基于MATLAB的實(shí)時(shí)數據采集與分析研究

1、引言

數據采集系統涉及多學(xué)科，所研究的對象是物理或生物等各種非電或電信號。根據各種非電或電信號的特征，利用相應的歸一化技術(shù)，將其轉換為可真實(shí)反映事物特征的電信號后，經(jīng)A/D轉換器轉換為計算機可識別的有限長(cháng)二進(jìn)制數字編碼，以此作為研究自然科學(xué)和實(shí)現工業(yè)實(shí)時(shí)控制的重要依據，實(shí)現對宏觀(guān)和微觀(guān)自然科學(xué)的量化認識，典型的數據采集系統組成如圖1所示。

在采集過(guò)程中，將傳感器獲取的參數通過(guò)A/D轉換送入內存，然后由CPU對其進(jìn)行分析、運算和處理，如數字濾波、量綱變換、誤差修正、數字顯示等。在本文中，嘗試通過(guò)利用MATLAB的數據采集工具箱對自主設計的數據采集系統[1]進(jìn)行模擬仿真，結果實(shí)現了對設計系統的模擬操作檢驗與數據分析。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)言編制的程序為輸入，可以根據需要生成獨立運行的應用程序或可以被C/C++程序調用的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件[3]。它支持MATLAB所有的內部函數，可使程序變得簡(jiǎn)潔高效。

Figure 1 典型數據采集系統的組成

2、數據采集工具箱介紹

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

　　(1) 提供了將實(shí)時(shí)測量數據從數據采集硬件采集到MATLAB中的框架。

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

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

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

Figure 2 數據采集引擎與硬件驅動(dòng)

3、數據采集過(guò)程

3.1 數據采集的基本步驟

　?。?）創(chuàng )建設備的一個(gè)對象。對象創(chuàng )建函數列表如下：

Table 1 對象創(chuàng )建函數列表

　?。?）添加通道或數據線(xiàn)。模擬量I/O對象中用應添加通道，而數字量I/O對象中應添加數據線(xiàn)，與添加通道或數據線(xiàn)有關(guān)的函數列表如下：

Table 2 與添加通道或數據線(xiàn)有關(guān)的函數列表