本文所有附件下載地址：http://www.zg4o1577.cn/f/Arduino and Matlab.zip
Matlab是運(yùn)用極廣的數(shù)學(xué)軟件。Arduino又是現(xiàn)在很火的開源硬件平臺(tái)。兩者連起來玩也是很爽的。
特別是現(xiàn)在Matlab出了Arduino支援套件以后，玩起來比以往的串口通信簡單多了。
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
堅(jiān)持持續(xù)更新與編輯。
Part 1 Matlab Arduino Support package
這個(gè)支持包是為了實(shí)現(xiàn)Matlab與Arduino之間的串口通信。基于在Arduino板上提前燒寫的服務(wù)器程序（Server program），監(jiān)聽串口的命令，需要的話可以返回結(jié)果。也就是說，Arduino板只需要提前燒寫一個(gè)程序，之后便可通過Matlab命令對其直接操 作。
該支援包支持學(xué)生版的Matlab。支持的控制板有UNO，Mega 2560，Duemilanove。
可以在Matlab官網(wǎng)下載，地址http://www.mathworks.de/hardware-support/arduino-matlab.html
點(diǎn)擊下方的Requirement框里的“MATLAB Support Package for Arduino”，在新打開的網(wǎng)頁中在右邊點(diǎn)擊Download Submission即可
也可以在本貼的附件直接下載ArduinoIO壓縮包
下載后解壓。把解壓文件里的pde/adiosrv/adiosrv.pde文件用Arduino IDE燒寫到Arduino控制板上。
把matlab的工作路徑修改到ArduinoIO文件夾。這樣配置就算完成了。
現(xiàn)在來實(shí)驗(yàn)一下。用matlab完成一個(gè)簡易的usb示波器
首先建立arduino和matlab的連接，代碼如下
a = arduino('COM3');
matlab會(huì)用幾秒鐘的時(shí)間來建立連接
用一個(gè)1k歐的可調(diào)電阻串聯(lián)一個(gè)1k歐的電阻。如下圖連接，樓主用的是AnalogRead pin 5
將下面的代碼直接復(fù)制到Matlab命令框，即可運(yùn)行。
interval = 10000;
passo = 1;
t = 1;
x = 0;
while(t<interval)
b = a.analogRead(5)*10; % 把讀到的值放大10倍
x = [x,b];
plot(x);
grid
t = t+passo;
drawnow;
end
從a5所讀的值會(huì)實(shí)時(shí)的畫在圖上，效果如下圖。可以自己手動(dòng)調(diào)整可調(diào)電阻阻值，即可在plot窗口觀察阻值變化。
下面來試一下把支援套件用到GUI點(diǎn)亮或熄滅led 
這里為了使用digitalWrite(pin)設(shè)置了兩個(gè)pushbutton。標(biāo)簽（tag）分別是led1和led2
在函數(shù) _OpeningFcn 里設(shè)置全局變量，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讀取3的狀態(tài)
a.pinMode(6,'input'); % 6讀取4的狀態(tài)
led1_state = 0;
led2_state = 0;
在函數(shù) led1_Callback中添加如下代碼
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
根據(jù)變量led1_state設(shè)置led1的狀態(tài)。讀取led1狀態(tài)，更新變量led1_state。更改按鈕顏色
如果使用togglebutton，可以省略全局變量led1_state，可直接使用a.digitalWrite(3,(get(hObject,'Value')))進(jìn)行狀態(tài)切換。
注意：如果第二次執(zhí)行的時(shí)候沒有把語句 a = arduino('COM3')刪除，或者沒有清除變量a。都會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤
在函數(shù)led2_Callback中類似。完整代碼在附件
從上面的實(shí)例看出，a是一個(gè)arduino類。通過調(diào)用arduino類的函數(shù)對控制板進(jìn)行操作。這時(shí)候的Arduino控制板看上去更像是執(zhí)行機(jī)。
其實(shí)Matlab Support Package for Arduino的絕大部分操作函數(shù)都和Arduino IDE的編程很像。上手會(huì)很快，這部分就不做過多的實(shí)例了。
更多該支持包的操作函數(shù)可以參見文件夾ArduinoIO下面的arduino.m文件。
我會(huì)在這樓為大家整理一下，方便使用
Part2 Simulink Arduino Support package
這個(gè)套件其實(shí)就更好玩了。不用再費(fèi)心費(fèi)力的寫代碼。而是直接用simulink搭建好流程，運(yùn)算關(guān)系，就可以直接燒寫到控制板上了，這就變成了模塊化編程。可惜的是該套件只支持UNO和Mega 2560。
安裝套件的過程稍微麻煩一點(diǎn)
打開下面的地址，點(diǎn)擊最下面的”Get Support Package Now“ 就會(huì)直接下載了。也可以在本樓的附件中下載。
http://www.mathworks.de/hardware-support/arduino-simulink.html
安裝方法：
解壓，點(diǎn)擊下圖的Get Hardware Support Packages。然后選擇剛才解壓的文件夾，下一步
也可以直接把壓縮包中的arduino.mlpkginstall直接拖到matla命令框中。
然后按提示開始安裝。
注意：安裝需要一個(gè)matlab賬號(hào)，建議大家提前注冊好，學(xué)生身份賬號(hào)就可以用了。
打開simulink library可以在左邊看到Simulink Support Package for Arduino Hardware
點(diǎn)擊就可以看到大家熟悉的函數(shù)的模塊了
現(xiàn)在放一個(gè)小實(shí)例。新建一個(gè)simulink項(xiàng)目，
選一個(gè)Digital Output和一個(gè)Pulse Generator（在simulink/sources里面）
如下圖連接好。
設(shè)置下Pulse Geneartor。更改自己需要的頻率，占空比等。
雙擊Digital Output修改相應(yīng)的pin number
設(shè)置完以后可以開始燒寫了。按下圖打開配置窗口
選擇對應(yīng)的控制板型號(hào)
然后設(shè)置端口（可以選自動(dòng)，或手動(dòng)）設(shè)置波特率（相當(dāng)于IDE編程時(shí)setup()函數(shù)里的Serial.begin()）
設(shè)置完成點(diǎn)擊保存。
回到simulink編輯窗口，按下圖點(diǎn)擊"Run"開始燒寫
如果配置的arduino型號(hào)或端口不正確，燒寫會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，點(diǎn)擊"Run"下面的options重新配置。
Part 2也不做過多的介紹了，應(yīng)該都是Arduino玩家熟悉的東西。
Simulink Support Package for Arduino：
Part 3 Matlab 串口通信
有的時(shí)候我們自己給Arduino編好了程序，又希望在Matlab中調(diào)用串口，讀取數(shù)據(jù)。此時(shí) Matlab Support Package for Arduino顯然不合適了。這里我們要用到Matlab里的串口對象serial。比如當(dāng)我們需要利用Matlab處理攝像頭畫面，結(jié)合攝像頭標(biāo)定、攝像頭識(shí)別、3D掃描后建模等等。
還是以part1里面的簡易示波器為例。
Arduino代碼如下：
int analogPin = 5;
int val = 0;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
val = analogRead(analogPin);
Serial.println(val);
}
這里還是要實(shí)現(xiàn)Matlab的即時(shí)讀取和畫圖。Matlab代碼如下：
s = serial('COM3'); %定義串口對象
set(s,'BaudRate',9600); %設(shè)置波特率s
fopen(s); %打開串口對象s
interval = 10000; %這里開始的代碼很Part1里的代碼類似
passo = 1;
t = 1;
x = 0;
while(t<interval)
b = str2num(fgetl(s)); %用函數(shù)fget(s)從緩沖區(qū)讀取串口數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)終止符（換行符）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); %關(guān)閉串口對象s
其他關(guān)于串口對象serial的函數(shù)之后更新
Part 4 Simulink 串口通信
既然和matlab通信，處理信號(hào)當(dāng)然算是用simulink更方便了。不論是做實(shí)驗(yàn)還是研發(fā)都經(jīng)常用到simulink和其他控制器來建模和采集數(shù)據(jù)分析。對于像我這樣的*絲，可能也希望能用simulink和Arduino一起玩。
先說下Simulink如何從Arduino實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)。和simulink配合的重點(diǎn)應(yīng)該是分析、處理數(shù)據(jù)，而不是控制部分。
我們還是沿用Part1里面的analogRead。
先打開simulink library。點(diǎn)擊左邊的Instrument Control ToolBox。見下圖
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。選擇一個(gè)Serial Receive。在Simulink/Sinks里面選擇一個(gè)Display。如下圖連接并設(shè)置。
主要講下其中的幾個(gè)重要配置。
Header留空。Terminator是串口輸入的結(jié)尾控制符。因?yàn)锳rduino程序里面用的是Serial.prinln()，也就是每個(gè)字符串都以換行符結(jié) 尾。所以這里我選擇CR('\r')，表示每組數(shù)據(jù)讀到結(jié)尾控制符，但不包含該控制符，也就是在CR('\r')之前的制定位數(shù)的數(shù)據(jù)會(huì)被讀取。 Datasize要定義一個(gè)臨時(shí)存放數(shù)據(jù)的矩陣。我使用的電位器為1k歐，電阻是一千歐，測量的是電阻兩端的電壓。也就是說測量范圍是5V到 2.5V，analogRead()的返回值范圍是0-1024對應(yīng)0到5V，根據(jù)這里的情況，應(yīng)該是1023到512。不包含'\r'的情況下，得到的 字符串應(yīng)該是4到3位。所以暫時(shí)把Datasize（存放矩陣）矩陣設(shè)置為[4,1]。
Enable blocking mode勾選的情況下表示，讀取輸入數(shù)據(jù)時(shí)暫停其他模塊。如果勾選，Serial Receive模塊只有一個(gè)Output為Data，讀取過程大概是這樣，從Arduino發(fā)出的數(shù)據(jù)會(huì)不停的累積存到電腦緩存區(qū)。Serial Receive模塊會(huì)按照數(shù)據(jù)進(jìn)入的順序讀取。因?yàn)槠渌牟僮髦荒茉趦纱尾蓸又g進(jìn)行，所以這時(shí)讀取數(shù)據(jù)不是實(shí)時(shí)的，而是有延遲的，隨著時(shí)間延時(shí)越來越長。如果不勾選，則有兩個(gè)Output為Data和Status，status只有兩種值1或0,1表示有可用的數(shù)據(jù)，0表是沒有可用的數(shù)據(jù)。因?yàn)椴粫?huì)暫停其他模塊，模塊意外的操作（模擬）可以看做是連續(xù)的，所以現(xiàn)在是實(shí)時(shí)的。
Action when data is unavailable（沒有可讀數(shù)據(jù)時(shí)的行為），有兩個(gè)選項(xiàng)，Output last received value（可理解為輸出最后進(jìn)入緩存的數(shù)據(jù)）和Output Custom value(輸出自定義值，選擇該項(xiàng)時(shí)，可在下面的Custom Value進(jìn)行設(shè)置，默認(rèn)為零)。
設(shè)置完成后會(huì)出現(xiàn)提示框，是否立刻生成串口配置模塊(Serial Configuration)，該模塊用通用的串口配置(Serial Receive和Serial Send)。如果不立刻生成，之后也要手動(dòng)添加。
打開Serial Configuration可以進(jìn)行波特率，串口號(hào)的設(shè)置。如下圖
大部分都不解釋了，都是基本的串口參數(shù)設(shè)置。
Flow Control（管理數(shù)據(jù)傳輸速度），兩個(gè)選項(xiàng)none(沒有)和hardware（硬件控制）
Time Out(超時(shí))，在每個(gè)仿真步等待數(shù)據(jù)的最大時(shí)間量。
配置完成后，運(yùn)行。可以把仿真時(shí)間(simulation stop time，播放鍵旁邊)設(shè)置大一點(diǎn)。
右邊的圖對應(yīng)"1023"，左邊的對應(yīng)"714"。左邊圖中第一位是10，前面說過Arduino程序里使用的是Serial.println。每一行串口數(shù)據(jù)起始位為LF('\n')，結(jié)束位為CR('\r')。LF('\n')對應(yīng)的ASCii碼就是10。更該Serial Receive模塊里的Header以及Terminator都沒有用。介紹一個(gè)比較偷懶的辦法，在Arduino中修改代碼：
val = analogRead(analogPin)
val = map(val, 5, 1023, 100, 999); //把val的值修改到100至999的范圍之間
這樣就把值嚴(yán)格的控制在了3位。把datasize改為[3 1]。
現(xiàn)在來作圖。Serial receive的Output不能直接和Scop連接，否則看到的是ASCii碼的值被畫到圖中。按下圖操作
大家也可以在附件下載壓縮包。其中文件名為test1
可以把Serial receive里的Enable blocking mode勾選和不勾選，對比下效果。
相比之前的Serial receive現(xiàn)在使用的Query Instrument簡單的多了。按下圖連接下
打開Query Instrument的配置窗口。
三個(gè)標(biāo)簽，Hardware Configuration、Query、Instrument Initialisation。有的設(shè)置和Serial Receive一的
Hardware Configuration不多說了，基本的串口設(shè)置，波特率、串口號(hào)、緩沖區(qū)大小等。有一點(diǎn)說明下，在Interface可以看到這里可以選擇通信方式，不止是Serial，例如還有TCPIP等等。Query Instrument是一個(gè)通用的接收查詢模塊。
Instrument Initialisation只在控制板需要一個(gè)初始信號(hào)的時(shí)候才需要
Query可以根據(jù)自己的需要選擇，ASCii、Binary，Binblock
都是些基礎(chǔ)知識(shí)，就不在帖子里多說了，不清楚的留言。(這個(gè)模塊真的是很簡單)
我們選擇默認(rèn)設(shè)置，也就是ASCii碼。這樣輸出的是字符串，而且已經(jīng)掐頭去尾了，不需要擔(dān)心數(shù)據(jù)位數(shù)。還能在簡單一點(diǎn)么
字符串在simulink正式以ASCii碼存放的，把所有元素按順序”拼“起來就得到了我們需要的相應(yīng)的值。這里用simulink/math operations/sum of Elements就可以了。
注意：如果一開始的值是1023(analogread的最大值)，有的時(shí)候運(yùn)行simulink會(huì)出錯(cuò)。目前還沒查出原因。
大家也可以在附件的壓縮包中找到對應(yīng)的文件，文件名test