技術(shù)文章
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使用 Matlab 進(jìn)行測(cè)量
Matlab 于 1984 年由美國(guó)私營(yíng)公司 Mathworks 發(fā)布，該公司的另一款主要產(chǎn)品是與之密切相關(guān)的 Simulink。此外,，Mathworks 還提供近 100 種其他程序,，例如 Polyspace,、SimEvents 和 Stateflow。
Matlab 主要專注于數(shù)值計(jì)算，包括矩陣和算法運(yùn)算,、數(shù)據(jù)和函數(shù)繪圖以及用戶界面創(chuàng)建,。它能夠與外部編程語(yǔ)言交互，例如 C,、C++,、C#、Java,、Fortran 和 Python,。
Matlab 取得巨大成功并長(zhǎng)期受到研究人員,、工程師和高級(jí)學(xué)生的廣泛使用,，其中一個(gè)因素是其全面且設(shè)計(jì)精良的文檔。Mathworks 在其網(wǎng)站上免費(fèi)提供各種教程和培訓(xùn)課程,。
最好的入門課程是Matlab 的 Onramp,，這是一門免費(fèi)的兩小時(shí)在線概覽課程，向新用戶介紹 Matlab 語(yǔ)言并展示一些真實(shí)示例,。課程從基本的 Matlab 命令開(kāi)始,，然后展示如何導(dǎo)入和顯示數(shù)據(jù)，并介紹將這些知識(shí)付諸實(shí)踐的典型項(xiàng)目,。課程結(jié)束時(shí),，一個(gè)面向用戶的項(xiàng)目涉及分析恒星發(fā)出的光，以查看它是向地球移動(dòng)還是遠(yuǎn)離地球,。
課程的大部分內(nèi)容與 Matlab 的網(wǎng)絡(luò)版本交互,，與桌面版本不同，盡管桌面版本外觀不同,，但本質(zhì)上是用相同的 Matlab 語(yǔ)言編寫的,。課程分為幾個(gè)簡(jiǎn)單的單元,，以構(gòu)建用戶的知識(shí)庫(kù)。在查看介紹性材料后,，用戶通過(guò)在 Matlab 提示符 (>>) 后將命令輸入命令窗口并按 Enter/Return 來(lái)執(zhí)行命令,。星號(hào) (*) 表示標(biāo)量乘法。
Matlab 專注于深度學(xué)習(xí),、計(jì)算機(jī)視覺(jué),、信號(hào)處理、量化金融和風(fēng)險(xiǎn)管理,、機(jī)器人技術(shù)和控制系統(tǒng),。深度學(xué)習(xí)涉及訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)。該領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵組成部分是圖像識(shí)別,。其他領(lǐng)域包括語(yǔ)音識(shí)別和文本分析,。Matlab 的深度學(xué)習(xí)與 Caffee 和 Tensor Flow-Keras 等行業(yè)范圍內(nèi)的產(chǎn)品互動(dòng)。
訓(xùn)練模型的關(guān)鍵是要有大型數(shù)據(jù)庫(kù),。例如,，在查看圖像時(shí)，首要任務(wù)是從背景中分離出感興趣的對(duì)象,。
Matlab 可以運(yùn)行整個(gè)視頻并分離出一組像素或圖片區(qū)域,。然后，可以訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)以根據(jù)具體情況保留和關(guān)聯(lián)這些信息,。此外,，Matlab 允許用戶監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的進(jìn)度，以查看它是否朝著正確的方向快速發(fā)展,。
語(yǔ)音識(shí)別和文本分析是網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的重要組成部分,。為此，深度學(xué)習(xí)與 Python,、Java,、.net、C 和 C++ 交互,。Matlab 中的計(jì)算機(jī)視覺(jué)要求開(kāi)發(fā)算法來(lái)處理不斷出現(xiàn)的各種情況,。Matlab 及其相關(guān)程序 Simulink 首先從成像硬件獲取必要的圖形和視頻。然后,，可以通過(guò)這些程序中提供的圖形工具將視頻和圖像用于可視化和操作,。此外，還有標(biāo)準(zhǔn)算法庫(kù),，使用戶能夠在嵌入式硬件中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì),。
利用 Matlab 和 Simulink 信號(hào)處理資源，可以獲取、測(cè)量和分析來(lái)自各種來(lái)源的信號(hào),。這些工具允許用戶首先預(yù)處理和過(guò)濾信號(hào),，然后分析它們以用于數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)。最終目標(biāo)是分析趨勢(shì)并感知連接儀器輸出的信號(hào)模式,。
Matlab 和 Simulink 也可能在機(jī)器人技術(shù)中發(fā)揮核心作用,，其功能可以獨(dú)立于硬件細(xì)節(jié)連接到外部機(jī)器人操作系統(tǒng)。該功能可與 Arduino 和 Raspberry Pi 等知名設(shè)備以及具有遺留代碼的舊機(jī)器人配合使用,。
在其功能中,，Matlab 可以訪問(wèn) DAQ 硬件子系統(tǒng)，例如模擬輸入和輸出,、數(shù)字 I/O 和計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器,。
Matlab 可幫助工程師在開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段設(shè)計(jì)和部署控制系統(tǒng)，例如工廠建模和自動(dòng)代碼生成,。這些工具非常靈活,，能夠解決廣泛的控制問(wèn)題。Matlab 中的 Arduino 支持就是一個(gè)例子,。使用 Arduino 硬件的 Matlab 包,，Matlab 可以與開(kāi)發(fā)板進(jìn)行交互式通信，然后開(kāi)發(fā)板可以執(zhí)行各種功能,，包括獲取模擬和數(shù)字信號(hào),、使用數(shù)字和脈沖寬度調(diào)制信號(hào)控制其他硬件、驅(qū)動(dòng)直流,、步進(jìn)和伺服電機(jī),；通過(guò) I 2 C 和 SPIB 或 Wi-Fi 訪問(wèn)外圍設(shè)備和傳感器以與 Arduino 開(kāi)發(fā)板通信；以及構(gòu)建與硬件和軟件庫(kù)的接口,。
Matlab 是一種高級(jí)解釋型語(yǔ)言,。用戶無(wú)需編譯即可無(wú)延遲地訪問(wèn) I/O 指令。它具有多種數(shù)學(xué),、工程和繪圖功能,，因此可以及時(shí)分析和顯示來(lái)自 Arduino 的數(shù)據(jù),。
Matlab 的儀器控制工具箱有助于控制和通信測(cè)試和測(cè)量?jī)x器,，例如示波器、電源,、信號(hào)分析儀,、函數(shù)發(fā)生器和分析儀器。首先需要 VISA 儀器驅(qū)動(dòng)程序（例如 IVI 和 VXI 即插即用）,，或者通過(guò) GPIB,、TCP/IP 和 UDP 等通信協(xié)議使用基于文本的 SCPI 命令。另一種方法是無(wú)需借助代碼即可控制和獲取測(cè)試儀器的數(shù)據(jù)。
Matlab 的儀器控制工具箱可生成可發(fā)送到儀器的數(shù)據(jù),，也可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)入 Matlab,，然后進(jìn)行分析和顯示?？梢詫?shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化,、驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)并構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)，并結(jié)合 LXI,、PXI 和 AXle 標(biāo)準(zhǔn),。
其他計(jì)算機(jī)可以通過(guò) TCP/IP、UDP,、I 2 C,、SPI、Modbus 和藍(lán)牙串行協(xié)議遠(yuǎn)程連接到 Matlab,。在所有情況下,，Mathworks 儀器控制工具箱都需要預(yù)先安裝 Matlab。Matlab 儀器控制工具箱可以從示波器獲取和控制數(shù)據(jù),，以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)分析并創(chuàng)建自動(dòng)化測(cè)試,。制作圖形界面也很容易。
參照示波器的操作和編程手冊(cè),，可以使用 GPIB,、串行、TCP/IP,、UDP 和 VISA 接口獲取和控制數(shù)據(jù),。Matlab 的儀器控制工具箱通過(guò) Matlab 儀器驅(qū)動(dòng)程序、IVI 和 VXIplug&play 提供連接,。本機(jī) Matlab 儀器驅(qū)動(dòng)程序不需要安裝其他驅(qū)動(dòng)程序,。它們適用于 Windows、Linux 或 Mac 操作系統(tǒng),。
購(gòu)買示波器時(shí),，通常會(huì)附帶 IVI 儀器驅(qū)動(dòng)程序，或者可在制造商的網(wǎng)站上獲取,。同樣,，VXIplug&play 也經(jīng)常隨儀器一起提供或可在線獲取。
要了解如何連接運(yùn)行 Matlab 程序的示波器,，首先在示波器中顯示波形,，例如以 X 軸和 Y 軸為中心的 5 V 峰峰值方波。要將波形信息導(dǎo)入 Matlab,，請(qǐng)安裝從 Tektronix 或 National Instruments 網(wǎng)站獲取的 VISA 驅(qū)動(dòng)程序,。示波器與計(jì)算機(jī)硬件的連接可以通過(guò) USB,、RS-232、GPIB 或以太網(wǎng)進(jìn)行,。
在計(jì)算機(jī)中,，從 Matlab 程序訪問(wèn)包含在儀器控制工具箱中的測(cè)試和測(cè)量工具。展開(kāi)硬件部分以顯示接口選項(xiàng),。選擇用于將示波器連接到計(jì)算機(jī)的接口,，在此示例中為 USB。
儀器控制工具箱允許用戶搜索可用的硬件,、配置儀器設(shè)置,、從儀器讀取數(shù)據(jù)并將會(huì)話日志保存為 M 文件。要導(dǎo)航該工具,，請(qǐng)單擊“幫助”選項(xiàng)卡,，它將指導(dǎo)您完成連接到儀器的過(guò)程。幫助部分更新了與所選選項(xiàng)相關(guān)的具體步驟,。
在所選驅(qū)動(dòng)程序下的“儀器功能”中,，選擇“讀取波形”。對(duì)于“波形對(duì)象”,，選擇“波形 1”,。對(duì)于“輸入?yún)?shù)”，輸入“通道 1”,。對(duì)于“輸出參數(shù)”,，輸入“X,Y”。然后顯示“幫助”（如果需要）,，并執(zhí)行,。
響應(yīng)窗口顯示該功能已成功完成。在下面,，單擊導(dǎo)出,。數(shù)據(jù)導(dǎo)出器窗口允許用戶選擇目標(biāo)，例如 MATLAB 工作區(qū),。在命令窗口中,，輸入 plot (X, Y)。5-V 峰峰值方波現(xiàn)在顯示在 Matlab 中并顯示在計(jì)算機(jī)中,。
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