Beleženje podatkov z VEX Brain/senzorji (različica Python)

Uvod

V tem članku bomo opisali, kako ustvariti projekt za beleženje podatkov, ki VEX robotu naroči, da zbira podatke z VEX Brain enoto in jih shrani v datoteko CSV na pomnilniški kartici SD za analizo podatkov.

Beleženje podatkov je zmogljivo orodje, ki ga lahko uporabimo za pomoč pri znanstvenem raziskovanju, izvajanju lastnih poskusov in reševanju konkretnih problemov. Z beleženjem podatkov lahko VEX robotu zaupamo različne zanimive in vznemirljive naloge. Spodaj je navedenih nekaj primerov:

• Zbiranje podatkov z razdaljemernim senzorjem za izračun hitrosti robota

• Vožnja robota po učilnici in zbiranje podatkov z optičnim senzorjem za opazovanje sprememb svetlobe na različnih mestih.

• Odprava robota na pot in snemanje koordinatnih podatkov GPS za ustvarjanje zemljevida.

Programerske veščine, potrebne za razvoj projekta za beleženje podatkov

• Uporaba različnih ukazov za zbiranje podatkov z VEX Brain/senzorji in njihovo dodajanje v podatkovno strukturo.

• Zapis podatkov v datoteko z vrednostmi, ločenimi z vejico (CSV), na pomnilniški kartici SD.

Strojna oprema, potrebna za beleženje podatkov:

• VEX Brain (IQ, V5, EXP)

• Pomnilniška kartica SD

• En ali več senzorjev (neobvezno, glede na zahtevane podatke)

Pridobivanje podatkov iz senzorja

VEX robot (IQ, V5, EXP) lahko sprogramiramo tako, da zajema podatke iz naslednjih senzorjev:

• Inercijski senzor

• Razdaljemernik

• Optični senzor

• Vizijski senzor

• Rotacijski senzor (V5, EXP)

• GPS senzor (V5)

Opomba: VEX IQ Brain (2. generacija) in VEX EXP Brain imata vgrajen inercijski senzor. Podatke inercijskega senzorja lahko zbiramo neposredno z navedenih VEX Brain enot.

V tem članku bomo razvili projekt za beleženje podatkov, ki zbira podatke o pospeševanju z VEX IQ Brain enoto (2. gen.) in jih shranjuje na pomnilniško kartico SD.

Najprej moramo napisati kratki program za pridobivanje odčitkov iz časovnika in inercijskega senzorja, vgrajenega v VEX IQ Brain (2. gen.).

• Na začetku programa moramo uvoziti Python module za upravljanje VEX IQ Brain enote (2. gen.) in pridobivanje podatkov iz nje. Začnite tako, da projektu dodate naslednje ukaze.

• # Library imports

• Nato dodajte kodo za deklaracijo spremenljivke numOfDataEntries, ki bo shranjevala število podatkovnih vnosov za snemanje, deklaracijo spremenljivke polling_delay_msec, ki bo shranjevala vrednost časovnega intervala za branje podatkov, ter ustvarite prazno spremenljivko tipa niz data_buffer za shranjevanje podatkov, prebranih iz senzorja.

• numOfDataEntries = 100

• Ker bomo za dodajanje časovnega žiga k podatkom uporabili trenutno vrednost časovnika, moramo vrednost časovnika ponastaviti na 0 sekund, preden začnemo zbirati podatke.

• # Add timer initialization code

• Preden uporabimo ukaz, ki pridobiva podatke iz VEX IQ Brain (2. gen.) in jih zapisuje v medpomnilnik, ga moramo najprej razumeti. Naslednji ukaz doda trenutno vrednost časovnika v spremenljivko data_buffer v določeni obliki.

  

  Razčlenimo oblikovni niz „%1.3f":

  • „%": Uvede pretvorni določevalnik.

  • „1": Označuje najmanjše število znakov, ki morajo biti prisotni v nizu.

  • „.3": Določa število decimalnih mest v oblikovani številki.

  • „f": Označuje, da je vrednost, ki jo je treba oblikovati, število s plavajočo vejico.

  Oblikovni niz „%1.3f" torej lahko uporabimo za oblikovanje števila s plavajočo vejico z najmanjšo širino 1 znaka in natančnostjo 3 decimalnih mest.

• Zdaj lahko preberemo vrednost časovnika in vrednost pospeška inercijskega senzorja, vgrajenega v VEX IQ Brain (2. gen.), ter podatke dodamo v spremenljivko data_buffer v določeni obliki.

• # Commands to write the data to buffer

  

• Opomba: „\n" je znak za novo vrstico. Označuje konec trenutne vrstice in začetek nove.

• Nato, da v spremenljivko data_buffer posnamemo določeno število podatkovnih vnosov, lahko uporabimo zanko for, ki bo večkrat izvedla ukaze za pridobivanje podatkov in njihovo dodajanje v spremenljivko data_buffer. Vrednost spremenljivke numOfDataEntries bo določala število ponovitev.

• # Data Generation

• Zaenkrat naš program snema podatke tako hitro, kot je le mogoče. Vendar pa želimo podatke snemati v določenih časovnih intervalih. Zato lahko v zanki for uporabimo funkcijo wait(), ki program zaustavi in s tem doda določen časovni interval med dvema odčitkoma. Vrednost spremenljivke polling_delay_msec bo določala vrednost časovnega intervala.

• # Data Generation

Čestitamo! Zaključili smo program za pridobivanje odčitkov (podatkov o pospeševanju) iz inercijskega senzorja, vgrajenega v VEX Brain. Zdaj bomo spoznali, kako zapisati podatke v datoteko CSV na pomnilniški kartici SD.

# Library imports

Vstavljanje pomnilniške kartice SD v VEX Brain

Preden zapišemo podatke v datoteko na pomnilniški kartici SD, jo najprej vstavite v reže za kartico SD na VEX Brain enoti.

Opomba: Pomnilniško kartico SD formatirajte v sistem FAT32 za zapis podatkov. Priporočamo uporabo kartic SD z zmogljivostjo 32 GB ali manj.

Da zagotovimo, da se zapis podatkov v datoteko na pomnilniški kartici SD izvede pod ustreznimi pogoji, moramo dodati kodo za preverjanje, ali je kartica SD pravilno vstavljena v VEX IQ Brain (2. gen.).

• Uporabite funkcijo brain.sdcard.is_inserted() za preverjanje, ali je kartica SD vstavljena. Če kartica SD ni vstavljena, se na zaslonu VEX IQ Brain prikaže ustrezno sporočilo in program se zaustavi.

• # Hold the program if the SD card is not inserted

• Opomba: Funkcija brain.sdcard.is_inserted() vrne vrednost True, če je kartica SD vstavljena v Brain enoto.

Zapis podatkov v datoteko CSV na pomnilniški kartici SD

Naš program zdaj zmore zbirati podatke z VEX IQ Brain (2. gen.). Da dokončamo projekt za beleženje podatkov, moramo zapisati podatke v datoteko z vrednostmi, ločenimi z vejico (CSV), na pomnilniški kartici SD za poznejši pregled in analizo.

• Ko v datoteko CSV zapisujemo različne vrste podatkov, je koristno vedeti, katero vrsto podatkov vsebuje posamezni stolpec. To dosežemo tako, da v spremenljivko data_buffer pred snemanjem podatkov dodamo besedilo glave CSV. Dodajte torej kodo za deklaracijo spremenljivke csvHeaderText za shranjevanje besedila glave CSV z imeni stolpcev datoteke CSV ter deklaracijo spremenljivke sd_file_name za shranjevanje imena datoteke CSV, ki bo zapisana na pomnilniško kartico SD.

• csvHeaderText = 

Opomba: Zagotovite, da so glave v enakem vrstnem redu kot podatki, shranjeni v spremenljivki data_buffer.

• Nato dodajte besedilo glave CSV v niz data_buffer pred zanko for za zbiranje podatkov.

• # Create CSV Header

• Preden zapišemo podatke v datoteko na pomnilniški kartici SD, spoznajmo, kako uporabiti funkcijo brain.sdcard.savefile().

  

  Ta ukaz zapiše podatke, shranjene v spremenljivki data_buffer, v poimenovano datoteko CSV na pomnilniški kartici SD.
  Razčlenimo ga:

  • brain.sdcard.savefile(): Ta funkcija shrani polje bajtov (bytearray) v poimenovano datoteko na pomnilniški kartici SD. Funkcija vrne število bajtov, zapisanih v datoteko.

  • sd_file_name: Prvi parameter funkcije. Določa ime datoteke za zapis. V tem projektu je ime datoteke shranjeno v spremenljivki sd_file_name.

  • bytearray(data_buffer,'utf-8'): Drugi parameter funkcije. Predstavlja polje bajtov (bytearray), ki ga je treba zapisati v datoteko.

    • • bytearray(): Ta metoda ustvari spremenljivo polje bajtov. V tem ukazu jo uporabimo za pretvorbo niza v polje bajtov z določitvijo kodiranja.

      • data_buffer: Prvi parameter metode. Določa vir, ki ga je treba pretvoriti v polje bajtov. V tem projektu je vir podatek, shranjen v spremenljivki data_buffer.

      • „utf-8": Drugi parameter metode. Določa kodiranje, uporabljeno za kodiranje niza. V tem ukazu je kodiranje „utf-8".

• Po zanki for za zbiranje podatkov uporabite funkcijo brain.sdcard.savefile() za zapis podatkov, shranjenih v spremenljivki data_buffer, v datoteko CSV na pomnilniški kartici SD. Poleg tega dodajte kodo za preverjanje povratne vrednosti funkcije brain.sdcard.savefile(), s katero preverite, ali so bili podatki uspešno zapisani v datoteko, ter na zaslonu VEX IQ Brain prikažite ustrezno sporočilo za sprotne povratne informacije. Stavek if na koncu doda sporočilo o stanju datoteke — izpiše bodisi SD Write Error bodisi Data Written.

• # CSV Data Generation

• Opomba: Funkcija brain.sdcard.savefile() vrne število bajtov, zapisanih v datoteko. V tem projektu jo uporabimo za zapis zbranih podatkov v datoteko CSV, zato mora biti število zapisanih bajtov večje od nič. Z drugimi besedami: če funkcija brain.sdcard.savefile() vrne 0, lahko sklepamo, da podatki niso bili uspešno zapisani v datoteko. V nasprotnem primeru so bili podatki v datoteko zapisani.

Čestitamo! Razvili smo projekt za beleženje podatkov, ki zbira podatke o pospeševanju z VEX IQ Brain enoto (2. gen.) in jih shranjuje v datoteko CSV na pomnilniški kartici SD. Zdaj bomo spoznali, kako odpreti datoteko CSV za analizo podatkov.

# Library imports

Odpiranje datoteke CSV za analizo podatkov

Ko so podatki zapisani v datoteko CSV na pomnilniški kartici SD, jo lahko odpremo s pregledničarsko aplikacijo za branje in analizo podatkov.

Opomba: Dve najpogostejši pregledničarski aplikaciji sta Google Sheets in Microsoft Excel. V tem članku bomo za odpiranje datoteke CSV na pomnilniški kartici SD uporabili Google Sheets (spletna različica). Postopek z drugimi aplikacijami je podoben.

• Odstranite kartico SD iz reže za kartico SD na VEX IQ Brain enoti. Če ima računalnik vgrajeno režo za kartico Micro SD, jo lahko vstavite neposredno vanjo. V nasprotnem primeru vstavite kartico SD v adapter za kartico SD in adapter priključite na računalnik.

• Prijavite se v račun Google in odprite Google Sheets. Ustvarite novo preglednico.

• V preglednici odprite meni „Datoteka", izberite „Uvozi" -> „Naloži" -> gumb „Prebrskaj", nato izberite datoteko CSV na računalniku. Po nalaganju datoteke CSV kliknite gumb „Uvozi podatke". Po uvozu podatkov kliknite „Odpri zdaj", da si ogledate zbrane podatke v datoteki CSV.

  

• (Neobvezno) Enostaven način analize podatkov je risanje grafa in iskanje trendov v podatkih. V preglednici odprite meni „Vstavi" in izberite „Graf", da narišete graf s podatki iz datoteke CSV. Spodnji graf prikazuje rezultat podatkov o pospeševanju, zbranih z VEX IQ Brain enoto (2. gen.).

  

  Opomba: Z urejevalnikom grafov (Chart editor) lahko izberete drugačno vrsto grafa ali ga urejate glede na svoje potrebe.

S tem smo zaključili projekt za beleženje podatkov, ki zbira podatke z VEX IQ Brain enoto (2. gen.) in jih shranjuje v datoteko CSV na pomnilniški kartici SD. Prav tako smo se naučili, kako brati datoteko CSV na pomnilniški kartici SD z aplikacijo Google Sheets in ustvariti graf za nadaljnjo analizo. Kaj sledi? Poskusite načrtovati bolj vznemirljive poskuse z VEX robotom za beleženje podatkov, opazujte, kako spreminjajoči se okoljski dejavniki vplivajo na različne vrste podatkov, in pridobite poglobljeno razumevanje sveta okoli nas.