基于Matlab的小型溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計
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基于以上分析，對DS18B20的編程源碼如下：
Init_DS18B20(void) //初始化函數(shù)
{DQ = 1; //DQ復(fù)位
Delay15(1); //稍做延時
DQ = 0; //單片機(jī)將DQ拉低
Delay15(32); //精確延時 大于 480us
DQ = 1; //拉高總線
Delay15(6); //延時90us
x=DQ; //讀存在脈沖
delay15(20); //延時約270us
}
Write_DS18B20(unsigned char dat)//寫一個字節(jié)
{
unsigned char i="0";//定義循環(huán)變量
for (i=0; i8; i++)
{
DQ = 0; //復(fù)位
DQ = dat0x01;//取數(shù)據(jù)的第i位并送出
Delay15(1);//延時
DQ = 1; //停止
dat>>=1;//右移
}
}
Read_DS18B20(void)//讀一個字節(jié)
{
unsigned char i="0";
unsigned char dat = 0;
for (i=8;i>0;i--)
{
DQ = 0; // 復(fù)位
dat>>=1;
DQ = 1; // 給脈沖信號
if(DQ)
dat|=0x80;//取位脈沖并存入dat
delay15(1);//延時
}
return(dat);
}
4 上位機(jī)部分(PC)
上位機(jī)通過串口向下位機(jī)發(fā)送命令實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)的控制，并實(shí)時地接受下位機(jī)傳送過來的數(shù)據(jù)，對其分析處理，將結(jié)果用圖形顯示并存儲，完成人機(jī)交互過程。
Matlab并不具備直接訪問硬件的能力，但是支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)，通過調(diào)用Instrument Control Toolbox中的serial類函數(shù)來創(chuàng)建串口對象，對串口對象操作就是對串口操作，使用起非常方便。同時，Matlab封裝的串口對象支持對串口的異步讀寫操作，使得計算機(jī)在讀寫串口時能同時進(jìn)行其他處理工作，因而能大大提高計算機(jī)執(zhí)行效率。Matlab用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)這種異步操作，通過異步讀寫設(shè)置，計算機(jī)在執(zhí)行讀寫串口函數(shù)時能立即返回不必等待串口把數(shù)據(jù)傳輸完畢，當(dāng)指定的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時就觸發(fā)事件，執(zhí)行事件回調(diào)函數(shù)，可以在事件回調(diào)函數(shù)中編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這樣就不會造成因等待串口傳輸數(shù)據(jù)引起的時間浪費(fèi)。
4.1 Matlab下串口編程
MATLAB的Instrument Control Toolbox提供了 MATLAB與儀器儀表通信的功能 ,它支持 GPIB 通用接口總線 、VISA、TCP/ IP、UDP、RS2232等多個協(xié)議 ,具有同步和異步讀寫功能以及事件處理和回調(diào)操作功能,可讀寫和記錄二進(jìn)制和ASCII文本數(shù)據(jù)。與串口有關(guān)的主要函數(shù)如下[3]：
(1)建立串口對象函數(shù)：obj=seril(’port’,’property name’,propertyvalue……)，其中主要的屬性有：baudrate(波特率)，databits(數(shù)據(jù)位)，parity(校驗方式)，stopbits(終止位)等，可以在初始化時進(jìn)行賦值或者使用set函數(shù)。
(2)打開串口設(shè)備對象：fopen(obj)
(3) 串口讀寫操作：當(dāng)matlab通信數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制格式時，讀寫串口設(shè)備的命令為fread()和fwrite();當(dāng)通行數(shù)據(jù)采用文本(ASCII)格式時，讀寫串口設(shè)備的命令為fscanf()和fprintf()。
(4)關(guān)閉并清除設(shè)備對象：
Fclose(obj);%關(guān)閉串口設(shè)備對象
Delete(obj);%刪除內(nèi)存中的串口設(shè)備對象
基于本系統(tǒng)串口通信協(xié)議，對串口對象的讀寫部分程序如下：
Obj=serial(’com1’，’baudrate’,9600,’parity’,’none’,’databits’,8,’stopbits’,1);%初始化串口
Fopen(obj);%打開串口對象
Fwrite(obj，256);%向串口發(fā)送握手信號0xff
TMP=fread(obj，3，’unit8’);%從串口讀取3字節(jié)數(shù)據(jù)，后2個即是16bit溫度數(shù)據(jù)
If TMP(1)= =256 %判斷第一個字節(jié)受否是握手信號
For i = 1：3
Dat(i)=TMP(i+1);%剔除第一個握手信號字節(jié)
End
End
Fclose(obj);%關(guān)閉串口設(shè)備對象
Delete(obj);%刪除內(nèi)存中的串口設(shè)備對象
4.2 Matlab數(shù)據(jù)分析
單片機(jī)一般能處理簡單的8位無符號數(shù)的四則運(yùn)算，而DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，精度可達(dá)±0.5℃，溫度以16bit帶符號位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式讀出，如果使用單片機(jī)進(jìn)行快速的實(shí)時處理則比較費(fèi)力，同時單片機(jī)還要與DS18B20及上位機(jī)通信，系統(tǒng)資源也比較緊張。因而可以將讀取的16bit溫度數(shù)據(jù)直接送往PC機(jī)，由上位機(jī)來完成。Matlab強(qiáng)大的計算能力和繪圖功能給數(shù)據(jù)分析帶來了極大的方便，這不僅可以合理利用系統(tǒng)資源，也使得系統(tǒng)的通信過程更流暢。
圖2所示的是用DS18B20測得的連續(xù)10個溫度數(shù)據(jù)的變化曲線圖。使用max()和min()函數(shù)可以求出溫度的極大極小值，調(diào)用polyfit()函數(shù)還可以進(jìn)行最小二乘回歸分析與曲線擬合，進(jìn)而求出溫度變化的解析式，本實(shí)驗中使用二階擬合后，得到的溫度隨時間變化的函數(shù)解析式為：F(T)= 0.0125*T2 - 0.0145T+27.3083.
5 結(jié)語
Matlab是一款在控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛的軟件，本實(shí)驗基于Matlab環(huán)境下PC機(jī)與單片機(jī)實(shí)時通信及數(shù)據(jù)處理的方法，設(shè)計了一個小型溫度檢測系統(tǒng)，串口通信使用Matlab編程，極大的提高了開發(fā)效率，充分利用了Matlab的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，得到了溫度隨時間變化的函數(shù)解析式，取得了較好的效果，擴(kuò)展了Matlab的使用范圍，具有一定實(shí)用性。
本文作者創(chuàng)新觀點(diǎn)：使用DS18B20傳感器簡化了硬件結(jié)構(gòu)，采用Matlab編程，充分利用其數(shù)據(jù)分析能力，合理利用系統(tǒng)資源，提高了開發(fā)效率，擴(kuò)展了Matlab的使用范圍。
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