Родунер Д.Д.
АНАЛИЗ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ С МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СРЕДСТВАМИ MATLAB *
Аннотация:
в научной статье рассмотрен процесс визуализации данных, полученных с различных датчиков, а именно с микроконтроллеров, с помощью средств программного обеспечения Matlab, проанализированы принципы работы микроконтроллеров рассмотрены среды реализации микроконтроллеров, изучены библиотеки Matlab, данная научная статья поможет разобраться в способах визуализации данных, а также проводить анализ измерений.
Ключевые слова:
микроконтроллер, измерение, визуализация, считывание, Матлаб
На сегодняшний день существуют множество программных пакетов для реализации научных расчетов инженерных задач, моделирования результатов исследований, которые разделяют следующим образом: Языки программирования высокого уровня, математические библиотеки (С, С++, Python и другие), системы символьного моделирования (Matlab, GNU Octave, Scilab и другие). Пакеты физического моделирования (Matlab, GNU Octave, Scilab и другие). Рассмотрим достоинства и недостатки существующих средств моделирования для реализации научных расчетов инженерных задач на примере Matlab. Matlab является вычислительной средой, также языком программирования. На сегодняшний день Matlab, который является программным продуктом со своим встроенным языком программирования и поддерживается компанией «The MathWorks», позволяет достаточно просто осуществлять манипуляцию матрицами, составлять графики функций, данных, реализовывать алгоритмы, создавать пользовательские интерфейсы, взаимодействовать с программами на других языках. Несмотря на то, что Matlab является только символьным программным продуктом, его дополнительный набор инструментов использует символический движок MuPAD, который позволяет получить доступ к возможностям компьютерной алгебры. Также дополнительный пакет Simulink добавляет возможности графического многодоменного моделирования, модельно-ориентированного проектирования для динамических, встраиваемых систем. Объект исследования, среда моделирования Matlab. Предмет исследования, визуализация данных, полученных с цифровых датчиков средствами Matlab. Целью данной работы является разработка и демонстрация методики анализа и визуализации данных, полученных с цифрового датчика средствами Matlab, это позволит понять принцип работы цифровых датчиков, овладеть навыками программирования программных пакетов, а также научиться анализировать и визуализировать данные для более глубокого понимания динамики движения объектов. Исходя из поставленной цели мы определили необходимые в работе задачи: Изучение литературы и аппаратной базы, изучение среды микроконтроллеров, создание программы визуализации в Matlab, Проведение измерений и построение графиков. В рамках данной научной статьи будут исследованы теоретические аспекты работы микроконтроллеров, исследована методика сбора данных на примере микропроцессорной системы Arduino, и проведен анализ и визуализация полученных результатов с применением среды Matlab. Полученные знания и навыки могут найти практическое применение в множестве сфер, включая инженерные и медицинские исследования, автомобильную промышленность, а также разработку мобильных приложений и устройств для мониторинга движения. Matlab (Matrix Laboratory) - высокоуровневый язык программирования и интерактивная среда для численных вычислений, визуализации данных и разработки алгоритмов, широко используется в инженерии, науке, экономике и других областях. Matlab использует синтаксис, похожий на математические выражения, что делает его более удобным для инженеров и ученых. Среда разработки Matlab базируется на операциях с матрицами, что позволяет выполнять эффективные операции над большими объемами данных. Обширная библиотека функций Matlab предлагает богатый выбор встроенных функций для работы с матрицами, графикой, статистикой, оптимизацией, обработки сигналов и изображений, машинного обучения и многого другого. В Matlab существуют специализированные пакеты инструментов (Toolbox) для различных областей, таких как контроль систем, обработка сигналов, обучение и другие, расширяющие возможности моделирования. Визуализация данных в Matlab осуществляется с помощью мощных инструментов, в последствии для создания высококачественных графиков, диаграмм, изображений и анимаций. Основные типы графиков в MATLAB: Линейные графики (plot()), используются для отображения зависимостей между переменными. Точечные диаграммы (scatter()),используются для отображения отдельных точек на плоскости. Гистограммы (histogram()), используются для визуализации распределения данных по столбцам или интервалам. Тепловые карты (heatmap()), используются для визуализации данных с использованием цветовой шкалы на двумерной сетке. Контурные графики (contour()), используются для представления трехмерных данных на двумерной плоскости с помощью линий одинаковых значений. Графики временных рядов (plot()), используются для отображения изменения данных со временем. Спектральные графики (plot (), periodogram ()), используются для анализа частот данных. Трехмерные графики (plot3(), scatter3(), surf ()), используются для отображения трехмерных данных. Облака точек (pointCloud ()), используются для визуализации трехмерных облаков точек. Рассмотрим процесс анализа и визуализации данных, полученных с микроконтроллеров средствами Matlab, на примере работы акселерометра GY-521 подключенного к среде Arduino. Для того чтобы MATLAB получал и обрабатывал данные с Arduino Uno, необходимо установить дополнение «Matlab support package for Arduino», после установки в поле «Command window» необходимо ввести команду «Arduino», при правильном подключении система сгенерирует ответ в виде названия подключенной системы, данных о питании и подключениях, данные представлены на рисунке.Рис. 1. Успешное подключение среды Arduino к Matlab.Для получения и визуализации данных с помощью Matlab, необходимо создать скрипт, который будет считывать и визуализировать данные с микроконтроллера в режиме реального времени, скрипт представлен на рисунке.Рис. 2. Скрипт в среде Matlab для обработки и визуализации данных, полученных с микроконтроллера.Запустили скрипт, и произвели визуализацию полученных данных с микроконтроллера с помощью Matlab.Рис. 3. Визуализация данных с микроконтроллера в Matlab.
Номер журнала Вестник науки №2 (71) том 3
Ссылка для цитирования:
Родунер Д.Д. АНАЛИЗ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ С МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СРЕДСТВАМИ MATLAB // Вестник науки №2 (71) том 3. С. 550 - 556. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/13045 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+