Introdução

Esse artigo é uma pequena introdução de como conectar o Arduino e o MATLAB para poder utilizar a praticidade do Arduino junto com a capacidade computacional do MATLAB em tempo real.

Em primeiro lugar, é necessário dizer que boa parte dessa interface é baseada no já existente suporte do MATLAB para Arduino desenvolvido pela Mathworks. O código do MATLAB em si é baseado no existente interpretador de comandos Firmata. Caso você esteja procurando uma implementação de uma biblioteca equivalente para Octave, a alternativa open-source do Matlab, procure o projeto Molorius/Arduino-Octave.

A figura a seguir ilustra o funcionamento da biblioteca Firmata.

Biblioteca MATLAB

Se você já possui algum conhecimento em Arduino, achará fácil se adequar à sintaxe do MATLAB, que é equivalente. Aqui descreveremos apenas alguns comandos básicos que serão utilidos nos experimentos. Para referência completa, acesse a documentação própria disponibilizada pela Mathworks.

Iniciando Conexão

Para iniciar conexão, basta chamar o construtor, e opcionalmente a porta, modelo da placa e bibliotecas auxiliares.

a = arduino;
a = arduino('COM9', 'UNO');
a = arduino('COM9', 'UNO', 'Libraries', 'PaulStoffregen/OneWire');

Lendo valores digitais

Basta chamar a função readDigitalPin em qualquer uma das formas abaixo. O valor de retorno var será 0 ou 1 para os equivalentes LOW ou HIGH de tensão.

val = readDigitalPin(a, 'D13');
val = a.readDigitalPin('D13');

Escrevendo valores digitais

Basta chamar a função writeDigitalPin em qualquer uma das formas abaixo, fornecendo 0 ou 1 para os valores LOW ou HIGH de tensão.

writeDigitalPin(a, 'D13', 1);
a.writeDigitalPin('D13', 1);

Lendo valores analógicos

Para ler valores analógicos, basta chamar a função readVoltage com uma das portas analógicas. O retorno é um valor val que varia entre 0 e a tensão de operação da placa, geralmente 5 V.

val = readVoltage(a, 'A0');
val = a.readVoltage('A0');

Escrevendo valores PWM

Há duas funções que fazer a escrita dos valores PWM, a writePWMVoltage, que varia entre 0 e a tensão da placa (5 V), e writePWMDutyCycle, que varia entre 0 e 1. As seguintes chamadas são equivalentes.

writePWMVoltage(a, 'D9', 2.5);
a.writePWMVoltage('A0', 2.5);
writePWMDutyCycle(a, 'D9', 0.5);
a.writePWMDutyCycle('D9', 0.5);

Biblioteca do control-lab

Para simplificar as coisas, utilizamos uma versão modificada baseada na do Arduino. Ela já foi pensada para incluir o sensor de temperatura. Para instanciar a classe, é necessário chamar o seu construtor que deriva da classe principal do Arduino.

# parâmetros: control_arduino(porta, placa, portaPWM, portaSensor, sample_rate)
a = control_arduino('COM9', 'UNO', 'D9', 'A0', 1);

Se tudo correr bem, você já poderá ler a temperatura do sensor:

t = a.getOneWireTemperature();

Para escrever na porta, substituímos a função writePWMVoltage e writePWMDutyCycle para escreverem o valor inverso. Isso é necessário porque ambas os atuadores das duas plantas são inversores (sinal de saída máximo com entrada mínima e vice-versa).

a.writePWMDutyCycle(1); # escreve valor mínimo de duty cycle na porta especificada na inicalização
a.writePWMDutyCycle(0); # escreve valor máximo de duty cycle na porta especificada na inicalização

Também foi escrito uma toolbox para realizar as mesmas ações no simulink, com o objetivo de ler valor de temperatura e escrever valor de PWM. Abaixo estão os 3 blocos funcionais para isso:

Portas Disponíveis

As seguintes portas estão disponíveis para o Arduino UNO.

Exemplos

Blink

Para reproduzir o código de blink no Matlab-Arduino, basta executar o seguinte script com um Arduino UNO conectado pela USB. Se tudo estiver instalado corretamente, o LED na porta 13 do Arduino deve piscar cada 1 segundo.

a = arduino;

while true
    a.writeDigitalPin('D13', 1);
    pause(1);    
    a.writeDigitalPin('D13', 0);
    pause(1);
end