言(如Visual Fortran等)的简易接口，它极大地扩展了MATLAB的应用范围，使MATLAB系统成为真正意义上的开放的、功能完善的、自包容的程序设计和数据处理集成环境Isl。参考文献【l】王正林，王盛开，陈国顺．MATLAB／Simulink与控制系统仿真嗍．北京：电子工业出版社,2005：11-13．【2】张威．MATLAB外部接121编程嗍．西安：西安电子科技大学出版社,2004：50-85．【3】廖良斌，喻方平．基于DSP和USB的图像采集系统的研究叨．武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2006，．30(1)：120．123．[4】申鼎才，郭庆平．基于Interact的分布式数据采集与分析在岩土工程中的应用研究明．武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2005,29(6)：974-976，992．【5】王志冰，李汉强．基于USB总线的数据采集系统的设计与实现叨．武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2005，29(5)：758．761．[6】杨义伟，蒋大明，戴胜华．驼峰信号微机监测系统的数据采集阴．武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2005，．29(1)：154-156．[7】杨健，张慧慧．基于DSP和ARM的网络化数据采集与信号分析终端田．计算机工程,2006，32(8)：269-271．【8】李尧坤，史忠科，毕业等．Matlab在基于B／S模式的决策支持系统中的应用叨．计算机工程,2006，32(5)：255-256，282．