基于matlabgui串口通信实时温度监控系统设计

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1、基于MatlabGUI串口通信实时温度监控系统设计摘要：为提高温度监控系统中数据处理速度和软件开发效率，设计了基于Matlab图形用户界面（GUI）的温度实时监控系统。系统利用Matlab串口工具箱，以Modbus协议为通信协议，通过计算机控制岛电SRS13A型温控器，实现了在金属加热过程中对其表面温度值的实时监控。系统软件界面简洁，操作方便，内存占用小，通过参数配置可实现多种工作方式。实验测试结果表明，系统运行稳定，以Is的采样间隔和0.VC的测量精度，快速准确地绘制了系统在不同参数配置下的温度响应曲线。关键词：Matlab图形用户界面；Modbus

2、协议；串口通信；温度测量；实时监控中图分类号：TP302.1；TP277.2文献标志码：A0引言温度的稳定控制是冶金生产过程中的重要环节。温度控制器作为温控系统中常用的智能设备，通常以串口通信实现与计算机之间的信息传递。它的通信效率不仅决定了温控过程中温控器的响应速度和温控精度，也直接影响着整个生产过程的运行效果和产品质量［1］。近年来，国内外研究学者分别在不同软件平台上实现了计算机与温控器的串口通信，并在研究温控系统性能方面取得了一定成果。Popovic等［2］利用ABB公司的可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,

3、PLC)以一种简便的方式实现了上位机软件与温控器之间的数据通信，保证了温控系统性能指标的同时简化了软件开发程序。梁秀霞等［3］鉴于组态软件与串行温控器无法直接串行通信的问题，提出一种以VB控件为媒介的串口通信控制方法，并在实际生产中得到了理想的控制效果。王海涛等［4］在Delphi环境下利用VB中的MSComm控件不仅实现了计算机与温控器之间的串口通信，也提高了程序的执行效率。然而这些方法都有一定的局限性。PLC的体系结构封闭,不同厂商硬件体系互不兼容，开放性不足，且PLC在与计算机进行多通信点同时收发信息时，容易出现数据覆盖、丢失等问题；在串口通信设

4、计时，通用的组态软件并不能满足用户在某些方面的特定需求，需要进行二次开发，以致这种通信控制方法成本高且缺乏灵活性；由于Delphi环境下没有专门用于串口开发的控件，而借助MSComm控件完成的串口通信设计，也并非想象的那样完美和容易控制。Matlab作为MathWorks公司出品的一款商业数学软件，具有强大的数据处理能力，因此，以它作为温控系统的开发软件，在运算效率和数据分析方面更具优势［5-6］。Cardoso等［7］用Matlab开发出的嵌入式系统，能更加高效地支持底层硬件，并通过实验验证了系统的稳定性。Gupta等［8］利用MatlabGUI提出

5、了一种低成本的在线信息存储和处理方法，展现了Matlab出色的数据处理能力，也为其在实际生产中的应用提供了现实可靠的依据。目前，虽然Matlab在实验室仿真和静态数据处理方面的应用研究已比较成熟，但在冶金工业生产中，利用Matlab对温控系统的开发研究尚比较少见。鉴于以上情况，本文设计了一种基于MatlabGUI串口通信的温度监控系统，扩展了Matlab在实际生产中的应用范围，满足了生产过程中温控系统对串口通信快速性、高效性以及稳定性的要求。系统的下位机部分负责温度数据的采集工作，并通过串行通信实时地将数据传送回上位机并进行处理。其中，温控器选用日本岛

6、电SHIMADEN公司生产的SRS13A型温控器，以实现温度的定值调节、程序调节等功能。温控器的测温模块外接热电偶，并将采集到的热能转换成电能，经模数转换器A/D转换，得到被控对象温度的数字信息；温控器的控制模块外接固态继电器(SolidStateRelay,SSR),能够经D/A转换器将设定温度的数字信号转换成电压信号，通过调节加热器元件的负载电压，实现控制温度的目的°PC与温控器的RS485串口通过RS232/485接口转换器相连，经RS232与RS485的电平转换，完成PC与温控器之间的数据传输。系统的上位机部分负责温度数据的处理和分析。它通过调

7、用内置于Matlab设备控制箱的serial类，操作RS232串口，用Modbus协议在温控器与PC串口之间进行实时通信。系统下位机的温控器参数设置可通过温控系统的GUI界面操作完成。对返回的温度数据，可充分利用Matlab的科学计算功能，进行分析和处理。2串行通信实现2.IMatlab串口通信Matlab软件的设备控制箱(InstrumentControlToolbox,ICT),提供了对RS232与RS485串口通信的正式支持。Matlab通过调用设备控制工具箱的serial类以及相关函数，来创建串口设备对象，得到设备的文件句柄，从而以操作文件的方

8、式实现对PC串行口的读写操作［9］。3MatlabGUI设计MatlabGUI主要通三个阶段来