基于MATLAB的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與分析研究

1、引言

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)涉及多學(xué)科，所研究的對(duì)象是物理或生物等各種非電或電信號(hào)。根據(jù)各種非電或電信號(hào)的特征，利用相應(yīng)的歸一化技術(shù)，將其轉(zhuǎn)換為可真實(shí)反映事物特征的電信號(hào)后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的有限長(zhǎng)二進(jìn)制數(shù)字編碼，以此作為研究自然科學(xué)和實(shí)現(xiàn)工業(yè)實(shí)時(shí)控制的重要依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)宏觀和微觀自然科學(xué)的量化認(rèn)識(shí)，典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成如圖1所示。

在采集過(guò)程中，將傳感器獲取的參數(shù)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送入內(nèi)存，然后由CPU對(duì)其進(jìn)行分析、運(yùn)算和處理，如數(shù)字濾波、量綱變換、誤差修正、數(shù)字顯示等。在本文中，嘗試通過(guò)利用MATLAB的數(shù)據(jù)采集工具箱對(duì)自主設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[1]進(jìn)行模擬仿真，結(jié)果實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模擬操作檢驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析。為了滿(mǎn)足實(shí)時(shí)采集的要求，采用了Compilier編譯器[2]，Compilier以M語(yǔ)言編制的程序?yàn)檩斎?，可以根?jù)需要生成獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用程序或可以被C/C++程序調(diào)用的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件[3]。它支持MATLAB所有的內(nèi)部函數(shù)，可使程序變得簡(jiǎn)潔高效。

Figure 1 典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成

2、數(shù)據(jù)采集工具箱介紹

在MATLAB數(shù)據(jù)采集工具箱里集成了數(shù)據(jù)采集的M文件格式的函數(shù)和MEX文件格式的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。其主要特征[4][5]如下：

　　(1) 提供了將實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)采集硬件采集到MATLAB中的框架。

　　(2) 支持模擬量輸入（AI）、模擬量輸出（AO）以及數(shù)字量I/O子系統(tǒng)，包括模擬量I/O實(shí)時(shí)變換。

　　(3) 支持PC聲卡和業(yè)界非常流行的數(shù)據(jù)采集設(shè)備如NI卡、并行口（LPT1-LPT3）、Keithley卡等。

　　(4) 采用事件驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集工具箱由三部分組成：M文件格式的函數(shù)、數(shù)據(jù)采集引擎和硬件驅(qū)動(dòng)，如圖2所示。這些組成部分使得MATLAB與數(shù)據(jù)采集硬件之間的信息傳遞成為可能。

Figure 2 數(shù)據(jù)采集引擎與硬件驅(qū)動(dòng)

3、數(shù)據(jù)采集過(guò)程

3.1 數(shù)據(jù)采集的基本步驟

　?。?）創(chuàng)建設(shè)備的一個(gè)對(duì)象。對(duì)象創(chuàng)建函數(shù)列表如下：

Table 1 對(duì)象創(chuàng)建函數(shù)列表

　?。?）添加通道或數(shù)據(jù)線(xiàn)。模擬量I/O對(duì)象中用應(yīng)添加通道，而數(shù)字量I/O對(duì)象中應(yīng)添加數(shù)據(jù)線(xiàn)，與添加通道或數(shù)據(jù)線(xiàn)有關(guān)的函數(shù)列表如下：

Table 2 與添加通道或數(shù)據(jù)線(xiàn)有關(guān)的函數(shù)列表