MATLAB串口通讯实验（一）

2024-06-04 4348阅读

文章目录

- 前言
- 虚拟串口建立
- 串口调试助手充当传感器发送数据
- MATLAB充当上位机接收并解析数据
- - Step 1. 进行串口配置
  - Step 2. 数据处理
  - 实验结束
  - 总结
    前言
    
    因工作原因需要通过串口进行数据采集并分析，考虑到经常使用的数据分析工具是MATLAB，而网上关于MATLAB串口实验相关的帖子均写的不清不楚，最终导致我采了很多的坑，因此特意将MATLAB串口相关的操作进行总结并记录，也希望能帮到大家。
    
    MATLAB串口数据接收仿真实验
    串口函数使用serialport及serial两种
    软件工具包括：串口调试助手 + 虚拟串口工具 + MATLAB
    
    本文所设计到的虚拟串口驱动，串口调试助手及MATLAB代码我已经按照0积分进行打包上传至我的资源，链接在这，如有需要可以下载使用。
    
    虚拟串口建立
    
    Step 1. 打开虚拟串口配置工具，然后使用它生成配对的虚拟串口，选择两个串口号，点击“添加串口”该驱动就会生成两个已经连接的虚拟串口。
    
    串口调试助手充当传感器发送数据
    
    Step 1. 为了进行测试，这边使用串口助手发送三角波数据，具体为：4 6 8 10 12 14 16 18 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 。
    Step 2. 使用串口助手打开端口26（选择自己设置的虚拟串口中的一个），并设置波特率，我这边选择的是115200。
    Step 3. 打开“定时发送后”，点击“发送”按钮串口调试助手就会不断发送数据了。
    
    MATLAB充当上位机接收并解析数据
    
    Step 1. 进行串口配置
```
clc;clear all;close all;
%% 串口配置
%---- 使用serialport进行串口配置 ----%
Port_List = serialportlist("available")   % 显示可用的串口信息
SerialObj = serialport("COM25",115200);   % 串口参数配置
data = read(SerialObj,300,"uint8" );  
% 一次读取一个字节，将每个字节解释为一个 8 位无符号整数 (uint8)，并返回一个 double 数组
% 此处读取了300个字节
% data_hex = dec2hex(data);
delete(SerialObj);                    % 使用完一定记得删除串口占用
%---- 使用serial进行串口配置 ----%
instrfind                             % 查看已有的串口信息
delete(instrfind);                    % 关闭遗忘的串口
port = 'COM25';                       % 端口号选择dataport
baudrate = 115200;                    % 波特率设置921600bit等于115200个字节
S = serial(port,'baudrate',baudrate); % 串口设置
S.InputBufferSize = 300;              % 输入串口缓冲区上限10000字节               
S.Timeout = 5;                        % Timeout为完成读取或写入操作的等待时间，如果未指定其他值，则使用默认值 10 秒
try
  fopen(S);                           % 打开串口对象
catch err
  fclose(instrfind);                  % 关闭被占用的串口
  error('请确认选择了正确的串口');      % 输出错误提示
end
instrfind                             % 查看已有的串口信息（牢记使用虚拟串口时打开后需要记得关闭）
data = fread(S);                      % 直接将所有的数据进行接收，除非数据长度超过了数据缓存区的长度，超过即不显示,又或者超出等待时间
fclose(S)
delete(S)                             % 使用完一定记得删除串口占用
```
    这边一共介绍了两种串口配置方式，选择使用一种即可。第一种是使用“serialport”函数进行配置。
    本文仅配置了串口号及波特率，其余的均设置为默认值。
    
    使用该函数配置的串口可以配合“read”函数进行串口数据的读取，该函数是一次读取一个字节，并将每个字节解释为一个 8 位无符号整数 (uint8)，最后返回一个 double 数组（返回的类型和接收的长度可以自己设置）。这边的逻辑就是接收到指定长度才会停止接收。如图所示，代码中设置的300，所以工作区data矩阵的长度是300。
    
    第二种方式是采用“serial”函数进行配置，该函数的使用方式和“serialport”是不一样的，其配置方式详见代码，关键参数是等待时间及输入缓冲区的大小。和“serial”不一致的地方在于，这两个参数任意一个到达预设值，都会停止采集，例如：等待时间10s，但是缓冲区大小仅为5，那么在接收到5个字节后就会停止接收数据，又或者等待时间1s，缓冲区大小为50000，那么在接收到1s数据后就会停止，并不会等待缓冲区塞满。
    假设参照代码执行的话最终会接收到245个字节
    
    注意：使用完串口一定要记得删除串口的占用，否则后续使用虚拟串口驱动删除串口是删除不了的。
    
    Step 2. 数据处理
    
    由于MATLAB在接收到数据后是直接按照10进制进行展示的，而此处的串口助手在发送数据时则是按照字符进行发送。为了清晰地展示数据还需要进行相应的处理。例如上文发送的是4 6 8 10 12 14 16 18 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2，那么MATLAB接收到数据则是52 32 54 32 56 32 …，这边转换规则是按照ASCII表进行，具体如下图所示：
    
    52对应的是4，32对应的是空格，54对应的6…，所以需要按照相应的规则将数据进行解析处理，我这边写的处理代码如下：
```
%% 串口数据解析及展示
line = 1;
colum = 1;
for i = 1 : length(data)
    if (data(i) == 13 || data(i) == 10) %排除换行及回车
       continue; 
    end
    
    if (data(i) == 32)                  %空格间隔数据
       line = line + 1; 
       colum = 1;
       continue;
    end
    
    Data_matrix(line , colum) = data(i);
    colum = colum + 1;
end
for i = 1 : size(Data_matrix,1)
    for j = 1 : 2
        Data_matrix(i,j) = Data_matrix(i,j) - 48;
    end
end
Data_real(size(Data_matrix,1),1) = 0;
for i = 1 : size(Data_matrix,1)
    if (Data_matrix(i,2) == -48)
        Data_real(i,1) = Data_real(i,1) + Data_matrix(i,1);
    else
        Data_real(i,1) = Data_matrix(i,2) + Data_matrix(i,1) * 10;
    end   
end
figure;
plot(Data_real);
xlabel('Serial Number');ylabel('Amplitude')
```
    最终可以成功将发送的数据成功接收并进行绘制展示，具体如下图所示：
    
    实验结束
    
    在测试完成后记得删除串口占用并删除配置的虚拟串口。
    
    总结
    
    本文介绍了两种方式进行串口的配置，并通过仿真详细展示了具体的操作步骤，下一篇文章将展示如何利用MATLAB充当便携的上位机来发送指定的数据，从而可以配合相应的移动设备实现相应的功能。