幽冥大陆(三十一)MATLAB 语言智慧农业电子秤读取——东方仙盟炼气期

代码

classdef ScaleDialog < matlab.apps.AppBase

    % 公共属性（UI 组件）
    properties (Access = public)
        MainFigure          matlab.ui.Figure          % 主窗口
        CurrentWeightLabel  matlab.ui.control.Label   % 当前重量显示标签
        StatusLabel         matlab.ui.control.Label   % 状态提示标签
        CancelButton        matlab.ui.control.Button  % 取消按钮
        WeightDescLabel     matlab.ui.control.Label   % 重量描述标签
    end

    % 私有属性（业务逻辑变量）
    properties (Access = private)
        SerialPort          % 串口对象
        PortName            string  % 串口号（外部传入）
        RecentWeights       double[]  % 存储最近6次重量
        StableWeight        double  % 最终稳定重量
        IsRunning           logical  % 程序运行标志
        Epsilon             double  % 浮点数精度容忍度
        SerialTimer         matlab.ui.control.Timer  % 串口数据读取定时器
    end

    % 构造函数：接收串口号和窗口标题
    methods (Access = public)
        function app = ScaleDialog(portName, title)
            % 初始化属性
            app.PortName = portName;
            app.StableWeight = -1;
            app.IsRunning = true;
            app.Epsilon = 0.001;
            app.RecentWeights = [];

            % 创建UI界面
            app.createUI(title);

            % 初始化串口
            app.initSerial();

            % 启动定时器读取串口数据（100ms间隔）
            app.SerialTimer = timer('Period', 0.1, 'ExecutionMode', 'fixedRate', ...
                'TimerFcn', @(src,evt)app.readSerialData(), 'StopFcn', @(src,evt)app.cleanupSerial());
            start(app.SerialTimer);
        end
    end

    % 创建UI界面
    methods (Access = private)
        function createUI(app, title)
            % 主窗口配置
            app.MainFigure = uifigure('Name', title, 'Position', [100, 100, 300, 200]);
            app.MainFigure.Resize = false;
            app.MainFigure.CloseRequestFcn = @(src,evt)app.closeDialog();

            % 重量描述标签
            app.WeightDescLabel = uilabel(app.MainFigure, 'Text', '当前重量：', ...
                'Position', [20, 150, 60, 20]);

            % 当前重量显示标签
            app.CurrentWeightLabel = uilabel(app.MainFigure, 'Text', '-- kg', ...
                'Position', [90, 150, 100, 20], 'FontSize', 12);

            % 状态提示标签
            app.StatusLabel = uilabel(app.MainFigure, 'Text', '等待数据稳定（连续6次相同值）...', ...
                'Position', [20, 100, 250, 20]);

            % 取消按钮
            app.CancelButton = uibutton(app.MainFigure, 'push', 'Text', '取消', ...
                'Position', [180, 50, 75, 30], 'ButtonPushedFcn', @(src,evt)app.closeDialog());
        end
    end

    % 初始化串口
    methods (Access = private)
        function initSerial(app)
            try
                % 检查串口工具箱是否安装
                if ~license('test', 'instrumentcontroltoolbox')
                    error('未安装 Instrument Control Toolbox，无法使用串口功能');
                end

                % 创建串口对象（MATLAB R2022b+ 推荐使用 serialport 类）
                app.SerialPort = serialport(app.PortName, 9600, ...
                    'Parity', 'none', 'DataBits', 8, 'StopBits', 1, ...
                    'Timeout', 0.5);

                % 更新状态标签
                app.StatusLabel.Text = sprintf('串口 %s 已打开，等待数据...', app.PortName);
            catch err
                % 串口打开失败，弹窗提示并关闭窗口
                uialert(app.MainFigure, err.Message, '串口打开失败', 'Icon', 'error');
                app.closeDialog();
            end
        end
    end

    % 读取串口数据（定时器回调函数）
    methods (Access = private)
        function readSerialData(app)
            if ~app.IsRunning || ~isvalid(app.SerialPort)
                return;
            end

            try
                % 读取串口数据（按行读取，去除首尾空格）
                data = readline(app.SerialPort);
                data = strtrim(data);

                if ~isempty(data)
                    % 解析重量数据
                    weight = app.tryParseWeight(data);
                    if ~isnan(weight)
                        % 更新UI显示当前重量
                        app.CurrentWeightLabel.Text = sprintf('%.3f kg', weight);

                        % 检查是否稳定
                        app.checkStableWeight(weight);
                    end
                end
            catch err
                % 数据读取错误，仅提示一次
                if app.IsRunning
                    uialert(app.MainFigure, sprintf('数据读取错误：%s', err.Message), '错误', 'Icon', 'error');
                    app.IsRunning = false;
                end
            end
        end
    end

    % 解析重量数据（提取字符串中的数字部分）
    methods (Access = private)
        function weight = tryParseWeight(app, data)
            weight = NaN;
            % 匹配整数、小数（支持正负号）
            numericPart = regexp(data, '[-+]?\d+\.?\d*', 'match');
            if ~isempty(numericPart)
                % 转换为数值
                weight = str2double(numericPart{1});
            end
        end
    end

    % 检查是否连续6次相同重量
    methods (Access = private)
        function checkStableWeight(app, currentWeight)
            % 保留最近6次数据
            app.RecentWeights = [app.RecentWeights, currentWeight];
            if length(app.RecentWeights) > 6
                app.RecentWeights(1) = [];
            end

            % 检查是否稳定（6次数据且全部在误差范围内）
            if length(app.RecentWeights) == 6 && app.allEqual()
                app.StableWeight = currentWeight;
                app.IsRunning = false;

                % 关闭串口和定时器
                app.cleanupSerial();

                % 更新状态并延迟关闭窗口
                app.StatusLabel.Text = sprintf('数据稳定：%.3f kg，自动确认中...', app.StableWeight);
                pause(1);  % 延迟1秒让用户看到状态
                app.closeDialog();
            end
        end
    end

    % 检查列表中所有元素是否相等（考虑浮点数精度）
    methods (Access = private)
        function isEqual = allEqual(app)
            isEqual = false;
            if isempty(app.RecentWeights)
                return;
            end
            firstWeight = app.RecentWeights(1);
            % 所有元素与第一个元素的差值均小于容忍度
            isEqual = all(abs(app.RecentWeights - firstWeight) < app.Epsilon);
        end
    end

    % 清理串口资源
    methods (Access = private)
        function cleanupSerial(app)
            if isvalid(app.SerialPort)
                fclose(app.SerialPort);
                delete(app.SerialPort);
            end
            if isvalid(app.SerialTimer)
                stop(app.SerialTimer);
                delete(app.SerialTimer);
            end
        end
    end

    % 关闭对话框
    methods (Access = private)
        function closeDialog(app)
            app.IsRunning = false;
            app.cleanupSerial();
            if isvalid(app.MainFigure)
                delete(app.MainFigure);
            end
        end
    end

    % 对外提供稳定重量的访问接口
    methods (Access = public)
        function weight = getStableWeight(app)
            weight = app.StableWeight;
        end
    end

end

% -------------------------------------------------------------------------
% 主程序入口（示例调用）
% -------------------------------------------------------------------------
function main()
    % 传入串口号和窗口标题（根据实际设备修改串口号）
    portName = "COM3";
    title = "生鲜电子秤采集";

    % 创建并显示对话框
    app = ScaleDialog(portName, title);
    waitfor(app.MainFigure);  % 等待窗口关闭

    % 获取稳定重量并显示结果
    stableWeight = app.getStableWeight();
    if stableWeight ~= -1
        uialert(uifigure('Visible', 'off'), ...
            sprintf('最终稳定重量：%.3f kg', stableWeight), ...
            '采集完成', 'Icon', 'info');
    end
end

实现说明

1. 环境要求

• MATLAB 版本：R2022b 及以上（推荐，serialport 类为新版本推荐，旧版本可替换为 serial 类）
• 必需工具箱：Instrument Control Toolbox（用于串口通信）
• 无需额外安装第三方库，依赖均为 MATLAB 原生支持

2. 核心功能与原 C# 版本一致

• 串口通信：支持 9600 波特率、无校验、8 数据位、1 停止位（参数可调整）
• 数据解析：提取字符串中的数字部分（支持整数、小数、正负号）
• 稳定判定：连续 6 次读取到相同（或误差 < 0.001）重量时判定为稳定
• GUI 界面：与原程序布局一致（重量显示、状态提示、取消按钮）
• 错误处理：串口打开失败、数据读取错误均有弹窗提示
• 资源清理：关闭窗口或取消时自动释放串口和定时器资源

3. 关键细节说明

（1）串口通信

• 使用 MATLAB 新版本推荐的 serialport 类（旧版本可替换为 serial 类，需调整代码：fopen/fread 替换 readline）
• 通过定时器（100ms 间隔）读取串口数据，避免阻塞 UI 线程
• 支持 Windows（COMx）、Linux（/dev/ttyUSBx）、macOS（/dev/cu.usbserial-*）跨平台串口格式

（2）UI 构建

• 采用 MATLAB 面向对象的 AppBase 框架，符合现代 MATLAB App 开发规范
• 窗口固定大小（300x200），居中显示，不可缩放
• 所有 UI 组件通过代码动态创建，无需手动设计 App Designer 界面

（3）稳定判定逻辑

• 使用 RecentWeights 数组存储最近 6 次重量，超过 6 个时移除最早数据
• 浮点数比较考虑硬件抖动，使用 Epsilon = 0.001 容忍微小误差
• 稳定后延迟 1 秒关闭窗口，让用户清晰看到稳定状态

4. 运行方法

1. 打开 MATLAB，新建脚本文件，将上述代码复制粘贴保存（文件名建议为 ScaleDialog.m）
2. 找到 main 函数，修改 portName 为实际电子秤的串口号（如 Windows 为 COM3，Linux 为 /dev/ttyUSB0）
3. 在 MATLAB 命令行输入 main() 运行程序
4. 程序启动后，窗口将显示当前重量和状态，连续 6 次稳定后自动关闭并弹窗显示结果
5. 可点击「取消」按钮随时终止采集

5. 旧版本 MATLAB 适配（R2022b 以下）

若使用旧版本 MATLAB（如 R2019b），需将 serialport 替换为 serial 类，修改 initSerial 和 readSerialData 方法：

matlab

% 旧版本：初始化串口（替换 initSerial 方法）
function initSerial(app)
    try
        if ~license('test', 'instrumentcontroltoolbox')
            error('未安装 Instrument Control Toolbox');
        end
        % 使用 serial 类（旧版本）
        app.SerialPort = serial(app.PortName);
        app.SerialPort.BaudRate = 9600;
        app.SerialPort.Parity = 'none';
        app.SerialPort.DataBits = 8;
        app.SerialPort.StopBits = 1;
        app.SerialPort.Timeout = 0.5;
        fopen(app.SerialPort);  % 打开串口
        app.StatusLabel.Text = sprintf('串口 %s 已打开，等待数据...', app.PortName);
    catch err
        uialert(app.MainFigure, err.Message, '串口打开失败', 'Icon', 'error');
        app.closeDialog();
    end
end

% 旧版本：读取串口数据（替换 readSerialData 方法）
function readSerialData(app)
    if ~app.IsRunning || ~isvalid(app.SerialPort) || ~app.SerialPort.IsOpen
        return;
    end

    try
        % 读取数据（按字节读取后转换为字符串）
        data = fread(app.SerialPort, app.SerialPort.BytesAvailable, 'uint8');
        if ~isempty(data)
            data = char(data');
            data = strtrim(data);
            weight = app.tryParseWeight(data);
            if ~isnan(weight)
                app.CurrentWeightLabel.Text = sprintf('%.3f kg', weight);
                app.checkStableWeight(weight);
            end
        end
    catch err
        if app.IsRunning
            uialert(app.MainFigure, sprintf('数据读取错误：%s', err.Message), '错误', 'Icon', 'error');
            app.IsRunning = false;
        end
    end
end

6. 注意事项

• 串口权限：Linux/macOS 系统需给串口添加读写权限（如 sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0）
• 数据协议适配：若电子秤输出格式特殊（如带前缀、校验位），需修改 tryParseWeight 方法的正则表达式
• 工具箱安装：若提示缺少 Instrument Control Toolbox，需在 MATLAB 安装时勾选该工具箱，或通过「附加功能」安装

MATLAB 在电子秤读取中的卓越优势、多元场景及初学者指南

MATLAB 作为一款功能强大的科学计算软件，在电子秤读取领域展现出独特的优势与重要意义。通过对上述代码的深入分析，我们能够全面了解 MATLAB 在这一领域的卓越特性、广泛应用场景以及初学者的学习路径。

MATLAB 电子秤读取的优势与重要意义

1. 强大的数值计算能力：MATLAB 以其卓越的数值计算能力而闻名，它提供了丰富的数学函数库和高精度的数据类型。在电子秤读取应用中，能够精确处理重量数据，确保数据的准确性和稳定性。例如，通过合理设置数据类型和误差容忍度（如代码中的Epsilon参数），可以有效应对浮点数运算带来的精度问题，满足电子秤数据高精度处理的需求。
2. 简洁高效的编程环境：MATLAB 拥有简洁直观的编程语言和交互式开发环境，使得代码编写、调试和测试变得更加高效。开发人员可以快速实现电子秤读取程序的各个功能模块，如串口通信、数据解析、稳定性判断等。这种高效的开发方式能够大大缩短项目的开发周期，提高开发效率。
3. 丰富的工具箱支持：MATLAB 提供了众多功能强大的工具箱，其中Instrument Control Toolbox为串口通信提供了便捷的接口。借助该工具箱，开发人员可以轻松地与电子秤进行串口通信，实现数据的读取和控制。同时，其他工具箱如Signal Processing Toolbox等，还可以对读取到的数据进行进一步的分析和处理，为电子秤数据的应用提供了更多可能性。
4. 良好的可视化能力：MATLAB 具备强大的可视化功能，能够将电子秤读取的数据以直观的图表、图形等形式展示出来。这有助于用户更直观地了解数据的变化趋势和特征，从而做出更准确的决策。例如，可以实时绘制重量随时间的变化曲线，帮助操作人员及时发现异常情况。

10 个应用场景

1. 工业生产质量控制：在制造业生产线上，电子秤用于测量零部件重量。MATLAB 读取电子秤数据，实时监测产品重量是否符合标准，及时发现生产过程中的质量问题，保证产品质量的稳定性。例如，汽车发动机的零部件生产中，通过精确的重量测量来确保产品的一致性。
2. 商业零售结算：在超市、便利店等零售场所，电子秤与 MATLAB 程序结合，快速准确地获取商品重量，自动计算价格并生成小票。这提高了结算效率，减少人工计算误差，为顾客提供便捷的购物体验。
3. 物流包裹称重与计费：物流行业利用电子秤称量包裹重量，MATLAB 读取数据并与物流管理系统集成，自动计算运费、更新库存信息。这有助于优化物流流程，提高物流企业的运营效率和管理水平。
4. 食品加工配料控制：食品加工厂中，精确的配料称重是保证产品质量和口味一致性的关键。MATLAB 读取电子秤数据，按照预设配方准确控制原材料用量，实现自动化生产流程，确保每批次产品的质量稳定。
5. 制药行业药品称量：药品生产对重量精度要求极高，MATLAB 电子秤读取程序用于对药品原料、中间体和成品进行精确称重，严格控制药品剂量，保障药品质量和安全性，符合药品生产的严格规范。
6. 科研实验数据采集：在科研实验室中，电子秤用于精确称量化学试剂、生物样本等。MATLAB 读取重量数据并自动记录，同时进行数据分析和处理，提高实验数据的准确性和记录效率，为科研工作提供可靠的数据支持。
7. 珠宝鉴定与交易：珠宝的价值与重量密切相关，高精度电子秤结合 MATLAB 程序读取重量数据，为珠宝鉴定和定价提供准确依据，确保珠宝交易的公平公正。
8. 农业农产品收购与分级：在农产品收购环节，电子秤称重结合 MATLAB 程序，快速统计农产品重量，根据重量和质量进行分级定价，实现农产品收购的自动化和规范化管理。
9. 环保废弃物回收计量：环保回收企业利用电子秤对回收的废弃物进行称重，MATLAB 读取数据，统计回收量，为废弃物处理和资源再利用提供数据支持，同时便于环保监管。
10. 医疗保健体重监测：在医院、健身房等场所，电子秤用于测量人体体重。MATLAB 读取重量数据，与医疗信息系统或健身管理系统集成，方便医生或教练跟踪患者或会员的体重变化，提供个性化的健康建议。

初学者如何利用

1. 学习基础知识：
   • MATLAB 基础语法：初学者需要掌握 MATLAB 的基本语法，包括变量声明、数据类型（如数值、字符、逻辑等）、运算符、控制结构（如if - else、for循环等）以及函数的定义与调用。理解 MATLAB 的面向对象编程概念，这对于理解和扩展给定的电子秤读取程序至关重要。
   • 串口通信原理：了解串口通信的基本原理，包括波特率、数据位、停止位、奇偶校验等概念。学习如何使用Instrument Control Toolbox进行串口配置和数据读取，掌握串口通信的基本流程和操作。
   • 数据处理与分析：学习 MATLAB 在数据处理和分析方面的特性，如数据滤波、统计分析、曲线拟合等。掌握如何对电子秤读取的数据进行预处理和后处理，以便提取有价值的信息。
2. 深入剖析代码：
   • 运行与观察：将代码复制到 MATLAB 开发环境中运行，观察程序的输出结果。了解程序如何读取电子秤数据、解析重量数据以及判断数据稳定性的过程，熟悉程序的整体运行逻辑。
   • 代码解读：仔细研读代码，分析每个函数和方法的功能。例如，理解ScaleDialog类的定义及其方法（如createUI、initSerial、readSerialData等）的功能，分析main函数中程序的执行流程。逐步跟踪代码执行流程，掌握数据在各个模块之间的传递和处理方式。
3. 实践与创新：
   • 简单修改与测试：尝试对代码进行简单修改，如调整串口参数（波特率、串口号等），观察数据读取的变化；或者修改数据解析方式或调整稳定性判断的条件。通过修改和测试，观察程序行为的变化，加深对代码和相关概念的理解。
   • 功能扩展与优化：根据实际需求对程序进行功能扩展，比如添加数据存储功能，将读取到的重量数据保存到文件或数据库中；或者优化代码性能，提高数据处理效率。在实践过程中，不断积累经验，提升自己的编程能力和解决实际问题的能力。

阿雪技术观

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