МЕТОДИКА СИНТЕЗА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ MATLAB/SIMULINK И ОТЛАДОЧНОЙ ПЛАТЫ ARDUINO MEGA 2560

THE METHOD OF SYNTHESIS OF MATLAB/SIMULINK SOFTWARE WITH ARDUINO MEGA 2560 DEBUG BOARD

Pavel Petrov

phd student of «Radioengineering, electronics and telecommunications» speciality,

M. Kozybayev North Kazakhstan State University,

Kazakhstan, Petropavlovsk

АННОТАЦИЯ

В статье описана методика коммуникации программного обеспечения MatLab/Simulink c отладочной платой Arduino Mega 2560. Приведена экспериментальная модель этого синтеза.

ABSTRACT

This paper presents the method of communication of MatLab/Simulink  software with Arduino Mega 2560 debug board. Shows an experimental model of this synthesis.

Ключевые слова: Simulink-модель; плата Arduino Mega 2560.

Keywords: Simulink-model; Arduino Mega 2560 board.

В сети Интернет очень мало методических указаний о синтезе программного обеспечения (ПО) MatLab/Simulink и отладочных плат Arduino. Между тем, этот процесс является достаточно объемным и требует соответствующего анализа. Аппаратные платформы Arduino обладают огромным потенциалом в области автоматизации производственных процессов, а программное обеспечение  MatLab/Simulink совершенствует процесс программирования и управления самой платой. Пример использования такой синтезированной модели приводится в [2].

В качестве целевой платы выбрана Arduino Mega 2560, подробно описанная в [1]. Она обладает широким спектром возможностей, в первую очередь, обусловленных самим микроконтроллером ATmega2560. Также большим достоинством платы является большое количество цифровых входов-выходов (54) и 16-и аналоговых входов. Плата подсоединяется к персональному компьютеру с помощью USB-шнура. Сама плата Arduino Mega 2560 и процесс коммуникации с ноутбуком изображены на рисунке 1.

                                  а)                                               б)

Рисунок 1. а) Внешний вид платы Arduino Mega 2560 б) Процесс коммуникации с ноутбуком посредством USB-кабеля

Прежде чем непосредственно начать работать с MatLab, плату предварительно необходимо прошить программой для обмена данными с последовательным портом персонального компьютера. Варианты загрузочных файлов достаточно обширны, можно выбрать любой из них. В данном случае, выбран файл загрузки adioеs.pde, написанному непосредственно в среде Arduino. Среда Arduino – специальная программная оболочка для работы с отладочными платами Arduino. При открытии программной среды необходимо выбрать COM-порт, на котором установилась плата и целевую плату (вкладка «Инструменты»). Далее открывается необходимый файл прошивки и функциональной клавишей «Загрузить» осуществляется прошивка микроконтроллера ATmega2560 платы. Внешний вид интерфейса среды Arduino с загруженным файлом adioеs.pde изображен на рисунке 2.

Рисунок 2. Внешний вид интерфейса среды Arduino

Теперь плата готова к синтезу с MatLab. В качестве ПО выбрана версия 2012b, поддерживающая программирование платы как через командную строку, так и через пакет Simulink.

Необходимо скачать набор файлов ArduinoIO, для того, чтобы иметь возможность программировать плату через командную строку MatLab. Для этого необходимо прописать команду «install_arduino» и указать папку, где установлено ПО MatLab2012b. Вскоре выйдет сообщение о том, что файлы добавлены к установленным (рисунок 3).

Рисунок 3. Добавление файлов ArduinoIO к файлам MatLab2012b

Теперь непосредственно можно установить пакеты для работы с Arduino в Simulink. Для этого в командной строке прописывается «targetinstaller». ПО предлагает перезагрузить MatLab, необходимо нажать «нет». Начинается процесс инициализации загружаемых файлов и MatLab предлагает выбрать способ загрузки (рекомендовано сделать это через Интернет). Окончательно ПО предлагает выбрать аппаратную платформу для которой загружается пакет (выбирается Arduino). Процесс установки пакета Arduino/Simulink представлен на рисунке 4.

а)                                                                   б)

в)                                                               г)

Рисунок 4. Процесс установки пакета Arduino/Simulink: а) операция в командной строке б) инициализация загружаемого пакета в) способ загрузки г) выбор целевой платы

Теперь необходимые пакеты установлены, можно непосредственно синтезировать плату и ПО MatLab/Simulink. Переходим в режим командной строки, выбираем папку, где будем сохранять модели Simulink (по умолчанию это папка, где установлен MatLab, поэтому обязательно её нужно поменять на другую, с латинским названием). Прописываем команду «a=arduino (‘COM X’)», где X – номер последовательного порта, где расположилась плата. Начинается процесс коммуникации, занимающий несколько секунд. Когда MatLab выдаст сообщение «Arduino successfully connected!», можно запускать пакет Simulink. Теперь можно наблюдать в доступных объектах для моделирования папки «Arduino IO Library» и «Target for use with Arduino hardware».

В качестве экспериментальной модели соберем схему, для мигания контрольного светодиода, расположенного на 13-м пине платы. Для этого собирается модель в новом файле, состоящая из генератора меандров, 13-го пина платы и осциллографа. Во вкладке Tools указывается необходимый COM-порт и плата Arduino Mega 2560, редактируются настройки генератора. После запуска симуляции, микроконтроллер ATmega2560 прошивается графическим кодом и контрольный светодиод на плате начинает загораться и тушиться с указанной задержкой. Экспериментальная модель в Simulink и эпюры, снимаемые с генератора импульсов, представлены на рисунке 5.

а)                                                                   б)

Рисунок 5. а) Модель Simulink для тестирования платы б) Эпюры импульсов, подаваемых на 13-й пин платы

Таким образом, процесс коммуникации отладочной платы Arduino Mega 2560 и ПО Matlab/Simulink полностью завершен. Такие синтезируемые модели дают огромный потенциал для автоматизации производственных процессов и упрощают процесс управления и коррекции.

Список литературы:

1. Общие сведения о плате Arduino Mega 2560 [Электронный ресурс]. URL: http://arduino.ru/Hardware/ArduinoBoardMega2560  (дата обращения 25.02.16 г.)
2. Петров П.А., Ивель В.П. Синтез адаптивной системы управления вращением-подъемом железнодорожных вагонов // Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по матер. LXV междунар. науч.-практ. конф. № 12(60). – Новосибирск: СибАК, 2016. – С. 21-27.