基于MATLAB的CPMS多通道數據擬合系統

何凌磊，李楠，李玉松，亓夫軍

（中國海洋大學信息科學與工程學院，山東青島，266100）

基于MATLAB的CPMS多通道數據擬合系統

何凌磊，李楠，李玉松，亓夫軍

（中國海洋大學信息科學與工程學院，山東青島，266100）

本文基于實驗室自行研制的海上鉆井平臺導管架陰極保護監測系統（CPMS），針對單片機采集到的AD值通過已有函數轉換后誤差較大的問題，利用MATLAB的圖形用戶界面系統開發了一套多通道電壓電流采集數據的擬合系統，解決了單片機在采集多路電壓通道時AD值與真實值之間校準的問題。

數據擬合；MATLAB；校準

0 引言

海上石油鉆井平臺導管架陰極保護監測系統是由犧牲陽極、測試探頭、信號傳輸電纜和數據釆集系統組成。在數據采集系統中需要把測試探頭采集到的電位通過單片機的模數轉換器轉化為數字信號后傳輸到計算機中。但是這些AD值需要通過一些函數關系將其轉換為真實值后，再顯示出來。這些函數關系有的可以由經典理論分析推導得出，但是就工程而言，理論上得出的函數關系，由于一些不可控因素，會產生較大誤差，因此需要采用擬合的方法推到他們之間的函數關系。利用EXCEL對數據進行處理這種方法耗時耗力，不適合現場人員操作，因此利用MATLAB的圖形用戶界面系統開發一套數據擬合軟件十分必要。

1 系統的開發與設計

1.1 理論依據

在MATLAB工具箱里面的擬合函數有高斯曲線擬、最小二乘法擬合、多項式擬合等。多項式數據擬合方法由于可以選擇擬合的次數進而能達到數據擬合精度的要求，因而具有通用性。多項式擬合問題可以歸結為函數逼近問題，它是用多項式函數來逼近一組給定的數據。本質上它是由具體的測試數據找到滿足的一般規律，即由特殊到一般的研究方法。

在獲得AD值與真實值之間時多采用多項式擬合。其擬合函數的為Ployfit，它的語法是p=ployfit（x,y,n），其中x和y是需要擬合的原始數據；n為擬合階數；運算結果為

1.2 設計思路

在海上石油鉆井平臺陰極保護監測中需要采集48個通道的電壓數據和16個通道的電流數據。因此在硬件搭建完成之后，需要對各個通道采集的AD值進行校準。首先把計算機軟件的相關參數清零，使得計算機中顯示并存儲的是單片機傳輸上來的最原始的AD值，并同時采用電壓表記錄當時最原始的數據，然后把計算機中記錄的數據與真實值對比之后，作為擬合的原始數據，通過擬合函數獲得他們之間的關系，并將擬合后得到的數據與原始數據相對比，選取最為接近原始數據的擬合函數關系。

1.3 系統的開發

通過MATLAB的圖形用戶界面(GUI)的設計與開發功能設計和開發出該系統，如圖1所示。

圖1 軟件界面

軟件包括數據輸入模塊，圖像顯示模塊，參數顯示模塊，以及其它操作功能。輸入CPMS檢測儀采集到的AD值和真實值，便可在顯示模塊中獲取其函數關系及擬合結果擬合結果的相關參數如擬合系數、均方根誤差、相對標準偏差等。

1.4 數據實例

以海上鉆井平臺導管架陰極保護監測系統的某一電流通道原始數據為例，我們對通過調整不同的電流，對其采集到的AD值進行記錄，并同時用電流表記錄電流的原始數據，獲得數據如下。

表1 電流通道測試數據

獲得結果如下圖所示：

圖2 擬合結果

從上圖中可以看出電流真實值與采集的AD值之間存在很強的線性關系，擬合系數大于0.99。結果驗證了開發的數據擬合軟件的可行性，可以利用該擬合系統解決單片機在采集多路電壓通道時AD值與真實值之間校準的問題，同時也大大提高了鉆進平臺現場作業的效率。

2 結束語

本文介紹的基于海上石油鉆井平臺的多通道電壓采集數據擬合系統能搞較好的完成單片機采集的AD值和真實值之間校準的問題，找到其中的函數關系，進而減輕現場工作人員的工作量。本系統有較好的人機交互界面，操作簡單，獲得結果直觀，并能根據需求輸出較高精度的函數關系。

[1]宋曉霞.基于MATLAB的通用數據擬合方法[J].山西大同大學學報(自然科學版),2014,(04):1-3+6.

[2]張志廣,周芳,王娟,姜永超. 基于MATLAB的大學物理實驗數據擬合系統[J].科技視界,2014,(10):37-38.

CPMS multi channel data fitting system based on MATLAB

He Linglei，Li Nan，Li Yusong，Qi Fujun
(School of information science and engineering, Ocean University of China, Qingdao Shandong, 266100)

This paper developed offshore platform jacket cathodic protection monitoring system based on MCU(CPMS), according to the collected AD value problem of error through the existing conversion function,fitting system developed a set of multi channel data acquisition of voltage and current by using the graphical user interface of the MATLAB system, SCM solutions in the collection multiple voltage channel AD value and true value of the calibration problem

data fitting;MATLAB;calibration

何凌磊（1992-），男，河南南陽人，碩士研究生，主要研究方向：嵌入式硬件、組態軟件設計。

亓夫軍（1964-），男，山東萊蕪人，副教授，碩士。主要研究方向：海洋電磁發射、電源設計制造。