本章节主要为大家讲解Matlab的WIFI方式波形数据传输和后期数据分析功能,非常实用。
10.1 初学者重要提示
10.2 程序设计框架
10.3 实验操作步骤
10.4 下位机STM32F4程序设计
10.5 上位机Matlab程序设计
10.6 实验例程说明(MDK)
10.7 实验例程说明(IAR)
10.8 总结
1、 测试本章节例程注意事项。
2、 测试使用前,务必优先看本章第3小节。
WIFI模块用的ESP8266,串口通信方式。Matlab端是作为TCP客户端,而WIFI模块是作为TCP服务器。上位机和下位机的程序设计框架如下:
由于要用到WIFI模块,非常有必要把实验操作步骤说一下,主要是考虑到一些用户没有用过WIFI。
注意:务必要保证WIFI模块和电脑在同一个局域网内。
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。
注:注意截图里面的注释说明。
特别注意自己用的WIFI热点是否在识别出来的WIFI列表里面。
本章配套程序的main.c文件有如下一段代码:
case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下, 加入某个WIFI 网络*/
g_TCPServerOk = 0;
ret = ESP8266_JoinAP("Netcore_7378CB", "512464265", 15000);
if(ret == 1)
{
printf("\r\nJoinAP Success\r\n");
}
else
{
printf("\r\nJoinAP fail\r\n");
}
break;
Netcore_7378CB是热点名,而512464265是密码。需要大家根据自己的情况设置。
加入一次即可,以后上电会自动加入。
这个IP地址要记住,因为Matlab上位机要使用。
当前从WIFI热点获取的IP是192.168.1.5。
打印CreateTCP Success的话,表示创建成功:
这里只是设置一下状态标志,方便进入Matlab通信程序:
将第5步获取的IP地址填写到上位机程序:
%**********************************************************************************************************
%连接远程服务器,IP地址192.168.1.5,端口号1001。
t = tcpclient('192.168.1.5', 1001);
M文件的程序代码在例子V5-205_Matlab的WIFI波形刷新和数据分析m文件里面。M文件的运行方法在第4章的4.2小节有详细说明。
注意,测试程序时,先将板子上电,也就是先把服务器创建好,然后运行matlab程序。
STM32F4端的程序设计思路。
数据格式比较简单,创建了5个uint16_t类型的数据:
uint16_t SendDATA[5];
Matlab发送同步信号$(ASCII编码值是36)给开发板。
int main(void)
{
/* 省略未写,仅留下关键代码 */
/* 进入主程序循环体 */
while (1)
{
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
if (g_TCPServerOk == 1)
{
cmd_len = ESP8266_RxNew(cmd_buf, &tcpid);
if(cmd_len >0)
{
printf("\r\n接收到数据长度 = %d\r\n远程ID =%d\r\n数据内容=%s\r\n",
cmd_len, tcpid, cmd_buf);
/* 检索matlab发送过来的同步帧字符$,对应的ASCII数值是36 */
if(strchr((char *)cmd_buf, 36))
{
/* 回复同步帧$ */
ESP8266_SendTcpUdp(tcpid, (uint8_t *)&SyncData, 1);
bsp_DelayMS(10);
SendDATA[0] = rand()%65536;
SendDATA[1] = rand()%65536;
SendDATA[2] = rand()%65536;
SendDATA[3] = rand()%65536;
SendDATA[4] = rand()%65536;
/* 发送数据,10个字节 */
ESP8266_SendTcpUdp(tcpid, (uint8_t *)SendDATA, 10);
printf("找到了相应的字符串\r\n");
}
else
{
printf("没有找到了相应的字符串\r\n");
}
}
}
}
}
通过函数ESP8266_RxNew获取串口接收到的数据,如果数值是36(对应的ASCII字符是$),说明接收到Matlab发送过来的同步信号了。然后再通过函数ESP8266_SendTcpUdp回应一个同步字符$。
回复完毕后,迟了10ms再发数据给matlab,主要是因为matlab的波形刷新有点快,程序这里每发送给matlab一次数据,matlab就会刷新一次,10ms就相当于100Hz的刷新率,也会有一定的闪烁感。
通过这两步就完成了STM32H7端的程序设计。
Matlab端的程序设计要略复杂些,需要大家理解matlab端的API。具体说明可以看如下地址:
http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=94598 。
下面操作是配置TCP客户端连接服务器:
%*********************************************************************************************************
%连接远程服务器,IP地址192.168.1.5,端口号1001。
t = tcpclient('192.168.1.5', 1001);
务必要根据本章3.5小节获取的IP地址进行配置。
程序里面对这些变量的注释已经比较详细:
AxisMax = 65536; %坐标轴最大值
AxisMin = -65536; %坐标轴最小值
window_width = 800; %窗口宽度
g_Count =0; %接收到的数据计数
SOF = 0; %同步帧标志
AxisValue = 1; %坐标值
RecDataDisp = zeros(1,100000); %开辟100000个数据单元,用于存储接收到的数据。
RecData = zeros(1,100); %开辟100个数据单元,用于数据处理。
Axis = zeros(1,100000); %开辟100000个数据单元,用于X轴。
window = window_width * (-0.9); %窗口X轴起始坐标
axis([window, window + window_width, AxisMin, AxisMax]); %设置窗口坐标范围
%子图1显示串口上传的数据
subplot(2,1,1);
grid on;
title('串口数据接收');
xlabel('时间');
ylabel('数据');
%子图2显示波形的幅频响应
subplot(2,1,2);
grid on;
title( 'FFT');
xlabel( '频率');
ylabel( '幅度');
Fs = 100; % 采样率
N = 50; % 采样点数
n = 0:N-1; % 采样序列
f = n * Fs / N; %真实的频率
这里有以下几点需要大家了解:
这几个变量专门开辟好了数据空间,防止matlab警告和刷新波形慢的问题,大家根据需要可以进行加大。
这个地方要根据实际的情况进行设置。
这部分代码比较关键,matlab先发送同步信号$出去,然后等待开发板回复同步信号$,并读取本次通信的数据。
%设置同步信号标志, = 1表示接收到下位机发送的同步帧
SOF = 0;
%发送同步帧,36对应字符'$'
data(1) = 36;
write(t, data(1));
%读取返回值
RecData = read(t,1,'uint8');
%如果检索到$,读取10个字节的数据,也就是5个uint16的数据
if(RecData == 36)
RecData = read(t, 5, 'uint16');
SOF =1;
StartData = 0;
end
这里有以下几点需要大家了解:
用于发送同步信号$(ASCII值是36)。
读取1个uint8类型的数据,也就是1个字节。
检查接收到的数据是否是同步信号$。如果是$,继续读取10个字节的数据,也就是5个uint16的数据。
下面matlab的数据显示波形
%更新接收到的数据波形
if(SOF == 1)
%更新数据
RecDataDisp(AxisValue) = RecData(1);
RecDataDisp(AxisValue + 1) = RecData(2);
RecDataDisp(AxisValue + 2) = RecData(3);
RecDataDisp(AxisValue + 3) = RecData(4);
RecDataDisp(AxisValue + 4) = RecData(5);
%更新X轴
Axis(AxisValue) = AxisValue;
Axis(AxisValue + 1) = AxisValue + 1;
Axis(AxisValue + 2) = AxisValue + 2;
Axis(AxisValue + 3) = AxisValue + 3;
Axis(AxisValue + 4) = AxisValue + 4;
%更新变量
AxisValue = AxisValue + 5;
g_Count = g_Count + 5;
%绘制波形
subplot(2,1,1);
plot(Axis(1:AxisValue-1), RecDataDisp(1:AxisValue-1), 'r');
window = window + 5;
axis([window, window + window_width, AxisMin, AxisMax]);
grid on;
title('串口数据接收');
xlabel('时间');
ylabel('数据');
drawnow
end
这里有以下几点需要大家了解:
这里要尤其注意,matlab的数组索引是从1开始的,也是开头直接定义AxisValue = 1的原因。
这里plot的实现尤其重要,务必要注意坐标点和数值个数要匹配。
FFT部分会在在后面章节为大家详细讲解,这里也做个说明,这里是每接收够50个数据,做一次FFT:
if(g_Count== 50)
subplot(2,1,2);
%对原始信号做 FFT 变换
y = fft(RecDataDisp(AxisValue-50:AxisValue-1), 50);
%求 FFT 转换结果的模值
Mag = abs(y)*2/N;
%绘制幅频相应曲线
plot(f, Mag, 'r');
grid on;
title( 'FFT');
xlabel( '频率');
ylabel( '幅度');
g_Count = 0;
drawnow
end
配套例子:
V5-204_Matlab的WIFI通信实现
实验目的:
实验内容:
使用AC6注意事项
特别注意附件章节C的问题。
上电后串口打印的信息:
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1
Matlab的上位机效果:
程序设计:
系统栈大小分配:
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形 参:无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/*
STM32F407 HAL 库初始化,此时系统用的还是F407自带的16MHz,HSI时钟:
- 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
- 设置NVIV优先级分组为4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系统时钟到168MHz
- 切换使用HSE。
- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder:
- 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
- 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V5开发板用户手册第8章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitKey(); /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
bsp_InitESP8266(); /* 配置ESP8266模块相关的资源 */
}
主功能:
主程序实现如下操作:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形 参:无
* 返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */
uint8_t ucValue;
uint8_t ret;
uint8_t SyncData = 36;
uint16_t SendDATA[5];
bsp_Init(); /* 硬件初始化 */
PrintfLogo(); /* 打印例程信息到串口1 */
PrintfHelp(); /* 打印操作提示信息 */
/* 模块上电 */
printf("\r\n【1】正在给ESP8266模块上电...(波特率: 74880bsp)\r\n");
ESP8266_PowerOn();
printf("\r\n【2】上电完成。波特率: 115200bsp\r\n");
/* 检测模块波特率是否为115200 */
ESP8266_SendAT("AT");
if (ESP8266_WaitResponse("OK", 50) == 1)
{
printf("\r\n【3】模块应答AT成功\r\n");
bsp_DelayMS(1000);
}
else
{
printf("\r\n【3】模块无应答, 请按K3键修改模块的波特率为115200\r\n");
bsp_DelayMS(1000);
}
g_TCPServerOk = 0;
bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
/* 进入主程序循环体 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
/* 进入Matlab通信状态执行下面程序 */
if (g_TCPServerOk == 1)
{
cmd_len = ESP8266_RxNew(cmd_buf, &tcpid);
if(cmd_len >0)
{
printf("\r\n接收到数据长度 = %d\r\n远程ID =%d\r\n数据内容=%s\r\n",
cmd_len, tcpid, cmd_buf);
/* 检索matlab发送过来的同步帧字符$,对应的ASCII数值是36 */
if(strchr((char *)cmd_buf, 36))
{
/* 回复同步帧$ */
ESP8266_SendTcpUdp(tcpid, (uint8_t *)&SyncData, 1);
bsp_DelayMS(10);
SendDATA[0] = rand()%65536;
SendDATA[1] = rand()%65536;
SendDATA[2] = rand()%65536;
SendDATA[3] = rand()%65536;
SendDATA[4] = rand()%65536;
/* 发送数据,10个字节 */
ESP8266_SendTcpUdp(tcpid, (uint8_t *)SendDATA, 10);
printf("找到了相应的字符串\r\n");
}
else
{
printf("没有找到了相应的字符串\r\n");
}
}
}
/* 未进入Matlab通信状态执行下面程序 */
else
{
/* 从WIFI收到的数据发送到串口1 */
if (comGetChar(COM_ESP8266, &ucValue))
{
comSendChar(COM1, ucValue);
}
/* 将串口1的数据发送到8266模块 */
if (comGetChar(COM1, &ucValue))
{
comSendChar(COM_ESP8266, ucValue);
}
}
ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下,列举当前的WIFI热点 */
g_TCPServerOk = 0;
ESP8266_SendAT("AT+CWLAP");
break;
case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下, 加入某个WIFI 网络*/
g_TCPServerOk = 0;
//ESP8266_SendAT("AT+CWJAP=\"Netcore_7378CB\",\"512464265\"");
ret = ESP8266_JoinAP("Netcore_7378CB", "512464265", 15000);
if(ret == 1)
{
printf("\r\nJoinAP Success\r\n");
}
else
{
printf("\r\nJoinAP fail\r\n");
}
break;
case KEY_DOWN_K3: /* K3键-9600波特率切换到115200 */
g_TCPServerOk = 0;
ESP8266_9600to115200();
break;
case JOY_DOWN_U: /* 摇杆上键, AT+CIFSR获取本地IP地址 */
g_TCPServerOk = 0;
ESP8266_SendAT("AT+CIFSR");
break;
case JOY_DOWN_D: /* 摇杆下键 AT+CIPSTATUS获得IP连接状态 */
g_TCPServerOk = 0;
ESP8266_SendAT("AT+CIPSTATUS");
break;
case JOY_DOWN_L: /* 摇杆左键按下,创建TCP服务器 */
g_TCPServerOk = 0;
ret = ESP8266_CreateTCPServer(1001);
if(ret == 1)
{
printf("\r\nCreateTCP Success\r\n");
}
else
{
printf("\r\nCreateTCP fail\r\n");
}
break;
case JOY_DOWN_R: /* 摇杆右键按下,进入Maltab数据通信状态 */
g_TCPServerOk = 1;
printf("\r\n 进入Maltab数据通信状态 \r\n");
break;
case JOY_DOWN_OK: /* 摇杆OK键按下,创建WIFI热点 */
g_TCPServerOk = 0;
#if 0
ESP8266_SendAT("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"WWW.ARMFLY.COM\",80");
#endif
#if 0
{
char ip[20], mac[32];
ESP8266_GetLocalIP(ip, mac);
printf("ip=%s, mac=%s\r\n", ip, mac);
}
#endif
#if 1
ESP8266_SetWiFiMode(3);
ESP8266_SendAT("AT+CWSAP=\"ESP8266\",\"1234567890\",1,3");
#endif
break;
default:
/* 其他的键值不处理 */
break;
}
}
}
}
配套例子:
V5-204_Matlab的WIFI通信实现
实验目的:
实验内容:
使用AC6注意事项
特别注意附件章节C的问题。
上电后串口打印的信息:
波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1
Matlab的上位机效果:
程序设计:
系统栈大小分配:
硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: bsp_Init
* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
* 形 参:无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
/*
STM32F407 HAL 库初始化,此时系统用的还是F407自带的16MHz,HSI时钟:
- 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
- 设置NVIV优先级分组为4。
*/
HAL_Init();
/*
配置系统时钟到168MHz
- 切换使用HSE。
- 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
*/
SystemClock_Config();
/*
Event Recorder:
- 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
- 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V5开发板用户手册第8章
*/
#if Enable_EventRecorder == 1
/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();
#endif
bsp_InitKey(); /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
bsp_InitTimer(); /* 初始化滴答定时器 */
bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */
bsp_InitLed(); /* 初始化LED */
bsp_InitESP8266(); /* 配置ESP8266模块相关的资源 */
}
主功能:
主程序实现如下操作:
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形 参:无
* 返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */
uint8_t ucValue;
uint8_t ret;
uint8_t SyncData = 36;
uint16_t SendDATA[5];
bsp_Init(); /* 硬件初始化 */
PrintfLogo(); /* 打印例程信息到串口1 */
PrintfHelp(); /* 打印操作提示信息 */
/* 模块上电 */
printf("\r\n【1】正在给ESP8266模块上电...(波特率: 74880bsp)\r\n");
ESP8266_PowerOn();
printf("\r\n【2】上电完成。波特率: 115200bsp\r\n");
/* 检测模块波特率是否为115200 */
ESP8266_SendAT("AT");
if (ESP8266_WaitResponse("OK", 50) == 1)
{
printf("\r\n【3】模块应答AT成功\r\n");
bsp_DelayMS(1000);
}
else
{
printf("\r\n【3】模块无应答, 请按K3键修改模块的波特率为115200\r\n");
bsp_DelayMS(1000);
}
g_TCPServerOk = 0;
bsp_StartAutoTimer(0, 100); /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
/* 进入主程序循环体 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */
/* 判断定时器超时时间 */
if (bsp_CheckTimer(0))
{
/* 每隔100ms 进来一次 */
bsp_LedToggle(2);
}
/* 进入Matlab通信状态执行下面程序 */
if (g_TCPServerOk == 1)
{
cmd_len = ESP8266_RxNew(cmd_buf, &tcpid);
if(cmd_len >0)
{
printf("\r\n接收到数据长度 = %d\r\n远程ID =%d\r\n数据内容=%s\r\n",
cmd_len, tcpid, cmd_buf);
/* 检索matlab发送过来的同步帧字符$,对应的ASCII数值是36 */
if(strchr((char *)cmd_buf, 36))
{
/* 回复同步帧$ */
ESP8266_SendTcpUdp(tcpid, (uint8_t *)&SyncData, 1);
bsp_DelayMS(10);
SendDATA[0] = rand()%65536;
SendDATA[1] = rand()%65536;
SendDATA[2] = rand()%65536;
SendDATA[3] = rand()%65536;
SendDATA[4] = rand()%65536;
/* 发送数据,10个字节 */
ESP8266_SendTcpUdp(tcpid, (uint8_t *)SendDATA, 10);
printf("找到了相应的字符串\r\n");
}
else
{
printf("没有找到了相应的字符串\r\n");
}
}
}
/* 未进入Matlab通信状态执行下面程序 */
else
{
/* 从WIFI收到的数据发送到串口1 */
if (comGetChar(COM_ESP8266, &ucValue))
{
comSendChar(COM1, ucValue);
}
/* 将串口1的数据发送到8266模块 */
if (comGetChar(COM1, &ucValue))
{
comSendChar(COM_ESP8266, ucValue);
}
}
ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
if (ucKeyCode != KEY_NONE)
{
switch (ucKeyCode)
{
case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下,列举当前的WIFI热点 */
g_TCPServerOk = 0;
ESP8266_SendAT("AT+CWLAP");
break;
case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下, 加入某个WIFI 网络*/
g_TCPServerOk = 0;
//ESP8266_SendAT("AT+CWJAP=\"Netcore_7378CB\",\"512464265\"");
ret = ESP8266_JoinAP("Netcore_7378CB", "512464265", 15000);
if(ret == 1)
{
printf("\r\nJoinAP Success\r\n");
}
else
{
printf("\r\nJoinAP fail\r\n");
}
break;
case KEY_DOWN_K3: /* K3键-9600波特率切换到115200 */
g_TCPServerOk = 0;
ESP8266_9600to115200();
break;
case JOY_DOWN_U: /* 摇杆上键, AT+CIFSR获取本地IP地址 */
g_TCPServerOk = 0;
ESP8266_SendAT("AT+CIFSR");
break;
case JOY_DOWN_D: /* 摇杆下键 AT+CIPSTATUS获得IP连接状态 */
g_TCPServerOk = 0;
ESP8266_SendAT("AT+CIPSTATUS");
break;
case JOY_DOWN_L: /* 摇杆左键按下,创建TCP服务器 */
g_TCPServerOk = 0;
ret = ESP8266_CreateTCPServer(1001);
if(ret == 1)
{
printf("\r\nCreateTCP Success\r\n");
}
else
{
printf("\r\nCreateTCP fail\r\n");
}
break;
case JOY_DOWN_R: /* 摇杆右键按下,进入Maltab数据通信状态 */
g_TCPServerOk = 1;
printf("\r\n 进入Maltab数据通信状态 \r\n");
break;
case JOY_DOWN_OK: /* 摇杆OK键按下,创建WIFI热点 */
g_TCPServerOk = 0;
#if 0
ESP8266_SendAT("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"WWW.ARMFLY.COM\",80");
#endif
#if 0
{
char ip[20], mac[32];
ESP8266_GetLocalIP(ip, mac);
printf("ip=%s, mac=%s\r\n", ip, mac);
}
#endif
#if 1
ESP8266_SetWiFiMode(3);
ESP8266_SendAT("AT+CWSAP=\"ESP8266\",\"1234567890\",1,3");
#endif
break;
default:
/* 其他的键值不处理 */
break;
}
}
}
}
本章讲解的例程非常实用,建议大家熟练掌握。