matlab - Arduino和Matlab串行同步数据传输

Question

我正在做一个项目，我使用 Split Core CT 在 Arduino 上读取实时电流信号。我能够读取精确的交流电流并使用下面的代码在 Arduino 串行绘图仪中复制它。

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}
void loop() {
    Serial.println( (double)(analogRead(A5) - analogRead(A0))*0.009765625  ); 
}

但是我必须对它做进一步的计算，比如 FFT 和 THD，所以我通过串行通信将这些数据发送到 MATLAB。下面是我的 Matlab 脚本，它读取 1000 个数据样本，将其存储在一个数组中并执行计算并最终绘制它。

clc; close all;

if ~isempty(instrfind)
    fclose(instrfind);
    delete(instrfind);
end
s1=serial('COM5','Baudrate',115200);
fopen(s1);

Fs=1000;
LoS = 100;
T = 1/Fs;
t = (0:LoS-1)*T;

sig = zeros(1,LoS-1);

str='';
sen=0;
for j = 1:LoS
    str=fscanf(s1);
    sen=str2double(str);    
    sig(j)=sen;
end

subplot(2,1,1);
axis([0 LoS -4 4]);
plot(t,sig);
xlabel('Counts');
ylabel('Magnitude');
title('Signal');

Y=fft(sig);

P2 = abs(Y/LoS);
P1 = P2(1:LoS/2+1);
P1(2:end-1) = 2*P1(2:end-1);
f = Fs*(0:(LoS/2))/LoS;

subplot(2,1,2);
axis([0 100 0 10]);
plot(f,P1);
title('FFT(Signal)');
xlabel('f (Hz)');
ylabel('|Power(f)|');
fclose(s1);
delete(s1);
clear s1;

问题是实际信号的频率为 60Hz，但我的代码输出峰值为 31Hz。我在 matlab 模拟正弦曲线上检查了相同的代码，它给出了准确的结果。但在真实数据上，它计算错误。我在 LABView 上实现了相同的逻辑，结果仍然是 31Hz。谁能指出我的错误？我真的被困在这个问题上。

谢谢你的时间。

Answer 1

您应该将 Arduino 采样率固定为每秒 1000 个样本。

正如 Daniel 评论的那样，Arduino 正在尽可能快地工作，而不是以 1KHz 采样(而不是每秒采样 1000 个样本)。

您可以通过确保每次迭代需要 1000 微秒来修复您的 Arduino 循环以 1KHz 采样。

下面的循环读取每次迭代开始和结束时的时间。
在每次迭代结束时，都有一个延迟，完成持续时间为 1000us。

void loop() {
  unsigned long start_time_us, delta_time_us;

  //Returns the number of microseconds since the Arduino board began running the current program
  //https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/time/micros/
  start_time_us = micros();

  Serial.println( (double)(analogRead(A5) - analogRead(A0))*0.009765625  ); 

  //Passed time in microseconds.
  delta_time_us = micros() - start_time_us;

  if (delta_time_us < 1000)
  {
    //Delay the remaining time - complete to 1000us (keep sample rate at 1000 samples per second).
    //https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/time/delaymicroseconds/
    delayMicroseconds((unsigned long)1000 - delta_time_us);
  }
}

请注意:我无法验证解决方案，因为我没有 Arduino 板(或模拟器)。

备注:以文本字符串形式发送样本效率低下，并且可能会导致串口饱和。

我建议您执行以下操作:

发送二进制数据(使用 Serial.write 而不是 Serial.println )。

而不是将样本转换为 double在从 Arduino 发送之前，将样本发送到 short格式(两个字节):发送值 (short)(analogRead(A5) - analogRead(A0)) .

在MATLAB端，读取1000个二进制样本:sig = fread(s1, 1000, 'int16');

在 MATLAB 中执行双倍和缩放样本的转换:sig = double(sig) * 0.009765625 .

Arduino代码:

//Serial.println( (double)(analogRead(A5) - analogRead(A0))*0.009765625  ); 
short analog_read = (short)(analogRead(A5) - analogRead(A0));
Serial.write((uint8_t*)&analog_read, 2); //Send two bytes in int16 binary format

MATLAB 代码:

% for j = 1:LoS
%     str=fscanf(s1);
%     sen=str2double(str);    
%     sig(j)=sen;
% end
sig = fread(s1, 1000, 'int16'); % Read 1000 analog samples (each sample is int16).
sig = double(sig) * 0.009765625; % Convert 1000 samples to physical values in double format

上面的代码对于 Arduino 和 MATLAB 都更有效。

备注:请记住，我没有测试代码 - 它仅用于 演示 这个概念。