Arduino mit Matlab

Heute möchte ich ein Thema vorstellen, mit dem ich mich kurz im Rahmen einer Recherche beschäftigt habe. Viele (Techniker) kennen vielleicht die Software Matlab von der Firma Matworks. Das ist ein extrem umfangreiches Softwarepaket, das bei uns in der Lehre eingesetzt wird, um Studierende in allen möglichen technischen Bereichen zu unterrichten. Sei es Signalverarbeitung, Regelungstechnik, Bildverarbeitung, etc. - Matlab ist das Tool, um all das professionell umzusetzen. Auch wenn es um Messdatenerfassung geht, muß man nicht unbedingt auf Tools zurückgreifen, mit denen ein Projekt oder Programm "gezeichnet" wird. Das ist zwar toll für den Einstieg, kann (und wird) in späterer Folge aber aufgrund des riesigen Overheads und der benötigten PC Resourcen viel zu umständlich, wenn man schnell einmal über eine externe Hardware irgendwelche physikalischen Größen aufzeichnen und verarbeiten will.

In diesem kleinen Projekt'chen möchte ich nun zeigen, wie einfach man mit Hilfe eines Arduino Uno Boards zusammen mit Matlab eine Temperaturmessung realisieren kann. Der Sensor soll hier ein ganz einfacher NTC Widerstand sein. Das bedeutet, der ohmsche Widerstand des Bauteils ändert sich mit der Temperatur, in dessen Umgebung sich das Bauteil befindet. Die Änderung passiert hier folgendermaßen: wenn die Temperatur steigt, so wird der ohmsche Widerstand kleiner. (Negativer Temperatur Koeffizient) (Coefficient engl. -> NTC). Einziger kleiner Haken - die Änderung passiert nicht linear wie zum Beispiel beim PT100. Das bedeutet der Verlauf  des Widerstands bei Änderung der Temperatur ist keine Gerade mit irgendeiner Steigung, sondern eine e-Funktion. Das wiederum bedeutet, dass, will man aus den gemessenen Widerstandwerten in eine Temperatur zurückrechnen, die Funktionsgleichung zum NTC gefunden werden muß. Glücklicherweise findet man diese aber fix und fertig in den Herstellerdatenblättern ;) aber dazu später.

Man hat nun einen temperaturabhängigen Widerstand, ein Arduino Uno - Board und einen PC auf dem Matlab läuft. Wie geht´s nun weiter? Nehmen wir als Beispiel an, dass Matlab 2014b installiert ist. Nun gibt es in Matlab unter dem Tab "Home" eine Rubrik, die sich "Add-Ons" nennt. Klick man auf  diese, so klappt ein Menü auf, in dem man den Eintrag "Get Hardware Support Packages" findet. Den klickt man an und es öffnet sich ein Fenster namens "Support Package Installer".
Unter "Install from Internet" und "Next>" kommt man zu einem Auswahlmenü der verfügbaren Packages. Hier sucht man sich "Arduino" aus und setzt im rechten Bereich des Fensters einen Haken - und zwar bei dem Paket "Aquire inputs and send outputs on Arduino Uno...". Danach wieder auf "Next>" klicken und die Installation vollenden.

Ist alles erledigt so kann man den Arduino am USB-Port anstecken. Windows sollte einen Treiber zuordnen. (Unter Systemsteuerung - Gerätemanger - Anschlüsse > sollte ein Arduino Uno (COMx) zu finden sein). Ist das der Fall, dann sollte es klappen :)

Jetzt kann in der Matlab Console folgender Befehl eingegeben werden:
arduino()

Folgende Antwort kommt nun zurück:
arduino with properties:
Port: 'COM5'
Board: 'Uno'
AvailableAnalogPins: [0, 1, 2, 3, 4, 5]
AvailableDigitalPins: [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]
Libraries: {'I2C', 'SPI', 'Servo'}

Der COM-Port unterscheidet sich natürlich und wird meist auf den nächsten freien COM gemappt. Hat das aber geklappt, so ist der erste Teil schon gewonnen. Matlab kommuniziert mit dem Arduinoboard. Es kann aber auch vorkommen, dass Fehlermeldungen auftauchen. Wie bei mir der Fall:

Cannot detect Arduino hardware. Make sure original Arduino hardware is properly plugged in. If
using unofficial(clone) hardware, specify port and board type. For more information, see the
arduino function reference page.

Das war die erste Meldung nach der Installation: Dafür gibts aber auch Abhilfe. Man gibt folgendes ein:
a = arduino('com5','Uno')

Wenn auch dann eine Fehlermeldung kommt, so wie natürlich bei mir, dann kann man mit folgendem commando auf Fehlersuche gehen:
 a = arduino('com5','Uno','TraceOn', true)

Jetzt kam bei mir die Meldung : Updating server code on Arduino Uno (COM5). Please wait.  Und danach gleich ein Errorfenster mit einem avr-gcc.exe Fehler. Danach habe ich lange in diversen Foren gesucht, Tracelogs verglichen und nach den Fehlermeldungen gegoogelt. Hier gab es Tips von: die make.exe in den Tiefen des SupportPackages Ordner ist nicht kompatibel mit 64bit Systemen, mit Windows8.1 und Windows10 gibt es Zugriffsrechteprobleme und und und. Leider war aber nie ein Lösungsvorschlag dabei der bei mir funktionierte. Also habe ich auf einem zweiten Rechner eine jungfräuliche Installation von Matlab und dem Arduino Matlab Package durchgeführt. Und siehe da - es funktionierte. Aber wie jetzt nach dem Fehler suchen, oder ihn beheben. Also habe ich auf dem funktionierenden Rechner einen Tracelog durchgeführt, indem ich beim Aufrufen der Arduinofunction einen Port angegeben habe, auf dem ein anderes NICHT Arudino Gerät angeschlossen ist. Und siehe da, der Errortracelog war seeehr lange und ausführlich. Man konnte ansehen was die Funktion alles aufruft. Und irgendwo ganz unten im log las ich was von avrdude... Da kam mir die Idee. Auf meinem PC sind einige Entwicklungsumgebungen installiert. Unter anderem auch AVR-Studio und der WinAVR20100110 Compiler. Und genau der war das Problem.
 Den WinAVR gelöscht und schon klappte es.

Also steht dem weiteren Aufbau zur Realisierung des Projekt'chen nichts mehr im Weg. Aber darüber schreibe ich beim nächsten mal in Teil 2...