3.3 数据采集与控制程序设计
3.3.1 模拟量输入
在编程之前，首先进入“Measurement & Automation”软件窗口参数设置对话框中的AI设置项，设置模拟信号输入时的量程为-10.0～+10.0V，输入方式采用“Referenced Single Ended”（单端有参考地输入），如图3-8所示。
以下是采用MATLAB编写的模拟电压输入参考程序。
① 在ai.m文件中，设置打开回调函数ai_OpeningFcn （），添加以下代码完成程序初始化的工作，具体代码如下。
function ai_OpeningFcn（hObject，eventdata，handles，varargin）
global num；
global data；
global p1；
global p4；
global p5；
global t；
p1=handles.axes1；
p4=handles.edit1；
p5=handles.edit2；
num=0；
%停止并删除已有的数据采集对象
openDAQ=daqfind；
for i=1：length（openDAQ），
stop（openDAQ（i））；
delete（openDAQ（i））；
end
handles.output=hObject；
axes（handles.axes1）；
xlabel（'时间（s）'）；ylabel（'电压（V）'）；
axis（[0 200 0 5]）；
set（gca，'yTick'，[0：0.5：5]，'YMinorTick'，'on'）；
set（gca，'xTick'，[0：20：200]，'XMinorTick'，'on'）；
axismAnual；
hold on； %保持图形
set（handles.pushbutton2，'Enable'，'off'）；
set（handles.pushbutton3，'Enable'，'off'）；
set（handles.pushbutton4，'Enable'，'off'）；
② 在ai.m文件中，分别在“板卡设置”、“间断采集”、“连续采集”、“关闭程序”按钮相应回调函数pushbutton1_Callback（）、pushbutton2_Callback（）、pushbutton3_Callback（）、pushbutton4_Callback（）中添加代码，分别实现板卡设置、间断、连续采集和关闭GUI窗口功能，具体代码如下。
function pushbutton1_Callback（hObject，eventdata，handles）%板卡设置
global t；
ai=analoginput（'nidaq'，1）； %创建数据采集卡模拟输入对象
ichan=addchannel（ai，1）； %添加1通道
set（ai，'InputType'，'SingleEnded'）； %设置单端输入
set（ai，'SampleRate'，500）； %设置采样率为500
%添加ai到handle中，是用handle.ai来访问ai
handles.ai=ai；
set（handles.pushbutton1，'Enable'，'off'）；
set（handles.pushbutton2，'Enable'，'on'）；
set（handles.pushbutton3，'Enable'，'on'）；
set（handles.pushbutton4，'Enable'，'on'）；
guidata（handles.figure1，handles）；
%启动数据采集对象
start（handles.ai）；
%创建时间对象t，每隔1s触发timerCallback函数事件
t=timer（'TimerFcn'，{@timerCallback，handles.ai}，'ExecutionMode'，'fixedRate'，'Period'，1，'StartDelay'，0）；
function pushbutton2_Callback（hObject，eventdata，handles）%间断采集
global num；
global data；
global t；
stop（t）；
num=num+1；
data（num）=getsample（handles.ai）；
set（handles.edit1，'String'，num）；
set（handles.edit2，'String'，sprintf（'%0.1f'，data（num）））；
draw（）；
alarm（）；
function pushbutton3_Callback（hObject，eventdata，handles）
%连续采集
global t；
start（t）；
function pushbutton4_Callback（hObject，eventdata，handles）
%关闭程序
delete（handles.figure1）； %关闭对话框
③ 右击GUI窗口空白处，选择“View Callbacks”子菜单中的“DeleteFcn”选项，系统自动将光标定位于ai.m文件中的回调函数figure1_DeleteFcn（）上，实现删除功能，具体代码如下。
function figure1_DeleteFcn（hObject，eventdata，handles）
global t；
%检查数据采集对象是否有效，有效则删除
if strcmp（get（handles.pushbutton4，'Enable'），'on'）
if isvalid（handles.ai）
stop（handles.ai）； %停止采集
delete（handles.ai）； %从数据采集引擎中删除
end
stop（t）；
delete（t）； %删除时间对象
end
clear all； %清除所有
④ 在ai.m文件中，添加时间对象t的timerCallback事件回调函数，实现定时数据采集和画图功能，具体代码如下。
function timerCallback（obj，event，hnd） global num； global data； global p4； global p5； num=num+1； data（num）=getsample（hnd）； set（p4，'String'，num）； set（p5，'String'，sprintf（'%0.1f'，data（num）））； draw（）；
⑤ 在ai.m文件中，添加函数draw（），实现采集数据的绘图功能，具体代码如下。
function draw（）
global num；
global data；
global p1；
tx=0：1：num-1；
plot（p1，tx，data，'-r'，'LineWidth'，2）；
%以下实现刷新功能
if num>200
p=get（p1，'Children'）；
delete（p）；
data=data（num）；
num=1；
end
程序设计、调试完毕，运行程序。
转动电位器旋钮，改变其输出电压（范围是0～5V），线路中AI指示灯亮度随之变化，同时，连续单击“间断采集”按钮或单击一次“连续采集”按钮，程序窗体中文本对象中的数字、图形控件中的曲线都将随电位器输出电压变化而变化。
程序运行界面如图3-17所示。
图3-17 程序运行界面
3.3.2 数字量输入
以下是采用MATLAB编写的数字量输入参考程序。
① 在di.m文件中，设置打开回调函数di_OpeningFcn （），添加如下代码完成程序初始化的工作，具体代码如下。
function di_OpeningFcn（hObject，eventdata，handles，varargin）
global num；
global bz；
global p1；
global p2；
num=0；
bz=1；
p1=handles.axes1；
p2=handles.edit1；
%停止并删除已有的数据采集对象
openDAQ=daqfind；
for i=1：length（openDAQ），
stop（openDAQ（i））；
delete（openDAQ（i））；
end
plot（1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'g'，'MarkerSize'，52）；%鲜绿色报警灯
axis off； %关闭坐标轴
hold on；
handles.dio=digitalio（'nidaq'，1）； %创建数字量输入/输出对象
set（handles.dio，'TimerPeriod'，0.5）； %数字输入扫描时段（s）
addline（handles.dio，5，'in'）； %配置数字量输入端通道为5通道
guidata（hObject，handles）；
global t；
%创建时间对象t，每隔0.5 s触发timerCallback函数事件
t=timer（'TimerFcn'，{@timerCallback，handles.dio}，'ExecutionMode'，
'fixedRate'，'Period'，0.5，'StartDelay'，0）；
start（t）；
② 在di.m文件中，在“关闭”按钮相应回调函数pushbutton1_Callback（）中添加代码，实现关闭GUI窗口功能，具体代码如下。
function pushbutton1_Callback（hObject，eventdata，handles）%关闭程序 delete（handles.figure1）； %关闭对话框
③ 右击GUI窗口空白处，选择“View Callbacks”子菜单中的“DeleteFcn”选项，系统自动将光标定位于di.m文件中的回调函数figure1_DeleteFcn（）上，实现删除功能，具体代码如下。
function figure1_DeleteFcn（hObject，eventdata，handles） global t； stop（t）； %停止时间对象 delete（t）； %删除时间对象 delete（handles.dio）； %删除数字输入量 clear all；
④ 在di.m文件中，添加时间对象t的timerCallback事件回调函数，实现周期检测数字量端口状态，并有报警功能，具体代码如下。
function timerCallback（obj，event，hnd）
global num；
global bz；
global p1；
global p2；
val=getvalue（hnd）；
%数字量输入5通道
if val==1
plot（p1，1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'g'，'MarkerSize'，52）； %鲜绿色报警灯
else
plot（p1，1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'r'，'MarkerSize'，52）； %红色报警灯
end
%数字量输入5通道
if val==0 & bz==1
num=num+1；
set（p2，'String'，num）；
bz=2；
end
if val==1
bz=1；
end
程序设计、调试完毕，运行程序。
用任何反光物体遮挡/离开“光电接近开关”，线路中DI指示灯2亮/灭，程序画面中开关计数器文本中的数字从1开始累加。
程序运行界面如图3-18所示。
3.3.3 数字量输出
以下是采用MATLAB编写的数字量输出参考程序。
① 在do.m文件中，设置打开回调函数do_OpeningFcn （），添加如下代码完成程序初始化的工作，具体代码如下。
function do_OpeningFcn（hObject，eventdata，handles，varargin） global num1； %打开次数 global num2； %关闭次数 global zt； %开关状态 num1=0； num2=0； zt=2； %停止并删除已有的数据采集对象 openDAQ=daqfind； for i=1：length（openDAQ）， stop（openDAQ（i））； delete（openDAQ（i））； end plot（1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'g'，'MarkerSize'，50）；%鲜绿色报警灯 axis off； %关闭坐标轴 hold on； handles.dio=digitalio（'nidaq'，1）； %创建数字量输入/输出对象 addline（handles.dio，0，'out'）； %配置数字量输出端0通道
② 在do.m文件中，分别在“打开指示灯”、“关闭指示灯”、“关闭程序”按钮相应回调函数pushbutton1_Callback（）、pushbutton2_Callback（）、pushbutton3_Callback（）中添加代码，分别实现打开指示灯、关闭指示灯和关闭GUI窗口功能，具体代码如下。
function pushbutton1_Callback（hObject，eventdata，handles） %打开指示灯
global num1；
global zt； %开关状态
if zt==2
putvalue（handles.dio，1 %置0通道状态为1，即打开指示灯
plot（handles.axes1，1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'r'，'MarkerSize'，50）；
%红色报警灯
num1=num1+1；
set（handles.edit1，'String'，num1）；
zt=1；
end
function pushbutton2_Callback（hObject，eventdata，handles） %关闭指示灯global num2；
global zt； %开关状态
if zt==1
plot（handles.axes1，1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'g'，'MarkerSize'，50）；
%鲜绿色报警灯关闭指示灯
num2=num2+1；
set（handles.edit2，'String'，num2）；
zt=2；
end
function pushbutton3_Callback（hObject，eventdata，handles） %关闭程序
delete（handles.figure1）； %关闭对话框
③ 右击GUI窗口空白处，选择“View Callbacks”子菜单中的“DeleteFcn”选项，系统自动将光标定位于do.m文件中的回调函数figure1_DeleteFcn（）上，实现删除功能，具体代码如下。
function figure1_DeleteFcn（hObject，eventdata，handles） delete（handles.dio）； %删除handles.dio对象 clear all；
程序设计、调试完毕，运行程序。
单击“打开指示灯”按钮，程序界面中指示灯颜色变为红色，打开次数加1；同时，线路中DO指示灯亮。
单击“关闭指示灯”按钮，程序界面中指示灯颜色变为绿色，关闭次数加1；同时，线路中DO指示灯灭。
程序运行界面如图3-19所示。
图3-18 程序运行界面
图3-19 程序运行界面
3.3.4 温度测控
以下是采用MATLAB编写的温度测控参考程序。
① 在ai_do.m文件中，设置打开回调函数ai_do_OpeningFcn （），添加以下代码完成程序初始化的工作，具体代码如下。
function ai_do_OpeningFcn（hObject，eventdata，handles，varargin）
global num； %采集数据的个数
global data； %采集数据
global mindata； %下限温度报警值
globalmAxdata； %上限温度报警值
global drawtype； %绘图类型选择
global p1；
global p2；
global p3；
global q1；
global q2；
global q3；
global q4；
global r1；
global r2；
global m；
num=0；
p1=handles.axes1；
p2=handles.axes2；
p3=handles.axes3；
q1=handles.edit1；
q2=handles.edit2；
q3=handles.edit3；
q4=handles.edit4；
r1=handles.activex1；
%停止并删除已有的数据采集对象
openDAQ=daqfind；
for i=1：length（openDAQ），
stop（openDAQ（i））；
delete（openDAQ（i））；
end
%设置模拟输入对象
handles.ai=analoginput（'nidaq'，1）； %创建数据采集卡模拟输入对象ichan=addchannel（handles.ai，1）； %添加通道1
set（handles.ai，'InputType'，'SingleEnded'）； %设置单端输入
set（handles.ai，'SampleRate'，500）； %设置采样率为500
m=handles.ai；
%设置数字输出对象
handles.dio=digitalio（'nidaq'，1）； %创建数字量输入/输出对象
addline（handles.dio，1：2，'out'）； %配置数字量输出端1和通道2
r2=handles.dio；
drawtype=1；
mindata=20；
maxdata=30；
set（handles.edit5，'String'，mindata）；
set（handles.edit6，'String'，maxdata）；
axes（handles.axes1）；
xlabel（'时间（s）'）；ylabel（'温度（℃）'）；
axis（[0 200 0 50]）；
set（gca，'yTick'，[0：5：50]，'YMinorTick'，'on'）；
set（gca，'xTick'，[0：20：200]，'XMinorTick'，'on'）；
axismAnual；
hold on； %保持图形
axes（handles.axes2）；
plot（1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'g'，'MarkerSize'，32）； %鲜绿色报警灯
axis off； %关闭坐标轴
hold on；
axes（handles.axes3）；
plot（1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'g'，'MarkerSize'，32）； %鲜绿色报警灯
axis off； %关闭坐标轴
hold on；
tabinit（）；
guidata（hObject，handles）；
global t；
%创建时间对象t，每隔0.5 s触发timerCallback函数事件
t=timer（'TimerFcn'，{@timerCallback，handles.ai}，'ExecutionMode'，'
fixedRate '，'Period'，1，'StartDelay'，0）；
start（handles.ai）； %启动输入对象
start（handles.dio）； %启动输出对象
start（t）； %启动时间计时
② 在ai_do.m文件中，分别在“绘制曲线”、“绘制散点图”、“保存数据”、“打开文件”、“关闭程序”按钮相应回调函数pushbutton1_Callback（）、pushbutton2_Callback（）、pushbutton3_Callback（）、pushbutton4_Callback（）、pushbutton5_Callback（）中添加代码，分别实现绘制曲线、绘制散点图、保存数据、打开文件和关闭GUI窗口功能，具体代码如下。
function pushbutton1_Callback（hObject，eventdata，handles）
%连续采集数据，绘制曲线图
global drawtype；
drawtype=1；
function pushbutton2_Callback（hObject，eventdata，handles）
%连续采集数据，绘制散点图
global drawtype；
drawtype=2；
function pushbutton3_Callback（hObject，eventdata，handles） %保存文件
global num；
global data；
[filename，pathname]=uiputfile（ ...
{ '*.txt'，'TEXT-files （*.txt）'； ...
'*.c'，'C-Files （*.c）'； ...
'*.cpp'，'C++-Files （*.cpp）'； ...
'*.m'，'M-Files （*.m）'； ...
'*.*'，'All Files （*.*）'}，...
'保存为'）；
if isequal（[filename，pathname]，[0，0]）
return；
else
handles.filePath=fullfile（pathname，filename）；
fid=fopen（handles.filePath，'w'）；
str=data；
fprintf（fid，'%0.1f '，str）；
fclose（fid）；
end
guidata（hObject，handles）；
function pushbutton4_Callback（hObject，eventdata，handles） %打开文件
global num；
global data；
global t；
stop（t）；
tabinit（）；
[filename，pathname]=uigetfile（ ...
{'*.txt；*.c；*.cpp；*.m'，'TEXT Files （*.txt，*.c，*.cpp，*.m）'；...
'*.txt'，'TEXT-files （*.txt）'； ...
'*.c'，'C-Files （*.c）'； ...
'*.cpp'，'C++-Files （*.cpp）'； ...
'*.m'，'M-Files （*.m）'； ...
'*.*'，'All Files （*.*）'}，...
'打开'）；
if isequal（[filename，pathname]，[0，0]）
start（t）；
return；
else
handles.filePath=fullfile（pathname，filename）；
fid=fopen（handles.filePath，'r'）；
str=fread（fid，'*char'）；
str=str'；
data=str2num（str）；
fclose（fid）； %关闭文件
num=length（data）；
handles.activex1.Col=1；
for i=1：1：num
handles.activex1.Row=i；
handles.activex1.Text=sprintf（' %0.1f'，data（i））；
end
%计算平均值、最大值和最小值
averd=mean（data）；
set（handles.edit2，'String'，sprintf（'%0.1f'，averd））；
mind=min（data）；
set（handles.edit3，'String'，sprintf（'%0.1f'，mind））；
maxd=max（data）；
set（handles.edit4，'String'，sprintf（'%0.1f'，maxd））；
draw（）；
start（t）；
end
function pushbutton5_Callback（hObject，eventdata，handles） %关闭程序
delete（handles.figure1）； %关闭对话框
③ 在ai_do.m文件中，分别在edit5、edit6编辑框控件相应回调函数edit5_Callback（）、edit6_Callback（）中添加代码，实现设置上、下限温度报警值功能，具体代码如下。
function edit5_Callback（hObject，eventdata，handles）
%改变下限报警灯的值
globalmAxdata；
global mindata；
mindata1=str2num（get（hObject，'String'））；
if mindata1>=maxdata
warndlg（'设定的上限温度不能比下限温度小，请重新设置！'，'注意！！！'）；
set（hObject，'String'，mindata）；
else
mindata=mindata1；
end
function edit6_Callback（hObject，eventdata，handles）
%改变上限报警灯的值
globalmAxdata；
global mindata；
maxdata1=str2num（get（hObject，'String'））； %字符串转数字
if maxdata1<=mindata
warndlg（'设定的上限温度不能比下限温度小，请重新设置！'，'注意！！！'）； set（hObject，'String'，maxdata）；
else
maxdata=maxdata1；
end
④ 右击GUI窗口空白处，选择“View Callbacks”子菜单中的“DeleteFcn”选项，系统自动将光标定位于ai_do.m文件中的回调函数figure1_DeleteFcn（）上，实现删除功能，具体代码如下。
function figure1_DeleteFcn（hObject，eventdata，handles） global t； stop（t）； delete（t）； %删除时间对象 putvalue（handles.dio，[0 0]）； stop（handles.ai）； %停止handles.ai对象 stop（handles.dio）； %停止handles.dio对象 delete（handles.ai）； %删除handles.ai对象 delete（handles.dio）； %删除handles.dio对象 clear all； %清除所有
⑤ 在ai_do.m文件中，添加时间对象t的timerCallback事件回调函数，实现定时数采集据并进行实时控制、计算、画图等功能，具体代码如下。
function timerCallback（obj，event，hnd） global num； global data； global q1； global q2； global q3； global q4； global r1； num=num+1； u=getsample（hnd）； %获取AI1通道数据（电压值） data（num）=（u-1）*50； r1.Col=1； r1.Row=num； r1.Text=sprintf（' %0.1f'，data（num））；； set（q1，'String'，sprintf（'%0.1f'，data（num）））； %计算平均值、最大值和最小值 averd=mean（data）； set（q2，'String'，sprintf（'%0.1f'，averd））； mind=min（data）； set（q3，'String'，sprintf（'%0.1f'，mind））； maxd=max（data）； set（q4，'String'，sprintf（'%0.1f'，maxd））； alarm（）； draw（）；
⑥ 在ai_do.m文件中，添加函数tabinit（）、draw（）和alarm（），分别实现数据表格初始化、采集数据的绘图和超限报警指示灯功能，具体代码如下。
%数据表格初始化
function tabinit（）
global r1；
r1.Cols=2；
r1.Rows=201；
r1.Col=0；
for i=1：1：200
r1.Row=i；
r1.Text=num2str（i）；
end
r1.Row=0；
r1.Col=0；
r1.Text='序号'；
r1.Col=1；
r1.Text='温度值'；
r1.TopRow=1； %置在第一页
r1.LeftCol=1；
function draw（） %画连续曲线/间断散点图
global num；
global data；
global drawtype；
global p1；
global r1；
if drawtype==1
cla（p1）；
tx=0：1：num-1；
plot（p1，tx，data，'-r'，'LineWidth'，2）；
end
if drawtype==2
cla（p1）；
plot（p1，data，'-ro'，'MarkerSize'，2）；
end
if num>=200
p=get（p1，'Children'）；
delete（p）；
data=data（num）；
r1.Clear；
tabinit（）；
num=0；
end
function alarm（） %报警
global num；
global data；
global mindata；
globalmAxdata；
global p2；
global p3；
global r2；
if data（num）<=mindata
putvalue（r2，[1 0]）； %置1：2通道值为[1 0]
plot（p2，1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'r'，'MarkerSize'，32）；
elseif data（num）<maxdata
putvalue（r2，[0 0]）； %置1：2通道值为[0 0]
plot（p2，1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'g'，'MarkerSize'，32）；
plot（p3，1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'g'，'MarkerSize'，32）；
else
putvalue（r2，[0 1]）； %置1：2通道值为[0 1]
plot（p3，1，1，'-o'，'MarkerFaceColor'，'r'，'MarkerSize'，32）；
end
程序设计、调试完毕，运行程序。
① 单击“绘曲线图”按钮，开始采集温度测量值并绘制连续的曲线图；单击“绘散点图”按钮，开始采集温度测量值并绘制间断的散点图。
② 当测量温度小于设定的下限温度值时，程序中下限指示灯改变颜色，相应线路中的DO指示灯1亮；当测量温度值大于设定的上限温度值时，程序中上限指示灯改变颜色，相应线路中的DO指示灯2亮。
③ 在报警指示区，可以改变下限、上限温度值：在下限指示文本框输入新的下限报警值，按回车键确认；在上限指示文本框输入新的上限报警值，按回车键确认。
④ 单击“保存数据”按钮，出现“另存为”对话框，指定路径，输入文件名，将采集的温度值保存到指定的文本文件中。
⑤ 单击“打开文件”按钮，出现“打开”对话框，选中文件名，打开文件，文件中的数据显示在表格中，并绘制曲线。
程序运行界面如图3-20所示。
图3-20 程序运行界面