Matlab和Arduino

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http://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。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。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。完整代码在附件

Matlab Support Packag for Arduino（Matlab支援套件）：
ArduinoIO.zip

Matlab GUI LED:
led.zip

“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？

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。也可以在本楼的附件中下载。
http://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。

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

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模块。如果勾选，Serial Receive模块只有一个Output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模块会按照数据进入的顺序读取。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。因为不会暂停其他模块，模块意外的操作（模拟）可以看做是连续的，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模块(Serial Configuration)，该模块用通用的串口配置(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。可以把仿真时间(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模块里的Header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模块。
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。(这个模块真的是很简单)

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。还能在简单一点么
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

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

恩恩 顶顶 有用到东西

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

耶，最喜欢教学贴了:lol

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。

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年的老玩家啊！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= =:$

lauren 发表于 2013-12-5 18:37
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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。

Fantc 发表于 2013-12-5 18:40
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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= =？。

lauren 发表于 2013-12-5 18:55
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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。

Fantc 发表于 2013-12-5 19:27
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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

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学生党。无聊的时候喜欢玩点这些而已

Fantc 发表于 2013-12-5 22:25
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我擦，您现在做哪行？完全可以学以致用啊;P

lauren 发表于 2013-12-9 21:39
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我学电气自动化的

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？如何连接啊？能举一个简单的例子吗

liulifuoliver 发表于 2014-1-17 02:21
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...

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。

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

大神，能加下qq么

楼主给的好详细啊。收下了