使用MATLAB GUI实现伏安法测电阻

一、核心MATLAB代码实现

以下代码提供了GUI的核心逻辑和关键函数，你可以在GUIDE自动生成的对应回调函数中填入这些代码。

1. 初始化与数据定义 (在OpeningFcn中)

function voltammetry_gui_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)
    % 初始化电压范围（例如0-10V，步长0.5V）
    handles.voltage = 0:0.5:10; % 单位：V
    % 预设几种典型电阻（用于模拟）
    handles.presetResistors = [100, 500, 1000, 5000]; % 单位：Ω
    handles.currentResistor = handles.presetResistors(1); % 默认100Ω
    % 根据欧姆定律生成理论电流值 I = U / R，并添加一些随机噪声
    handles = generateData(handles);
    % 更新GUI显示
    guidata(hObject, handles);
    updatePlot(handles);
    updateTable(handles);
end

function handles = generateData(handles)
    % 生成带噪声的模拟实验数据
    theoreticalCurrent = handles.voltage / handles.currentResistor; % 理论电流
    % 添加高斯随机噪声（模拟测量误差），噪声强度可调
    noiseLevel = 0.02; % 2%的噪声
    noise = noiseLevel * theoreticalCurrent .* randn(size(theoreticalCurrent));
    handles.current = theoreticalCurrent + noise; % 模拟测量到的电流值
    handles.measuredData = [handles.voltage', handles.current']; % 存储为两列数据
end

2. 关键回调函数实现

将以下代码分别填入对应按钮的回调函数(Callback)中。

% --- “开始实验/生成数据”按钮回调函数 ---
function btnGenerate_Callback(hObject, eventdata, handles)
    % 从弹出菜单获取用户选择的预设电阻值
    selectedIdx = get(handles.popupResistor, 'Value');
    handles.currentResistor = handles.presetResistors(selectedIdx);
    % 重新生成数据
    handles = generateData(handles);
    guidata(hObject, handles);
    updatePlot(handles);
    updateTable(handles);
    % 清空之前的拟合结果
    set(handles.textResult, 'String', '点击“线性拟合”计算电阻');
end

% --- “线性拟合”按钮回调函数 ---
function btnFit_Callback(hObject, eventdata, handles)
    data = handles.measuredData;
    U = data(:, 1);
    I = data(:, 2);
    % 使用一次多项式拟合（即线性拟合），拟合结果为 y = p(1)*x + p(2)
    % 这里拟合 I = k * U， 但注意理想情况是 U = R*I， 所以需要转换
    % 更稳定的做法是直接对 U = R*I 进行拟合，即用 I 做自变量，U 做因变量
    p = polyfit(I, U, 1); % 拟合 U = p(1)*I + p(2)
    fittedResistance = p(1); % 斜率即为电阻 R
    offset = p(2); % 截距（理论上应为0，非零可能系统误差）
    % 计算拟合优度 R²
    U_fitted = polyval(p, I);
    ss_res = sum((U - U_fitted).^2);
    ss_tot = sum((U - mean(U)).^2);
    r_squared = 1 - (ss_res / ss_tot);
    % 在结果区显示
    resultStr = sprintf('拟合结果：\n电阻 R = %.2f Ω\n截距 = %.4f V\nR² = %.4f', ...
                        fittedResistance, offset, r_squared);
    set(handles.textResult, 'String', resultStr);
    % 在图上绘制拟合直线
    hold(handles.axesPlot, 'on');
    % 生成用于绘制直线的电流点
    I_fine = linspace(min(I), max(I), 100);
    U_fine = polyval(p, I_fine);
    plot(handles.axesPlot, I_fine, U_fine, 'r-', 'LineWidth', 2, ...
         'DisplayName', sprintf('拟合直线 (R=%.1fΩ)', fittedResistance));
    legend(handles.axesPlot, 'show', 'Location', 'northwest');
    hold(handles.axesPlot, 'off');
end

% --- “添加噪声”按钮回调函数 ---
function btnAddNoise_Callback(hObject, eventdata, handles)
    % 在现有数据上额外添加一次噪声
    currentNoise = 0.01 * handles.current .* randn(size(handles.current));
    handles.current = handles.current + currentNoise;
    handles.measuredData = [handles.voltage', handles.current'];
    guidata(hObject, handles);
    updatePlot(handles);
    updateTable(handles);
    % 提示用户数据已更新
    set(handles.textResult, 'String', '已添加随机噪声，请重新拟合。');
end

3. 更新图形和表格的辅助函数

这些函数应在GUI的同一.m文件内定义。

function updatePlot(handles)
    axes(handles.axesPlot);
    cla; % 清除当前坐标轴
    data = handles.measuredData;
    plot(data(:,2), data(:,1), 'bo', 'MarkerSize', 8, 'MarkerFaceColor', 'b', ...
         'DisplayName', '测量数据');
    xlabel('电流 I (A)');
    ylabel('电压 U (V)');
    title('伏安特性曲线 (U-I 曲线)');
    grid on;
    legend('Location', 'northwest');
end

function updateTable(handles)
    % 将数据更新到表格控件 uitable1
    set(handles.uitable1, 'Data', handles.measuredData);
    % 可以设置列名
    set(handles.uitable1, 'ColumnName', {'电压 (V)', '电流 (A)'});
end

参考代码 matlab gui 实现伏安法测电阻 www.3dddown.com/cna/97178.html

二、使用与扩展建议

1. 如何运行：

   • 将上述代码整合到GUIDE创建的.fig和.m文件中，确保控件标签（如axesPlot, btnFit）与代码中的handles结构体字段名一致。
   • 直接运行.m文件即可启动GUI。

2. 功能扩展方向：

   • 真实数据导入：增加一个按钮，使用uigetfile函数读取外部文本或Excel文件中的实测电压电流数据。
   • 非线性元件：在电阻选择菜单中加入二极管等元件，模拟其非线性的伏安特性曲线。
   • 误差分析：增加文本框输入电流表和电压表的内阻，分析它们带来的系统误差并进行修正计算。
   • 报告生成：增加“导出图表”按钮，使用print或saveas函数将结果图保存为图片或PDF。

3. 注意事项：

   • 版本兼容：如果使用更新的MATLAB版本（R2016a以后），推荐使用更现代的 App Designer 进行开发，其组件更丰富，布局更灵活，但底层逻辑与GUIDE类似。
   • 拟合方向：代码中采用 I为自变量，U为因变量 进行拟合，这更符合伏安法测量电阻的物理定义（R = U / I），拟合结果通常比用U拟合I更稳定。