LabVIEW與MATLAB的混合編程技術淺析

宋凡峰 吳廣祥

【摘 要】MATLAB是一種高效率的工程計算軟件，LabVIEW是一種高性能的圖形化虛擬儀器編程軟件，本文首先分析了幾種LabVIEW與MATLAB混合編程技術的優缺點，然后在LabVIEW中通過MATLAB Script節點調用MATLAB，利用MATLAB圖像處理工具箱中的函數進行圖像處理。

【關鍵詞】虛擬儀器；LabVIEW；MATLAB Script

MATLAB是一款強大的科學計算軟件，它集數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，針對不同領域的應用，具有信號處理、圖像處理、神經網絡等幾十個專用工具箱；MATLAB缺點在于界面開發能力較差，并且數據輸入、網絡通信、硬件控制等方面都比較繁瑣。

虛擬儀器是是一個按照儀器需求組織的數據采集系統，LabVIEW是開發虛擬儀器的、基于圖形化編程G語言的高效軟件，它圖形界面豐富，可以容易地制作各種界面。但在對各種算法的支持方面，LabVIEW的工具箱非常有限，這就限制了大型應用程序的快速開發。

如果能把二者的優點想整合，利用混合編程技術在LabVIEW中調用和操作MATLAB，就可以相互補充，充分發揮兩者的優勢，開發出高效率的虛擬儀器。

一、LabVIEW中調用和操作MATLAB的方法

LabVIEW和MATLAB混合編程的實現主要有以下幾種方法。

（一）利用MATLAB Script節點調用MATLAB算法

在MATLAB Script節點中，用戶可以編輯MATLAB程序，也可以直接調入已經存在的MATLAB程序，并在LabVIEW環境下運行。用戶可以很方便地在自己的LabVIEW應用程序中使用MATLAB編寫的算法和功能豐富的工具箱。

MATLAB Script節點對輸入、輸出數據的類型有明確的要求。目前兩者之間的數據通信僅支持Real、Real Vector、Real Matrix、Complex、Vector Complex、Matrix六種格式的數據，而且還必須根據具體情況進行選擇。

用該方法實現LabVIEW與MATLAB的混合編程簡單、實用，其缺點是沒有脫離MATLAB的環境，而只是將它在后臺執行，所以這種方法必須在計算機中安裝有MATLAB。

（二）利用COM組件調用MATLAB算法

COM技術的核心就是二進制接口規范，此規范獨立于編程語言和操作系統。從MATLAB6.5開始增加MATLAB COM Builder功能，它可以幫助用戶將用M語言開發的算法自動、快速地轉變為獨立的COM組件對象。通過COM組件，可以同其他用戶共享已經開發的算法，并且可以免費地隨同COM應用程序發布MATLAB算法。

LabVIEW在其Function》Communication》ActiveX模塊中提供了一組與組件操作相關的子VI，其中Automation Open節點打開一個與COM對象相連的Refnum，然后該Refnum 能夠被傳遞給模塊中的其他函數節點，從而實現具體的COM對象操作，最后Close Automation節點關閉Refnum。

利用COM技術，MATLAB Builder for COM能夠將低速執行的M文件編譯成二進制的COM組件，嵌入到LabVIEW程序中。這種方法對于規模較大，性能、速度、內存管理要求較高的LabVIEW應用程序來說，是非常有利的。

（三）利用動態鏈接庫技術

動態鏈接庫（DLL）是基于Windows程序設計的一個重要的組成部分。在LabVIEW下利用DLL技術調用MATLAB，首先是用m文件翻譯器Matcom將MATLAB的，源文件翻譯為cpp代碼，并編譯為dll文件；然后用LabVIEW提供的調用庫函數（Call Library Function，CLF）節點，在LabVIEW中實現DLL函數的調用。

該方法必須安裝Matcom，但是Matcom對class類和圖形窗口的支持不夠，使得圖像處理的一些功能不能使用，無法畫出像MATLAB中那樣精細的圖像。

比較以上三種方法可知，利用動態鏈接庫的方法不適合調用MATLAB進行圖像處理；利用COM組件可以完成調用MATLAB圖像處理的功能，但比較繁瑣，適合于大型系統設計；利用MATLAB Script節點可以方便地完成MATLAB圖像處理功能，滿足一般需求，開發出小型高效的虛擬儀器系統。

二、LabVIEW與MATLAB混合編程圖像處理的實現

LabVIEW的每個程序就是一個VI，它包括前面板和框圖程序窗口兩部分。在LabVIEW中利用MATLAB Script實現MATLAB圖像處理方法為：在框圖程序窗口中，通過Functions Palette- Mathematics-Formula-MATLAB Script，打開MATLAB Script節點，可以直接在其框圖中寫入MATLAB圖像處理程序，也可以在框圖中點擊右鍵，在彈出菜單中選擇“import”，在對話框中選擇要導入的圖像處理M程序文件即完成了節點程序的寫入。一般情況下推薦使用后者，在MATLAB環境下編譯通過的M文件導入節點可以節省調試時間，提高開發效率。在框圖內書寫或調用文件時要保證每一條語句的完整性，或者完整寫在一行，或者分行要有連接符，否則，程序運行會產生錯誤。MATLAB Script節點的參數傳遞可通過添加輸入輸出完成。在節點邊框上單擊鼠標右鍵，在彈出式菜單中選擇“Add Input”或“Add Output”，注意數字圖像是以矩陣格式存儲的，所以輸入輸出圖像的數據格式選擇為Real Matrix。

三、結束語

通過LabVIEW與MATLAB混合編程，二者揚長避短，優秀的LabVIEW圖形化編程語言與強大的MATLAB工程計算語言結合，必將大大提高虛擬儀器的開發效率。

參考文獻：

[1]楊樂平，李海濤，楊磊.LabVIEW程序設計與應用[M].北京：電子工業出版社，2005.

[2]裴鋒，汪翠英，李資榮.基于LabVIEW的虛擬儀器算法解決方案[J].自動化儀表，2005，26（8）：63-65.

作者簡介：

宋凡峰（1981-），男，山東濟寧人，山東水利職業學院教師，主要從事電氣工程、自動檢測等方面的教學與研究。