摘  要： MATLAB和LabVIEW是目前流行于工程技術(shù)領(lǐng)域的工具軟件。LabVIEW的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)⑿盘?hào)順利地采集進(jìn)來(lái)并進(jìn)行自動(dòng)化分析和處理，但其分析信號(hào)能力有局限和缺陷。MATLAB分析計(jì)算能力很強(qiáng)，但與外部設(shè)備交換信息能力卻很差。將二者結(jié)合起來(lái)混合編程，取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，可設(shè)計(jì)出功能比較完善的信號(hào)處理系統(tǒng)。為此，研究了在LabVIEW中調(diào)用MATLAB進(jìn)行信號(hào)處理的方法。詳述了各種方法的使用流程、注意事項(xiàng)，并總結(jié)了各種方法使用的不同領(lǐng)域和優(yōu)缺點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞： MATLAB；LabVIEW；信號(hào)處理；數(shù)據(jù)采集；動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

　　系統(tǒng)是由若干互相有著某種聯(lián)系的單元組成的一個(gè)能夠完成某種功能的整體。信號(hào)作用于某系統(tǒng)的響應(yīng)如何，需要以某種方式去分析。系統(tǒng)分析需要經(jīng)過(guò)3個(gè)過(guò)程：(1)建模，以理論為基礎(chǔ)，對(duì)所要研究的對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)數(shù)學(xué)模型；(2)分析該模型；(3)做出合理的物理解釋。分析過(guò)程很關(guān)鍵，方式方法很多，工具也很多，MATLAB和LabVIEW是常用的兩個(gè)軟件分析平臺(tái)。

　　MATLAB的科學(xué)計(jì)算能力、圖像處理和數(shù)值分析能力都比較強(qiáng)。LabVIEW是用于編制虛擬儀器的圖形化編程工具。自然界各種信號(hào)信息的監(jiān)測(cè)，機(jī)器、車輛等故障的診斷,還有許多即時(shí)動(dòng)態(tài)信號(hào)的監(jiān)控，需要先將信號(hào)盡量不失真地采集進(jìn)來(lái)，這一點(diǎn)LabVIEW很容易完成。對(duì)采集信號(hào)作用于系統(tǒng)模型復(fù)雜分析計(jì)算最好用MATLAB去完成。為了直觀、方便觀察，可用LabVIEW做一個(gè)界面[1]。

　　1 MATLAB在LabVIEW中調(diào)用的實(shí)現(xiàn)

　　LabVIEW和MATLAB混合編程的實(shí)現(xiàn)主要有以下幾種方法。

　　1.1 調(diào)用MATLAB script節(jié)點(diǎn)算法

　　LabVIEW提供了各類腳本節(jié)點(diǎn)與外部實(shí)現(xiàn)通信和交換信息。LabVIEW中可通過(guò)MATLAB script節(jié)點(diǎn)調(diào)用MATLAB的腳本程序(即M文件)。

　　1.1.1 調(diào)用MATLAB script節(jié)點(diǎn)過(guò)程

　　從LabVIEW中函數(shù)選版選用過(guò)程為：函數(shù)→數(shù)學(xué)→腳本與公式→腳本節(jié)點(diǎn)→MATLAB script節(jié)點(diǎn)。拖曳出節(jié)點(diǎn)，放在程序框圖面板中，用工具選版按需要調(diào)節(jié)大??；按程序需要為該節(jié)點(diǎn)添加輸入輸出變量。LabVIEW可通過(guò)輸入變量向腳本中輸入所要處理的信號(hào)，運(yùn)行腳本后的結(jié)果通過(guò)輸出變量送到LabVIEW的輸出控件，顯示出處理的數(shù)據(jù)或者波形圖，直觀清楚，就像實(shí)際的儀器面板一樣。具體方法為：右鍵單擊腳本邊框，從彈出的菜單中選擇添加輸入或輸出，隨即在邊框出現(xiàn)一個(gè)小方框，一般習(xí)慣輸入在左邊，輸出在右邊。添加之后，各變量需要命名，用Labeling工具依據(jù)腳本程序中的變量依次命名，注意選擇合適的數(shù)據(jù)類型，否則運(yùn)行會(huì)出錯(cuò)[2]。

　　1.1.2 向MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)輸入腳本程序

　　向MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)輸入腳本程序有兩種方法：

　　(1)用Operating或Labeling工具直接向MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)編寫腳本程序。

　　(2)從MATLAB中導(dǎo)入?？梢韵仍贛ATLAB環(huán)境下編程運(yùn)行調(diào)試好程序后，再用右鍵單擊MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)，打開快捷菜單，然后選擇Import，從對(duì)話框中選擇需要導(dǎo)入的文件即可[3]。

　　1.1.3 保存MATLAB腳本程序

　　右鍵單擊MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)，從打開的菜單中選擇Export,在打開的Name the script對(duì)話框中輸入需要保存的文件名，點(diǎn)擊save，以MATLAB文本文件擴(kuò)展名.m保存腳本程序[3]。

　　1.1.4 調(diào)用過(guò)程的注意事項(xiàng)

　　在LabVIEW中調(diào)用MATLAB要注意以下幾點(diǎn)：

　　(1)LabVIEW是通過(guò)Activex技術(shù)來(lái)調(diào)用MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)的，MATLAB腳本只適用于Windows操作系統(tǒng)。

　　(2)使用MATLAB腳本時(shí)需要調(diào)用MATLAB服務(wù)器，所以計(jì)算機(jī)上要裝有MATLAB 6.5以上的版本。

　　(3)調(diào)用調(diào)試過(guò)程中的數(shù)據(jù)類型要匹配，否則運(yùn)行會(huì)出錯(cuò)[4]。

　　這種方法不用復(fù)雜的編程，操作也簡(jiǎn)單，對(duì)于初學(xué)者比較容易掌握，但對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)要求較高，兩個(gè)軟件都需要正確全面安裝各個(gè)組件，否則無(wú)法正常調(diào)用。

　　1.2 應(yīng)用COM 組件調(diào)用MATLAB

　　MATLAB中M語(yǔ)言開發(fā)的算法可以用COM技術(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楠?dú)立的COM組件對(duì)象，可在任何支持COM對(duì)象的應(yīng)用程序中使用。LabVIEW在其相關(guān)的函數(shù)選版→互連接口→ActiveX模塊中提供了一組與該組件操作相關(guān)的子VI，實(shí)現(xiàn)對(duì)COM對(duì)象具體的操作。

　　這種方法適用于規(guī)模較大的應(yīng)用程序，編程有些復(fù)雜，要求使用者對(duì)MATLAB工具包和LabVIEW的子程序應(yīng)用特別熟練[5]。

　　1.3 應(yīng)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)調(diào)用MATLAB

　　在LabVIEW編程界面下利用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)調(diào)用MATLAB，步驟為：

　　(1)在MATLAB編程界面下用m文件翻譯器Matcom將源文件翻譯為cpp代碼，同時(shí)編譯為dll文件。

　　(2)在LabVIEW編程界面下用調(diào)用庫(kù)函數(shù)CLF(CallLibrary Function)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù)的調(diào)用。

　　這種方法適合對(duì)C語(yǔ)言等編程很熟練的高手，因?yàn)樵贚abVIEW動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)需要用C語(yǔ)言等編程。

　　2 LabVIEW中調(diào)用MATLAB進(jìn)行信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)

　　2.1 信號(hào)分析的處理過(guò)程

　　LabVIEW與MATLAB協(xié)同工作，在分析處理信號(hào)過(guò)程中，LabVIEW負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，同時(shí)設(shè)計(jì)用戶圖形界面；MATLAB在后臺(tái)主要完成大型計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、細(xì)節(jié)處理，提供給LabVIEW調(diào)用，其工作過(guò)程如圖1所示。

　　2.2 調(diào)用MATLAB script節(jié)點(diǎn)法對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波

　　實(shí)際的信號(hào)很容易被干擾，特別是傳感器輸出的模擬信號(hào)，如汽車油門開度傳感器、水溫傳感器、真空度傳感器等。采集到原始信號(hào)后，必須對(duì)其進(jìn)行濾除處理，除去干擾信號(hào)，才能正確使用。

　　混有干擾的信號(hào)直接濾波效果較差，在時(shí)域上也很難看出是什么特征的，但如果變換到頻域之后，就很容易看出特征了。因此，將原始有干擾的信號(hào)先進(jìn)行FFT變換，將時(shí)域變換到頻域，再進(jìn)行濾波處理，最后再反變換還原信號(hào)，其效果很好。LabVIEW信號(hào)處理模塊有不少濾波節(jié)點(diǎn)可以完成濾波功能，圖2就是用LabVIEW處理信號(hào)的程序框圖，可以看到過(guò)程比較復(fù)雜，處理后顯示的信號(hào)也較差。

　　上述過(guò)程在MATLAB中由幾個(gè)函數(shù)運(yùn)算就可完成，圖3是LabVIEW調(diào)用MATLAB script節(jié)點(diǎn)，對(duì)信號(hào)變換濾波處理的程序框圖。按照MATLAB程序中要求的信息分別在腳本節(jié)點(diǎn)外框上添加輸入變量和輸出變量(一般習(xí)慣把輸入變量放在左邊，輸出變量放在右邊)，同時(shí)修改數(shù)據(jù)類型，使二者匹配。將LabVIEW采集到的信息送給MATLAB script節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)入事先在MATLAB中調(diào)試好的程序，在LabVIEW中運(yùn)行即可。輸出信號(hào)可通過(guò)輸出變量用相應(yīng)的顯示控件在前面板顯示，處理過(guò)程中許多需要設(shè)定的參數(shù)都可以在前面板以按鈕方式設(shè)置，數(shù)據(jù)可任意改變，就像一個(gè)實(shí)際儀器一樣，操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)可靠。該程序還可以打包成可安裝文件，在任何平臺(tái)上使用。

　　圖4是程序運(yùn)行后顯示的波形。由圖4(a)、(b)可知，原始信號(hào)是一個(gè)混雜有干擾的信號(hào)，其頻譜在低頻處有一個(gè)模值特別高的點(diǎn)，這一點(diǎn)就是原信號(hào)的數(shù)據(jù)，這是需要保留的點(diǎn)；而在高頻部分還有很多模值相對(duì)較小的點(diǎn)，這些就是干擾信號(hào)，是要去除的數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波，把高頻的信號(hào)去掉，得到濾波后信號(hào)的頻譜圖，如圖4(c)、(d)所示。由圖可知，高頻部分的雜波已經(jīng)被清除。如要了解時(shí)域的波形上有什么變化，可以對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行反傅里葉變換，得到經(jīng)過(guò)低通濾波后的時(shí)域波形，恢復(fù)后的波形是去除干擾后很好的正弦波。

　　2.3 調(diào)用MATLAB script節(jié)點(diǎn)法對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波程序

　　程序如下：

　　close all;%先關(guān)閉所有圖片

　　Adc=2;%直流分量幅度

　　Fs=256;%采樣頻率（Hz)

　　N=256;%采樣點(diǎn)數(shù)

　　t=0:1/Fs:N/Fs;%采樣時(shí)刻

　　plot(t,S);%顯示原始信號(hào)

　　title('原始信號(hào)');

　　hold on

　　figure;

　　Y=fft(S,256);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行256點(diǎn)的FFT

　　Ayy=abs(Y);%取模

　　plot(Ayy);%顯示取模后的FFT信號(hào)

　　title('原始信號(hào)頻譜圖');

　　hold on

　　figure;

　　RY=real(Y);%提取FFT后數(shù)據(jù)的實(shí)部

　　IY=imag(Y);%提取FFT后數(shù)據(jù)的虛部

　　RY(10:N-10)=0;%理想低通濾波

　　IY(10:N-10)=0;

　　plot(RY);

　　title('濾波后信號(hào)的頻譜圖');

　　hold on

　　figure;

　　YY=RY+1i*IY;%濾波后重新組合實(shí)部和虛部

　　SS=real(ifft(YY));%進(jìn)行反傅里葉變換

　　figure

　　plot(SS,'r');%顯示濾波后的信號(hào)，

　　并與原始信號(hào)進(jìn)行對(duì)比

　　title('濾波后的信號(hào)');

　　hold on

　　plot(S)

　　MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)值分析和處理能力，還擁有眾多的專業(yè)工具箱，因此在LabVIEW中調(diào)用MATLAB來(lái)解決問(wèn)題過(guò)程簡(jiǎn)單易行，并能夠擴(kuò)展LabVIEW的功能，極大地拓寬了虛擬儀器的開發(fā)范圍。將LabVIEW與MATLAB有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在大型的測(cè)試系統(tǒng)與仿真過(guò)程中是非常有利的。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 劉衛(wèi)國(guó)，陳昭平.MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2002.

　　[2] 劉君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2002.

　　[3] 石博強(qiáng).LabVIEW6.1編程技術(shù)實(shí)用教程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2002.

　　[4] BISHOP R H.LabVIEW 6i實(shí)用教程[M].喬瑞萍，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

　　[5] 王沫然.MATLAB與科學(xué)計(jì)算（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.