何凌磊，李楠，李玉松，亓夫軍

（中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島，266100）

基于MATLAB的CPMS多通道數(shù)據(jù)擬合系統(tǒng)

何凌磊，李楠，李玉松，亓夫軍

（中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)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(dǎo)管架陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)（CPMS），針對單片機(jī)采集到的AD值通過已有函數(shù)轉(zhuǎn)換后誤差較大的問題，利用MATLAB的圖形用戶界面系統(tǒng)開發(fā)了一套多通道電壓電流采集數(shù)據(jù)的擬合系統(tǒng)，解決了單片機(jī)在采集多路電壓通道時AD值與真實值之間校準(zhǔn)的問題。

數(shù)據(jù)擬合；MATLAB；校準(zhǔn)

0 引言

海上石油鉆井平臺導(dǎo)管架陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)是由犧牲陽極、測試探頭、信號傳輸電纜和數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)組成。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中需要把測試探頭采集到的電位通過單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中。但是這些AD值需要通過一些函數(shù)關(guān)系將其轉(zhuǎn)換為真實值后，再顯示出來。這些函數(shù)關(guān)系有的可以由經(jīng)典理論分析推導(dǎo)得出，但是就工程而言，理論上得出的函數(shù)關(guān)系，由于一些不可控因素，會產(chǎn)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(shù)關(guān)系。利用EXCEL對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理這種方法耗時耗力，不適合現(xiàn)場人員操作，因此利用MATLAB的圖形用戶界面系統(tǒng)開發(fā)一套數(shù)據(jù)擬合軟件十分必要。

1 系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計

1.1 理論依據(jù)

在MATLAB工具箱里面的擬合函數(shù)有高斯曲線擬、最小二乘法擬合、多項式擬合等。多項式數(shù)據(jù)擬合方法由于可以選擇擬合的次數(shù)進(jìn)而能達(dá)到數(shù)據(jù)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(jié)為函數(shù)逼近問題，它是用多項式函數(shù)來逼近一組給定的數(shù)據(jù)。本質(zhì)上它是由具體的測試數(shù)據(jù)找到滿足的一般規(guī)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(shù)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(shù)據(jù)；n為擬合階數(shù)；運算結(jié)果為

1.2 設(shè)計思路

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

1.3 系統(tǒng)的開發(fā)

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

圖1 軟件界面

軟件包括數(shù)據(jù)輸入模塊，圖像顯示模塊，參數(shù)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(shù)關(guān)系及擬合結(jié)果擬合結(jié)果的相關(guān)參數(shù)如擬合系數(shù)、均方根誤差、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差等。

1.4 數(shù)據(jù)實例

以海上鉆井平臺導(dǎo)管架陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)的某一電流通道原始數(shù)據(jù)為例，我們對通過調(diào)整不同的電流，對其采集到的AD值進(jìn)行記錄，并同時用電流表記錄電流的原始數(shù)據(jù)，獲得數(shù)據(jù)如下。

表1 電流通道測試數(shù)據(jù)

獲得結(jié)果如下圖所示：

圖2 擬合結(jié)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(qiáng)的線性關(guān)系，擬合系數(shù)大于0.99。結(jié)果驗證了開發(fā)的數(shù)據(jù)擬合軟件的可行性，可以利用該擬合系統(tǒng)解決單片機(jī)在采集多路電壓通道時AD值與真實值之間校準(zhǔn)的問題，同時也大大提高了鉆進(jìn)平臺現(xiàn)場作業(yè)的效率。

2 結(jié)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(shù)據(jù)擬合系統(tǒng)能搞較好的完成單片機(jī)采集的AD值和真實值之間校準(zhǔn)的問題，找到其中的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而減輕現(xiàn)場工作人員的工作量。本系統(tǒng)有較好的人機(jī)交互界面，操作簡單，獲得結(jié)果直觀，并能根據(jù)需求輸出較高精度的函數(shù)關(guān)系。

[1]宋曉霞.基于MATLAB的通用數(shù)據(jù)擬合方法[J].山西大同大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,(04):1-3+6.

[2]張志廣,周芳,王娟,姜永超. 基于MATLAB的大學(xué)物理實驗數(shù)據(jù)擬合系統(tǒng)[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(tài)軟件設(shè)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(fā)射、電源設(shè)計制造。