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MATLAB实现串口输入数据的实时绘图

MATLAB实现串口输入数据的实时绘图

最近做了一个基于单片机的心率计，其中需要用计算机将波形数据以实时绘图的方式呈现出来。参考了一些网上的资料，写了一个简单的matlab程序，记录一下。

0 说明

基本原理：通过手指指尖的血流变化反映脉搏变化。传感器（KY-039，淘宝上可以搜到）的一端是红外二极管，一端是光敏三极管，脉搏引起的血流变化引发光强变化，进而导致电压变化。
脉搏信号被一个红外传感器采集后，经过放大滤波电路输入单片机，再经ADC，从串口输出。
输出在0-1023范围内，需要用两个字节表示。

1 创建串口对象

创建串口对象s，并对其部分参数进行设置。下面只设置了一部分，当然，可以根据自己的需要进一步设置，比如波特率之类，可以运行这段代码后在工作区点开s查看：

s=serial('com3');  % COM
s.BytesAvailableFcnMode='byte';  
s.InputBufferSize=4096;
s.OutputBufferSize=1024;
s.BytesAvailableFcnCount=100;
s.ReadAsyncMode='continuous';
s.Terminator='CR';

2 数据读取与转化

打开串口，同时打开一个文件保存数据。

fopen(s);    % 打开串口
fid=fopen('serial_data.txt','wt');

寻找读取起点：

init = 1;
while(init~='#')
    init = fread(s,1,'uint8');
end
out = fread(s,2,'uint8');  % 8bit读两次

这里 ‘#’ 是一个标志字符（这是单片机代码中设置的），因为需要用两个字节表示一个点的值，#的作用就是让程序知道，从这里开始往后两个字节拼起来是一个数。这组数据是不用的（其实要用也可以，但不差这一个点的数据），之后再读取就只需循环：

out = fread(s,3,'uint8');

注意out是一个列向量，out(1)是#，out(2)是数值的高8位，out(3)是低8位。
接下来是对数据的转换，将两个8位二进制数位拼接转成一个十进制数：

num = out(2)*256+out(3);

或者也可以将这个数存在out(1)中，反正 ‘#’ 已经达成使命，现在它反而变成了一个累赘。

3 绘图

设置一个向量t作为横坐标，长度是InputBufferSize，纵坐标上下留出margin的空间。

hold on
grid on
InputBufferSize = 100;
margin = 50;
t = 1:InputBufferSize;

用InputBuffer存放当前需要绘制区域内的所有数值，即它的长度也是InputBufferSize。那么画“一帧”的图像就是：

plot([1:i],InputBuffer(1,1:i),'-r');
axis([t(1) t(InputBufferSize) min(InputBuffer)-margin max(InputBuffer)+margin]);

4 绘制动态图像

怎么让上述图像动起来呢？其实很简单，只要将每次新读进来的数据放到InputBuffer的最后，InputBuffer中所有元素向前移动一格，再把坐标轴右移1，就得到了下一帧图像的全部信息。让这个过程循环往复，图线就动起来了。

for i = 1:1000
    t=t+1;
    for j = 2:InputBufferSize  % 循环左移一格
        InputBuffer(j-1) = InputBuffer(j);
    end
    out = fread(s,3,'uint8');   % 一次读出3个字符
    out = out';  % 其实没什么必要
    num = out(2)*256+out(3);
    fprintf(fid,'%g\n',num);  % 存入文件
    InputBuffer(InputBufferSize) = num;
    plot(t,InputBuffer(1,:),'-r');
    axis([t(1) t(InputBufferSize) min(InputBuffer)-margin max(InputBuffer)+margin]);
    pause(0.001);
end

如果想做得再好一点，能呈现最开始从0慢慢长到InputBufferSize过程中的图线，那就在这段之前加一段：

for i = 1:InputBufferSize
    out = fread(s,3,'uint8');   % 一次读出3个字符
    out = out';
    num = out(2)*256+out(3);
    InputBuffer(i) = num;
    fprintf(fid,'%g\n',num);
    plot([1:i],InputBuffer(1,1:i),'-r');
    axis([t(1) t(InputBufferSize) min(InputBuffer)-margin max(InputBuffer)+margin]);
    pause(0.001);
end

与上面一段类似，只是这里固定坐标轴，且新数据只加在InputBuffer的最后。
最后别忘了关掉串口和文件~

fclose(s);
fclose(fid);

5 完整代码

clear;
s=serial('com4');
s.BytesAvailableFcnMode='byte';  % 串口设置
s.InputBufferSize=4096;
s.OutputBufferSize=1024;
s.BytesAvailableFcnCount=100;
s.ReadAsyncMode='continuous';
s.Terminator='CR';

fopen(s);    % 打开串口
fid=fopen('serial_data.txt','wt');
init = 1;
while(init~='#')
    init = fread(s,1,'uint8');
end
out = fread(s,2,'uint8');

hold on
grid on
InputBufferSize = 100;
margin = 50;
t = 1:InputBufferSize;
% InputBuffer = zeros(1,InputBufferSize);
for i = 1:InputBufferSize
    out = fread(s,3,'uint8');   % 一次读出3个字符
    out = out';
    num = out(2)*256+out(3);
    InputBuffer(i) = num;
    fprintf(fid,'%g\n',num);
    plot([1:i],InputBuffer(1,1:i),'-r');
    axis([t(1) t(InputBufferSize) min(InputBuffer)-margin max(InputBuffer)+margin]);
    pause(0.001);
end

for i = 1:1000
%     hold on
    t=t+1;
    for j = 2:InputBufferSize
        InputBuffer(j-1) = InputBuffer(j);
    end
    out = fread(s,3,'uint8');   % 一次读出3个字符
    out = out';
    num = out(2)*256+out(3);
    fprintf(fid,'%g\n',num);
    InputBuffer(InputBufferSize) = num;
    plot(t,InputBuffer(1,:),'-r');
    axis([t(1) t(InputBufferSize) min(InputBuffer)-margin max(InputBuffer)+margin]);
    pause(0.001);
end
fclose(s);
fclose(fid);

6 补充

如果需要中断运行，可以在命令行中Ctrl + C，但记得随后在命令行中输入fclose(s)以关闭串口，否则下次启动会报错。无论何种方式导致程序没有执行到fclose(s)，都应在下次运行前手动关闭串口。
若开始运行时报错，先检查串口是否匹配，若匹配，再检查串口当前是否被其他程序占用，若没有，尝试重启MATLAB。（再不行，重启电脑，再不行我也不知道了2333
放几张运行结果图（更新了一张动图）

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