基于Matlab的小型溫度檢測系統設計
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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
{DQ = 1; //DQ復位
Delay15(1); //稍做延時
DQ = 0; //單片機將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
{
unsigned char i="0";//定義循環變量
for (i=0; i8; i++)
{
DQ = 0; //復位
DQ = dat0x01;//取數據的第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
{
unsigned char i="0";
unsigned char dat = 0;
for (i=8;i>0;i--)
{
DQ = 0; // 復位
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 上位機部分(PC)
上位機通過串口向下位機發送命令實現對下位機的控制，并實時地接受下位機傳送過來的數據，對其分析處理，將結果用圖形顯示并存儲，完成人機交互過程。
Matlab并不具備直接訪問硬件的能力，但是支持面向對象技術，通過調用Instrument Control Toolbox中的serial類函數來創建串口對象，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，使得計算機在讀寫串口時能同時進行其他處理工作，因而能大大提高計算機執行效率。Matlab用多線程技術實現這種異步操作，通過異步讀寫設置，計算機在執行讀寫串口函數時能立即返回不必等待串口把數據傳輸完畢，當指定的數據傳輸結束時就觸發事件，執行事件回調函數，可以在事件回調函數中編程，進行數據處理，這樣就不會造成因等待串口傳輸數據引起的時間浪費。
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等多個協議 ,具有同步和異步讀寫功能以及事件處理和回調操作功能,可讀寫和記錄二進制和ASCII文本數據。與串口有關的主要函數如下[3]：
(1)建立串口對象函數：obj=seril(’port’,’property name’,propertyvalue……)，其中主要的屬性有：baudrate(波特率)，databits(數據位)，parity(校驗方式)，stopbits(終止位)等，可以在初始化時進行賦值或者使用set函數。
(2)打開串口設備對象：fopen(obj)
(3) 串口讀寫操作：當matlab通信數據采用二進制格式時，讀寫串口設備的命令為fread()和fwrite();當通行數據采用文本(ASCII)格式時，讀寫串口設備的命令為fscanf()和fprintf()。
(4)關閉并清除設備對象：
Fclose(obj);%關閉串口設備對象
Delete(obj);%刪除內存中的串口設備對象
基于本系統串口通信協議，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);%向串口發送握手信號0xff
TMP=fread(obj，3，’unit8’);%從串口讀取3字節數據，后2個即是16bit溫度數據
If TMP(1)= =256 %判斷第一個字節受否是握手信號
For i = 1：3
Dat(i)=TMP(i+1);%剔除第一個握手信號字節
End
End
Fclose(obj);%關閉串口設備對象
Delete(obj);%刪除內存中的串口設備對象
4.2 Matlab數據分析
單片機一般能處理簡單的8位無符號數的四則運算，而DS18B20可以程序設定9~12位的分辨率，精度可達±0.5℃，溫度以16bit帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出，如果使用單片機進行快速的實時處理則比較費力，同時單片機還要與DS18B20及上位機通信，系統資源也比較緊張。因而可以將讀取的16bit溫度數據直接送往PC機，由上位機來完成。Matlab強大的計算能力和繪圖功能給數據分析帶來了極大的方便，這不僅可以合理利用系統資源，也使得系統的通信過程更流暢。
圖2所示的是用DS18B20測得的連續10個溫度數據的變化曲線圖。使用max()和min()函數可以求出溫度的極大極小值，調用polyfit()函數還可以進行最小二乘回歸分析與曲線擬合，進而求出溫度變化的解析式，本實驗中使用二階擬合后，得到的溫度隨時間變化的函數解析式為：F(T)= 0.0125*T2 - 0.0145T+27.3083.
5 結語
Matlab是一款在控制領域應用十分廣泛的軟件，本實驗基于Matlab環境下PC機與單片機實時通信及數據處理的方法，設計了一個小型溫度檢測系統，串口通信使用Matlab編程，極大的提高了開發效率，充分利用了Matlab的強大的數據分析能力，得到了溫度隨時間變化的函數解析式，取得了較好的效果，擴展了Matlab的使用范圍，具有一定實用性。
本文作者創新觀點：使用DS18B20傳感器簡化了硬件結構，采用Matlab編程，充分利用其數據分析能力，合理利用系統資源，提高了開發效率，擴展了Matlab的使用范圍。
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