基于Matlab的信號與系統實驗平臺開發

程序代碼第一行form是一個表單,action是轉向地址,要提交的地址為虛擬目錄cgi-bin下的matweb.exe,數據傳送方式為POST,使得后臺可以接收到這個參數；第二行用來創建一個隱藏區域,mlmfile用來指定對應的.m文件,值所對應的參數為.m文件的名稱；第三行用來創建一個可提交名為submit的按鈕,用于用戶輸入參數后可以提交參數給服務端。

圖1　Matlab Web server的工作原理

1.2建立HTML輸出文件

輸出的HTML文件由頁面背景、文字及功能框架所組成。$var_name$是Matlab應用程序輸出的變量的表現形式,它將變量轉換為實際的數據。如果運行的結果有圖片生成,則輸出的HTML文件中要對圖片進行命名并存到outstruct。關鍵程序代碼如下:

其中,body bgcolor用來規定輸出頁面的背景色,#FFFFFF即為白色；后面則通過$GraphFileName$調用圖片。

1.3建立M文件

M文件可分為網絡交互、程序計算、圖片生成3部分,分別定義如下。

1.3.1網絡交互代碼

function rs=mfile(h,OutFile)

mlid = getfield(h, ′mlid′);# 得到唯一標識符,形成文件名稱

cd(h,mldir);#設置存儲圖形文件目錄路徑

wscleanup(′ml* mfile.jpeg′, 1);#清理超過1 h的圖片

f=(InputSet.f); %輸入F表達式

其中,代碼“mlid = getfield(h, ′mlid′);”中,matlabserver會自動提供mlid標識符,此代碼是從input中接收mlid的值。

1.3.2程序計算功能

符合Matlab運算格式的代碼,是真正運行Matlab應用程序的代碼。當輸入參數后代碼將執行Matlab運算,并得到運算結果。

1.3.3圖片生成的主要代碼

f = figure(′visible′,′off′);#創建一個隱含的空白圖片

templatefile = which(′ mfile_template 1.html′)

rs = htmlrep(outstruct, templatefile)

#把圖形文件轉換為HTML模板文件,其中outstruct包括了全部輸出參數的struct結構,templatefile為提前編好的頁面模板文件,調用htmlrep函數將結果返回給輸出文件并送到客戶端的瀏覽器上。

2　Matlab Web配置

2.1IIS 7.0配置

執行開始—控制面板—程序—打開或關閉Windows功能—Internet信息服務,安裝IIS7.0。

(1) 設置ASP,將父路徑(允許相對于當前目錄的路徑)設置為True。右擊Default Web Site—管理網站—高級設置,配置默認網站根目錄C:inetpubwwwroot,將應用程序池改為經典模式。

(2) 修改端口。因為默認80端口被apache所占用,所以IIS端口改為81。查看網站,右擊Default Web Site—綁定—編輯—修改端口。

(3) 添加2個虛擬目錄。右擊Default Web Site,添加2個虛擬目錄分別為cgi-bin和icons,物理路徑設置為C:inetpubwwwroot。在cgi-bin文件夾中放入matweb.conf、matweb.exe、HTML文件和.m文件。這些文件可以在目錄Matlab7 oolboxwebserverwsdemos下找到。同樣將Matlab7.0中的wsdemos文件夾里的圖片復制到icons文件夾里,Matlab程序生成的圖片會自動保存在這里。此外,將wsdemos文件夾下面的所有HTML文件和.m文件復制到網站根目錄C:inetpubwwwroot下,然后修改cgi-bin和icons文件夾的權限,添加Everyone角色,使其具有完全控制權限。最后在主頁上找到ISAPI和CGI限制添加兩個允許的Web服務擴展，路徑指向matweb.exe。

(4) 在主頁上找到處理程序映射,添加腳本映射,請求路徑為*.exe,可執行文件C:inetpubwwwrootcgi-binmatweb.exe,名稱為CGI-exe,請求限制訪問設置為執行,并啟用。

2.2Matlab Web代理服務器配置

修改C:inetpubwwwrootcgi-bin下的matweb.conf文件。添加配置好的.m文件名,并在matweb.conf添加相應配置。Matweb.conf內容如下:

[webpeaks] /*方括號里為.m文件名*/

mlserver=localhost/* TCP/IP協議中的主機地址或IP地址或服務器名*/

mldir=C:/Inetpub/wwwroot/*Matlab程序及圖片存放的絕對路徑,即網站根目錄下創建的文件夾icons */

配置matlabserver.conf

-m 5/*運行Matlab進程數目*/TCP/IP協議

-p 81/*端口號*/

-o 300/*等待Matlab Web Server啟動的時間*/

2.3Matlab Web Server測試

配置完成后,啟動Matlab Server,在瀏覽器上輸入http://localhost:81/,利用Matlab自帶的例子進行測試,結果如圖2所示:

圖2　webpeaks1頁面

測試成功,證明之前的所有配置沒有錯誤,Matlab的交互式實驗平臺可以實現。

3　信號與系統實驗設計

3.1整體框架

本實驗平臺整體框架圖如圖3所示,分為兩大模塊:主界面和子界面。其中,主界面包含標題連續信號、離散信號、連續系統、離散系統4個按鈕來實現子界面的鏈接；子界面所涉及到的內容為信號與系統中常用的實驗內容,各個頁面通過輸入參數來進行仿真,頁面所包含內容分別為:

(1) 連續信號模塊:連續信號時域特性(相加、相乘、平移、反折)、頻域特性(傅里葉變換、拉普拉斯變換)；

(2) 離散信號模塊:離散信號時域特性(相加、相乘、平移、反折)、頻域特性(Z變換)；

(3) 連續系統模塊:連續系統時域分析(沖激響應、階躍響應)、頻域分析(傅里葉譜圖)、復頻域分析(零極點分布圖以及幅頻、相頻特性曲線圖)；

(4) 離散系統模塊:離散系統時域分析(沖激響應、階躍響應)、Z域分析(零極點分布圖以及幅頻、相頻特性曲線圖)。

圖3　整體框架圖

3.2具體設計與測試

以離散系統模塊為例介紹相關實驗內容。該模塊主要實現離散系統的沖激響應、階躍響應、零極點分布圖及頻響特性曲線。離散系統零極點和頻率響應的主要代碼如下:

function rs = lsljd(InputSet, OutFile)

mlid=getfield(InputSet,′mlid′);

z=eval(InputSet.z); %將輸入的字符串轉換為數值

p=eval(InputSet.p);

k=str2double(InputSet.k);

cd(InputSet.mldir);

wscleanup(′lsljdml*.jpeg′, 1);

Fig=figure(′visible′,′off′);

[b,a]=zp2tf(z,p,k);%零、極點增益模型轉變成傳遞函數模型

subplot(2,2,1);zplane(z,p);

subplot(2,2,2);impz(b,a,20);%繪制系統單位序列響應時域波形

title(′h(n)′);%沖激響應

[H,w]=freqz(z,p,1024,′whole′);

Hf=abs(H);

Hx=angle(H);

subplot(2,2,3);plot(w,Hf);

title(′fp′);

subplot(2,2,4);plot(w,Hx);

title(′xp′);

pos=get(gcf, ′position′); %調整圖形的大小

set(gcf, ′Position′, pos, ′PaperPosition′, [.100 .100 16 12]);

s.GraphFileName = sprintf(′xj%s.jpeg′, mlid);%設置一個新的文件名

drawnow;% 刷新、更新圖像窗口

wsprintjpeg(Fig, s.GraphFileName); %將圖形以指定文件名保存

s.GraphFileName = sprintf(′/icons/xj%s.jpeg′, mlid);%將文件的路徑名寫入輸出結構

close all;%關閉隱式窗口,釋放所占內存

templatefile = which(′lsxt1.html′); %獲取指定html文件路徑

rs = htmlrep(s, templatefile);%將結果傳至輸出html文件

設置好相關參數,將matweb.config文件中mlserver的本機IP地址值修改為120.34.49.2,在PC或手機瀏覽器上輸入http://120.34.49.2:81,即可對Matlab的交互式實驗平臺的各個界面進行測試。該模塊的仿真結果如圖4所示。

4　結語

本文所設計的Matlab交互式實驗平臺在PC機和手機上均測試成功。使用者只需通過瀏覽頁面就可以方便地進行Matlab的遠程仿真,輕松地得到仿真的結果,解決了軟件的限制,提高了傳統教學質量,對遠程教學也具有深遠的意義。

圖4　零極點分布和頻率響應測試

References)

[1] 劉鋒,段紅,熊慶旭,等.信號與系統實驗教學改革[J].實驗技術與管理,2008,25(3):118-120.

[2] 金波.基于Matlab的“信號與系統”實驗演示系統[J].實驗技術與管理,2010,27(12):104-107.

[3] 杜世民,楊潤萍.基于Matlab GUI的“信號與系統”教學仿真平臺開發[J].實驗技術與管理,2012,29(3):87-90.

[4] 全星慧,周圍,韓建,等.基于Matlab的信號與系統實驗平臺設計[J].現代電子技術,2014,37(22):88-90.

[5] 董玲,曾佳,楊晶晶,等.基于LabVIEW和Matlab混合編程的在線信號與線性系統實驗[J].實驗室研究與探索,2014,33(12):113-116.

[6] 王宏.MATLAB的Web應用和開發[J].計算機應用,2001,21(3):89-91.

[7] 李宏,賓寧.基于Matlab Web服務器的信號與系統遠程教學課件[J].計算機工程,2003,29(19):184-185.

[8] 蔡麗萍,李茂青,王穎.基于Matlab Web Server的遠程控制實驗室仿真模塊實現[J].廈門大學學報:自然科學版,2005,44(4):499-502.

[9] 王麗君,孟先新,葛臨東,等.基于Web與Matlab的控制虛擬實驗室設計[J].計算機工程與應用,2007,43(4):79-81.

[10] 張曉光,王艷芬,王剛,等.基于Matlab Web Server的數字信號處理遠程仿真[J].電氣電子教學學報,2009,31(1):86-87.

[11] 李世銀,辛曉麗,羅驅波,等.基于Matlab Web Server的通信原理遠程仿真系統開發[J].電氣電子教學學報,2005,27(3):103-105.

[12] 李鳳勤,王向前.基于Matlab Web Server的遠程仿真系統開發與應用[J].信息系統工程,2009(12):82-85.

Development of experimental platform of signals and systems based on Matlab

Lian Lihong

(Department of Electronic Engineering, Tan Kah Kee College, Xiamen University, Xiamen 363105, China)

A set of experimental platform for signals and systems is designed through the use of Matlab Web Server and graphical user interface in Matlab. This platform includes the main contents of signals and systems,such as time domain analysis and transform domain analysis for continuous signals and systems, time domain analysis and Z-domain analysis for discrete time signals and systems, etc. The student can complete calculation and simulation of Matlab in the browser, which has far-reaching significance for Matlab remote teaching.

signal and system experiment; remote teaching platform; Matlab Web Server

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.06.038

2015-11-03

連麗紅(1984—),女,福建泉州,碩士,講師,主研方向為嵌入式系統及應用.

TP303

A

1002-4956(2016)6-0150-04