Matlab-steuerung externer Komponenten (zB. Schrittmotoren) mit RS232

Für eine Atomstrahlanlage wurde ein Softwarepaket entwickelt mithilfe dessen s"amtliche Schrittmotoren gesteuert, und die Messergebnisse erfasst werden können. Als Enwicklungsumgebung wurden Matlab und Ocatve gewählt. Der Vorteil dieser Programmiersprachen liegt darin, dass Matlab und Octave mit kleinen Ausnahmen kompatibel, und in der Technik weit verbreitet sind. Weiters wird als Messrechner ein Linux-PC verwendet. Linux erlaubt problemlosen Zugriff auf Schnittstellen, wodurch sich der Datenaustausch mit der Anlage sehr einfach gestaltet. Ausserdem kann der Messrechner mit jedem Linux oder Mac-Rechner über eine SSH (secureshell) Verbindung gesteuert werden. Dadurch kann der Anlagenzustand mittels Webcam und Druck- oder Positionsdaten überwacht, und Messungen weltweit gestartet werden.

Frankensteincontrol:

Zentrales Element der Anlagensteuerung ist die modular aufgebaute Steuereinheit 'Frankensteincontrol'. Sie verbindet die Hardware der Anlage mit der Software. Dieses Elektronikmodul wurde in mehrmonatiger Entwicklungszeit am Institut für Experimentalphysik von Reinhard Dämon entwickelt. Die Parameter für die Kommunikation über die RS232 Schnittstelle sind: 115200 baud, N,8,1, no handshake.

Ein Mastermodul gibt über ein internes Bussystem empfangene Befehle an die einzelnen Module weiter. Je nach Anfangsziffern wird der Befehl vom jeweiligen Prozessorboard akzeptiert und interpretiert. Ein Befehl kann zB. 04rv00 lauten. Dieses 'Befehlswort' wird über die RS232 Schnittstelle gesendet. 04 steht für Modul 4, das Spannungsmessmodul. rv steht für 'read voltage'. 00 heisst, dass Spannungskanal 00 gelesen werden soll. Das Modul antwortet mit der entsprechenden Spannung. Über die Linux Konsole kann die Spannung also wie folgt ausgelesen werden:

cat /dev/ttyS0$ >> /home/user/antwortfile.txt & echo "04rv00" > /dev/ttyS0 killall cat

Zeile 1: cat steht für concatenate. Dieses Programm hängt Textfiles zusammen. >> heisst, dass cat den Text an den bestehenden Text in der Zieldatei anhängen soll. Will man nur die aktuelle Spannung in der Datei stehen haben schreibt man stattdessen >. Im Beispiel hängt es den Text, der im File /dev/ttyS0 liegt an das File /home/user/antwortfile.txt an. Unter Linux werden Schnittstellen wie Dateien behandelt. Deshalb spielt es keine Rolle, dass /dev/ttyS0 keine Datei, sondern die RS232 Schnittstelle ist. Das & am Ende der Zeile bedeutet, dass das Programm im Hintergrund weiterlaufen soll.

Zeile 2: Der Befehl echo schreibt beliebigen Text in eine Datei oder auf eine Schnittstelle. "04rv00" ist das Befehlswort, das an das Modul übertragen werden soll. /dev/ttyS0 ist wieder die RS232-Schnittstelle an die das Befehlswort übertragen werden soll.

Zeile 3: killall cat beendet den Befehl cat, der bis zu diesem Zeitpunkt im Hintergrund weitergelaufen ist.

Unter Matlab kann dieselbe Prozedur mit der selbst geschriebenen Funktion serwrite ausgeführt werden. Matlab beinhaltet eine Funktion mit der auf die Schnittstelle zugegriffen werden kann. Da die Geschwindigkeit der Befehlsketten allerdings variable sein muss (andernfalls hängen sich die Module auf!) wurde der Umweg "uber die Linux-Konsole gew"ahlt.

!cat /dev/ttyS0$ >> /home/user/antwortfile.txt & serwrite('04rv00') !killall cat

Die Rufzeichen am Anfang der Zeilen 1 und 3 bedeuten, dass die Befehle in der Konsole ausgeführt werden sollen. Die Syntax von serwrite ist eigentlich serwrite(string,port). Vollständig lautet der Befehl also serwrite('04rv00','/dev/ttyS0'), der Standardwert für Port ist allerdings /dev/ttyS0, die Eingabe ist also unnötig.