Логгер данных температуры на основе MATLAB и Arduino: схема и программа

Графики являются удобным инструментом для визуализации различных данных. В настоящее время существует достаточно много программных средств для построения графиков, однако наиболее популярной и мощной из них является математическая система MATLAB, которая не только имеет хороший инструментарий для построения разнообразных графиков, но и хорошо интегрируется в системы с использованием микроконтроллеров.

В этой статье мы рассмотрим построение в системе MATLAB графиков данных температуры и влажности, считываемых в режиме реального времени с датчика DHT11 с помощью платы Arduino. Ранее на нашем сайте мы рассматривали аналогичную задачу с помощью датчика температуры LM35, MATLAB и Arduino, но в этой статье мы рассмотрим более продвинутый инструментарий для решения данной задачи – сконструируем полноценный логгер данных. Более подробно о подключении датчика температуры и влажности DHT11 к плате Arduino и влажности вы можете прочитать в данной статье.

Чтобы лучше понять материал этой статьи вы можете изучить следующие проекты на нашем сайте, посвященные взаимодействию системы MATLAB и платы Arduino:

Также на нашем сайте вы можете посмотреть проект логгера данных на SD карту и компьютер (в лист Excel) с помощью Arduino (то есть без использования MATLAB).

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
Установленная на компьютер математическая система MATLAB (предпочтительно версии R2016a или выше).
Датчик температуры и влажности DHT11 (купить на AliExpress).
Соединительные провода.

Реклама: ООО «АЛИБАБА.КОМ (РУ)» ИНН: 7703380158

Схема проекта

Схема подключения датчика температуры и влажности DHT11 к плате Arduino представлена на следующем рисунке.

Внешний вид собранной конструкции проекта показан на следующем рисунке.

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

Первым делом в программе подключим библиотеку для взаимодействия с датчиком DHT11.

#include <DHT.h>

1	#include <DHT.h>

Затем дадим осмысленное название контакту, в которому подключен датчик DHT11 – в нашем случае это контакт 4 платы Arduino.

#define DHTPIN 4

1	#define DHTPIN 4

В функции ‘void setup’ инициализируем последовательную связь и датчик DHT11.

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  delay(2000);
  dht.begin();   // initialise DHT11 sensor
}

void setup() {

Serial.begin(9600);

delay(2000);

dht.begin(); // initialise DHT11 sensor

}

В функции ‘void loop’ для хранения считанных с датчика DHT11 данных температуры и влажности мы будем использовать переменные вещественного типа (float) temp и humi. Считанные значения мы будем передавать с помощью последовательного порта связи чтобы система MATLAB могла их считать последовательно.

void loop() {                                            
  float temp = dht.readTemperature();   // считываем данные температуры
float humi = dht.readHumidity();   // считываем данные влажности
 Serial.print(temp);
  Serial.print(humi);
  delay(2000);
}

void loop() {

float temp = dht.readTemperature(); // считываем данные температуры

float humi = dht.readHumidity(); // считываем данные влажности

Serial.print(temp);

Serial.print(humi);

delay(2000);

}

Объяснение программы логгера данных в MATLAB

Откройте MATLAB на своем компьютере и нажмите в нем на кнопку ‘new script’ как показано на следующем рисунке. При этом откроется новое окно редактора, в котором вы можете писать программу.

Полный код программы для MATLAB приведен в конце статьи, здесь же мы кратко обсудим ее основные фрагменты.

Написание программы начнем с объявления переменной для взаимодействия (последовательной связи) между MATLAB и Arduino. В нашем случае это взаимодействие осуществляется по последовательному порту COM18 – у себя вы его должны изменить на тот COM порт, по которому подключена плата Arduino к вашему компьютеру (можно посмотреть в диспетчере устройств Windows).

s = serial('COM18');

1	s = serial('COM18');

В следующих строчках кода функция fopen() используется для установления последовательной связи между MATLAB и Arduino. Затем мы сохраняем принятые по последовательному порту данные в переменной ‘out’. Переменная ‘out’ представляет собой строку из 9 символов, в которой первые 4 символа используются для хранения температуры, а остальные символы – для хранения значения влажности. Поэтому, используя далее команды Temp(i)=str2num(out(1:4)) и Humi(i)=str2num(out(5:9)), мы получаем, соответственно, значения температуры и влажности.

fopen(s)
out = fscanf(s)
Temp(i)=str2num(out(1:4));
Humi(i)=str2num(out(5:9));

fopen(s)

out = fscanf(s)

Temp(i)=str2num(out(1:4));

Humi(i)=str2num(out(5:9));

Далее скопируем полный текст программы в окно редактора MATLAB. Нажмите на кнопку ‘run’ чтобы запустить нашу программу на выполнение.

Подождите некоторое время пока MATLAB будет компилировать и исполнять вашу программу – в это время в его нижнем левом углу будет гореть надпись busy (занят) как показано на следующем рисунке.

Если в коде программы нет ошибок, то вы увидите окно, в котором в реальном времени будут строиться графики температуры и влажности. В нашей программе эти данные будут обновляться с периодичностью 2 секунды – это время, необходимое для считывания данных с датчика DHT11 и передачи их через последовательный порт связи.

Чтобы посмотреть численные значения считываемых данных температуры и влажности сделайте двойной клик на соответствующей переменной в workspace window (окно рабочей области) как показано на следующем рисунке.

После этого откроется диалоговое окно, в котором вы можете посмотреть все считанные значения интересующей вас переменной.

Таким вот достаточно простым способом вы можете строить графики реального времени в MATLAB на основе данных, получаемых от платы Arduino, и производить их регистрирование – то есть реализовать функцию логгера (регистратора) данных.

Исходные коды программ

Код программы для Arduino

#include <DHT.h>                                                            
#define DHTPIN 4   // контакт, к которому подключен датчик DHT11  
                                                     
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  delay(2000);
  dht.begin();   // инициализируем датчик DHT11
}
void loop() {                                    
  float temp = dht.readTemperature();   //считываем данные температуры
float humi = dht.readHumidity();   // считываем данные влажности
 Serial.print(temp);
  Serial.print(humi);
  delay(2000);
}

#include <DHT.h>

#define DHTPIN 4 // контакт, к которому подключен датчик DHT11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {

Serial.begin(9600);

delay(2000);

dht.begin(); // инициализируем датчик DHT11

}

void loop() {

float temp = dht.readTemperature(); //считываем данные температуры

float humi = dht.readHumidity(); // считываем данные влажности

Serial.print(temp);

Serial.print(humi);

delay(2000);

}

Код программы для MATLAB

s = serial('COM18');
time=100;
i=1;
while(i<time)
fopen(s)
fprintf(s, 'Your serial data goes here')
out = fscanf(s)
Temp(i)=str2num(out(1:4));
 subplot(211);
 plot(Temp,'g');
 axis([0,time,20,50]);
title('Parameter: DHT11 Temperature');
xlabel('---> time in x*0.02 sec');
ylabel('---> Temperature');
grid
Humi(i)=str2num(out(5:9));
 subplot(212);
 plot(Humi,'m');
axis([0,time,25,100]);
title('Parameter: DHT11 Humidity');
xlabel('---> time in x*0.02 sec');
ylabel('---> % of Humidity ');
grid
fclose(s)
i=i+1;
drawnow;
end
delete(s)
clear s

s = serial('COM18');

time=100;

i=1;

while(i<time)

fopen(s)

fprintf(s, 'Your serial data goes here')

out = fscanf(s)

Temp(i)=str2num(out(1:4));

subplot(211);

plot(Temp,'g');

axis([0,time,20,50]);

title('Parameter: DHT11 Temperature');

xlabel('---> time in x*0.02 sec');

ylabel('---> Temperature');

grid

Humi(i)=str2num(out(5:9));

subplot(212);

plot(Humi,'m');

axis([0,time,25,100]);

title('Parameter: DHT11 Humidity');

xlabel('---> time in x*0.02 sec');

ylabel('---> % of Humidity ');

grid

fclose(s)

i=i+1;

drawnow;

end

delete(s)

clear s

Необходимые компоненты

Схема проекта

Объяснение программы для Arduino

Объяснение программы логгера данных в MATLAB

Исходные коды программ

Код программы для Arduino

Код программы для MATLAB

Видео, демонстрирующее работу проекта

Похожие статьи

Добавить комментарий Отменить ответ

Добавить комментарий