ارتباط آردوینو با متلب و سیمولینک

این مطلب قسمت هجدهم از آموزش جامع آردوینو (مبتدی و پیشرفته) است. در این آموزش می‌خواهیم به بررسی نحوه استفاده از آردوینو به همراه نرم‌افزار متلب (MATLAB) بپردازیم. به جرئت می‌توان نرم‌افزار متلب را پرکاربردترین نرم‌افزار در بین مهندسان دانست. متلب یک نرم‌افزار محاسباتی بسیار قوی با قابلیت‌های متنوعی برای طراحی و تحلیل انواع سیستم‌ها دانست. گستردگی این نرم‌افزار باعث شده است تا متلب از یک نرم‌افزار صرفا مهندسی به یک ماشین‌حساب کارآمد برای اکثر رشته‌ها تبدیل شود. متلب مجموعه کاملی از ابزارهای محاسباتی و تولباکس‌های (Toolbox) مختلفی شامل: رباتیک، کنترل اتوماتیک، فازی، شبکه عصبی، انفورماتیک، پردازش سیگنال، تحلیل اقتصادی و غیره را داراست. وسعت متلب نقطه قوت اصلی آن است. در متلب پکیج‌های نرم‌افزاری برای برقراری ارتباط بین متلب و آردوینو وجود دارد بنابراین اگر شما هم می‌خواهید از یک سیستم سخت‌افزاری شامل سنسورها و عملگرها به کمک آردوینو استفاده کنید و همزمان نیاز به ابزارهای متلب دارید، این مطلب می‌تواند به شما کمک کند. در این آموزش لازم است آشنایی اولیه‌ای با متلب داشته باشید.

تنظیمات اولیه نرم‌افزار متلب (MATLAB)

قبل از هر چیز توصیه می‌کنم از نسخه متلب R217b و بالاتر استفاده کنید. شاید عجیب‌ترین و پردردسرترین بخش ارتباط بین متلب و آردوینو نصب پکیج مربوطه باشد! از آنجا که متلب خدمات خود را در ایران پشتیبانی نمی‌کند، در طول تمام مراحل بعدی تا پایان نصب باید از نرم‌افزاری برای تغییر IP کشورتان استفاده کنید. ابتدا وارد سایت متلب شده و یک حساب کاربری ایجاد کنید.

حالا باید در سایت متلب، به صفحه نصب پکیج آردوینو رفته و فایل نصب آن را دانلود کنید. در این قسمت به دو فایل نصب، یکی برای متلب و دیگری برای سیمولینک نیاز دارید. برای راحتی فایل‌های نصبی را در اینجا برای دانلود قرار داده‌ایم:

این فایل‌ها صرفا فرایند نصب را انجام می‌دهند، اما شما نیاز به فایل‌های اصلی پکیج نیز خواهید داشت. وارد نرم‌افزار متلب شده و در قسمت Add-Ons بر روی Get hardware support package کلیک کنید.

در پنجره‌ جدید می‌توانید پکیج را مستقیما دانلود و نصب کنید (گزینه اول). در این صورت نصب پکیج ساده‌تر خواهد بود اما به دلیل حجم زیاد فایل‌ها و نیز برای اینکه امکان استفاده مجدد از فایل‌ها در آینده نیز داشته باشید، گزینه دوم را پیشنهاد می‌کنم. در این صورت صرفا فایل‌های مربوطه دانلود شده  و خودتان باید آنها را نصب کنید. کلید Next را بزنید.

در قسمت بعد آردوینو را انتخاب کرده و مراحل را تا پایان دانلود ادامه دهید. آدرسی که فایل‌ها در آنجا دانلود می‌شوند را به خاطر بسپرید. پس از اتمام دانلود از درون متلب به محل دانلود رفته و فایل‌های نصب پکیج که قبلا دانلود کردید را نیز در همین محل کپی کنید.

برنامه‌نویسی آردوینو چیست؟

برنامه‌نویسی با آردوینو معمولاً سرگرم‌کننده است، اما وقتی می‌خواهید داده‌های حسگرها را نمایش دهید، یا از روش‌هایی مثل پردازش سیگنال، یادگیری ماشین، کنترل و محاسبات پیچیده ریاضی استفاده کنید، ممکن است سخت و زمان‌بر شود.

در اینجا نرم‌افزارهای MATLAB و Simulink وارد عمل می‌شوند. این ابزارها دو روش اصلی برای کار با آردوینو ارائه می‌دهند:

• خواندن، نوشتن و تحلیل داده‌ها از حسگرهای آردوینو
• ساخت الگوریتم‌هایی که به طور مستقل روی آردوینو اجرا می‌شوند.

روش اول: کار با داده‌های حسگر در MATLAB

با نصب بسته پشتیبانی آردوینو در MATLAB، می‌توانید برنامه‌هایی بنویسید که داده‌های حسگر را بخوانند یا به دستگاه‌هایی مثل LED، موتور و ماژول‌های I2C فرمان بدهند. چون MATLAB یک زبان سطح بالا و سریع است، می‌توانید خیلی راحت الگوریتم‌های خودتان را بنویسید، تغییر دهید و بلافاصله نتیجه را ببینید — بدون نیاز به کامپایل کردن.

در این حالت، آردوینو به کامپیوتری که MATLAB روی آن نصب است متصل می‌شود و تمام پردازش‌ها در کامپیوتر انجام می‌شود.

مزایای استفاده از MATLAB

• خواندن و نوشتن اطلاعات حسگر به‌صورت زنده و بدون نیاز به آپلود برنامه روی آردوینو
• استفاده از هزاران تابع آماده برای تحلیل داده‌ها، یادگیری ماشین، پردازش سیگنال و مدل‌سازی
• رسم سریع و آسان نمودارها برای بررسی عملکرد سیستم

روش دوم: اجرای الگوریتم مستقل روی آردوینو با Simulink

Simulink محیطی گرافیکی است که به شما امکان می‌دهد الگوریتم خود را با کشیدن و رهاکردن بلوک‌ها طراحی کنید. با استفاده از بسته پشتیبانی آردوینو، می‌توانید مدل خود را در Simulink طراحی کرده، آن را شبیه‌سازی کنید و بعد با یک کلیک به‌صورت خودکار روی آردوینو بارگذاری کنید. حتی می‌توانید کدهای MATLAB را هم در مدل خود بگنجانید.

در این روش، پردازش‌ها مستقیماً روی خود آردوینو انجام می‌شوند.

مزایای استفاده از Simulink

• طراحی و شبیه‌سازی گرافیکی الگوریتم‌ها بدون نیاز به کدنویسی
• اجرای خودکار الگوریتم روی آردوینو بدون نوشتن دستی کد
• امکان استفاده از روش‌های پیشرفته مانند کنترل، منطق حالت و پردازش سیگنال
• تغییر و تنظیم پارامترها در زمان اجرای برنامه روی دستگاه
• قابلیت استفاده مجدد از الگوریتم‌ها روی سایر سخت‌افزارهای مشابه

جمع‌بندی

اگر دنبال روشی سریع و راحت برای تحلیل داده‌ها و آزمایش الگوریتم‌ها هستید، MATLAB گزینه عالی‌ای است. اما اگر می‌خواهید الگوریتم شما به طور کامل و بدون نیاز به کامپیوتر، روی خود آردوینو اجرا شود، Simulink انتخاب بهتری خواهد بود.