Záznam dat pomocí VEX Brain/Sensors (verze Python)

Úvod

V tomto článku budeme diskutovat o tom, jak vytvořit projekt protokolování dat, který dá robotu VEX pokyn, aby sbíral data pomocí VEX Brain a ukládal je do souboru CSV na SD kartu pro analýzu dat.

Záznam dat je mocný nástroj, který můžeme použít k podpoře vědeckého výzkumu, provádění vlastních experimentů a řešení konkrétních problémů. Existují různé zábavné a vzrušující úkoly, které můžeme řídit robotem VEX pomocí protokolování dat. Následuje několik příkladů:

• Sběr dat pomocí senzoru vzdálenosti pro výpočet rychlosti robota
• Řízení robota po třídě a shromažďování dat pomocí optického senzoru pro sledování změn světla na různých místech.
• Vezměte robota na dobrodružství a zaznamenejte data souřadnic GPS pro vytvoření mapy.

Dovednosti kódování potřebné pro vývoj projektu protokolování dat

• Pomocí různých příkazů shromažďujte data pomocí VEX Brain/Sensors a přidejte je do datové struktury.
• Zapište data do souboru CSV (Comma-Separated Values) na SD kartě.

Hardware požadovaný pro protokolování dat:

• Mozek VEX (IQ, V5, EXP)
• SD karta
• Senzor nebo více senzorů (volitelné, podle požadovaných údajů)

Získávání dat ze senzoru

Můžeme naprogramovat robota VEX (IQ, V5, EXP), aby zachytil data z následujících senzorů:

• Inerciální senzor
• Snímač vzdálenosti
• Optický senzor
• Vision Sensor
• Rotační senzor (V5, EXP)
• GPS senzor (V5)

Poznámka: VEX IQ (2. generace) Brain a VEX EXP Brain mají zabudovaný inerciální senzor. S těmito VEX Briany můžeme sbírat data inerciálního senzoru.

V tomto článku vyvineme projekt protokolování dat, který shromažďuje data o zrychlení pomocí VEX IQ Brain (2.) a ukládá je na SD kartu. 

Nejprve musíme napsat krátký program, abychom získali údaje z časovače a inerciálního senzoru zabudovaného ve VEX IQ Brain (2.).

• Na začátku tohoto programu budeme muset importovat moduly Pythonu pro ovládání VEX IQ Brain (2.) a načíst z něj data. Začněte tedy přidáním těchto pokynů do projektu.

• # Knihovna importuje
  z vex import *
  
  # Brain by měl být definován standardně
  brain = Brain()
  brain_inertial = Inertial()

• Dále přidejte kód pro deklarování proměnné numOfDataEntries pro uložení počtu datových záznamů pro záznam, deklarujte proměnnou polling_delay_msec pro uložení hodnoty časového intervalu pro čtení dat a vytvořte prázdnou řetězcovou proměnnou data_buffer k uložení. data načtená ze senzoru.

• numOfDataEntries = 100
  polling_delay_msec = 50
  data_buffer = ""

• Protože budeme k přidání časového razítka k datům používat aktuální hodnotu časovače, musíme před zahájením sběru dat resetovat hodnotu časovače zpět na 0 sekund.

• # Přidání inicializačního kódu časovače
  brain.timer.clear()

• Před použitím instrukce, která načítá data z VEX IQ Brain (2.) a zaznamenává data do vyrovnávací paměti, jí musíme nejprve porozumět.
  Následující instrukce připojí aktuální hodnotu časovače k ​​proměnné data_buffer ve specifickém formátu.

  

  Rozdělme formátovací řetězec “%1.3f“: 

  • „%“: Zavádí specifikátor převodu.
  • „1“: Označuje minimální počet číslic, které má řetězec obsahovat
  • „.3“: Určuje počet desetinných míst, která mají být zahrnuta do formátovaného čísla.
  • „f“: Označuje, že hodnota, která má být formátována, je číslo s plovoucí desetinnou čárkou.

  Můžeme tedy použít formátovací řetězec „%1.3f“ pro formátování čísla s plovoucí desetinnou čárkou s minimální šířkou 1 číslice a přesností na 3 desetinná místa.

• Nyní můžeme přečíst časovač a hodnotu zrychlení inerciálního senzoru vestavěného do VEX IQ Brain (2.) a poté připojit data k proměnné data_buffer ve specifikovaném formátu.

• # Příkazy pro zápis dat do bufferu
  data_buffer += "%1.3f" % brain.timer.value() + "\n"
  data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(XAXIS) + ","
  data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(YAXIS) + ","
  data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(ZAXIS) + "\n"

  

  Poznámka: „\n“ je znak nového řádku. Označuje, že řádek končí zde a začátek nového řádku.

• Poté, abychom zaznamenali určitý počet datových záznamů do proměnné data_buffer , můžeme použít pro smyčku k opakovanému provádění instrukcí, které načítají data a připojují data k proměnné data_buffer po řadu iterací. Naší strategií je použít hodnotu proměnné numOfDataEntries k určení počtu iterací.

• # Generování dat
  pro i v range(0, numOfDataEntries):
  
      # Příkazy pro zápis dat do bufferu
      data_buffer += "%1.3f" % brain.timer.value() + "\n"
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(XAXIS) + ","
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(YAXIS) + ","
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(ZAXIS) + "\n"

• Náš program zatím zaznamenává data tak rychle, jak je to jen možné. Chceme však zaznamenávat data v určitých časových intervalech. Proto můžeme použít funkci wait() ve smyčce for k pozastavení programu a přidání specifického časového intervalu mezi dvěma čteními. Hodnotu proměnné polling_delay_msec použijeme k určení hodnoty časového intervalu.

• # Generování dat
  pro i v range(0, numOfDataEntries):
  
      # Příkazy pro zápis dat do bufferu
      data_buffer += "%1.3f" % brain.timer.value() + "\n"
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(XAXIS) + ","
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(YAXIS) + ","
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(ZAXIS) + "\n"
  
      wait(polling_delay_msec, MSEC)

Gratulujeme! Dokončili jsme program, abychom získali údaje (údaje o zrychlení) z inerciálního senzoru zabudovaného v mozku VEX. Dále prozkoumáme, jak zapsat data do souboru CSV na SD kartu.

# Knihovna importuje
z vex import *

# Brain by měl být definován standardně
brain = Brain()
brain_inertial = Inertial()

numOfDataEntries = 100
polling_delay_msec = 50
data_buffer = ""

# Přidání inicializačního kódu časovače
brain.timer.clear()

# Generování dat
for i in range(0, numOfDataEntries):

    # Příkazy pro zápis dat do bufferu
    data_buffer += "%1.3f" % brain.timer.value() + "\n"
    data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(XAXIS) + ","
    data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(YAXIS) + ","
    data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(ZAXIS) + "\n"

    wait(polling_delay_msec, MSEC)

Připojení SD karty k VEX Brain

Před zápisem dat do souboru na SD kartu nejprve vložte SD kartu do slotu pro SD kartu ve VEX Brain.

Poznámka: Naformátujte SD kartu na FAT32 pro zápis dat. Doporučujeme používat karty SD o velikosti 32 GB nebo méně.

Aby bylo zajištěno, že zápis dat do souboru na SD kartě může být proveden za vhodných podmínek, budeme muset přidat kód pro kontrolu, zda je SD karta správně vložena do VEX IQ Brain (2.).

• Pomocí funkce brain.sdcard.is_inserted() zkontrolujte, zda je vložena SD karta. Pokud není vložena SD karta, zobrazte odpovídající zprávu na obrazovce mozku VEX IQ a podržte program.

• # Pozastaví program, pokud SD karta není vložena
  pokud ne brain.sdcard.is_inserted():
      brain.screen.set_cursor(1,1)
      brain.screen.print("Chybí SD karta")
      while(True):
          wait(5, MSEC)

  Poznámka: () vrací hodnotu True, pokud je do Brainu vložena SD karta.

Zápis dat do souboru CSV na SD kartě

Náš program zatím dokáže sbírat data pomocí VEX IQ Brain (2.). K dokončení projektu protokolování dat musíme data zapsat do souboru CSV (Comma-Separated Values) na SD kartě pro budoucí zkoumání a analýzu.

• Při zápisu různých typů dat do souboru CSV chceme vědět, jaký typ dat každý sloupec obsahuje. K tomu můžeme před záznamem dat připojit text hlavičky CSV k proměnné data_buffer .
  Přidejte tedy kód pro deklaraci proměnné csvHeaderText pro uložení textu hlavičky CSV pro specifikaci názvů sloupců pro soubor CSV a deklarování proměnné sd_file_name pro uložení názvu souboru CSV, do kterého se má zapisovat. SD karta.

• csvHeaderText = "čas, x, y, z"
  sd_file_name = "myDataPY.csv"

Poznámka: Ujistěte se, že záhlaví jsou ve stejném pořadí jako data uložená v proměnné data_buffer.

• Dále připojte text hlavičky CSV k řetězci data_buffer před smyčku for pro sběr dat.

• # Vytvoření hlavičky CSV
  data_buffer = csvHeaderText + "\n"
  
  # Generování dat CSV
  for i in range(0, numOfDataEntries):
  
      # Příkazy pro zápis dat do bufferu
      data_buffer += "%1.3f" % brain.timer.value() + "\n"
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(XAXIS) + ","
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(YAXIS) + ","
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(ZAXIS) + "\n"
  
      wait(polling_delay_msec, MSEC

• Před zápisem dat do souboru na SD kartě se nejprve seznámíme s tím, jak používat funkci brain.sdcard.savefile().
  

  

  
  Tato instrukce zapíše data uložená v proměnné data_buffer do pojmenovaného souboru CSV na SD kartě.
  Pojďme si to rozebrat:

  • brain.sdcard.savefile(): Funkce uloží bajtray do pojmenovaného souboru na SD kartě. Funkce vrací počet bajtů zapsaných do souboru.

  • sd_file_name: První parametr funkce. Označuje název souboru, který se má zapsat. V tomto projektu je název souboru uložen v proměnné sd_file_name.

  • bytearray(datat_buffer,'utf-8'): Druhý parametr funkce. Představuje bajtray, který se má zapsat do souboru.

    • • bytearray(): Metoda vytvoří proměnlivý bytearray. V této instrukci jej používáme k převodu řetězce na byearray zadáním kódování.
      • data_buffer: První parametr metody. Označuje zdroj, který má být převeden na byearray. V tomto projektu jsou zdrojem data uložená v proměnné data_buffer. 
      • 'utf-8': Druhý parametr metody. Označuje zadané kódování použité ke kódování řetězce. Kódování je v této instrukci 'utf-8'. 

• Po smyčce for pro sběr dat použijte funkci brain.sdcard.savefile() k zápisu dat uložených v proměnné data_buffer do souboru CSV na SD kartě. Dále přidejte kód pro kontrolu návratové hodnoty z funkce brain.sdcard.savefile() , abyste ověřili, zda byla data do souboru úspěšně zapsána, a zobrazte odpovídající zprávu na obrazovce VEX IQ Brain pro získání zpětné vazby v reálném čase.

• # Generování dat CSV
  pro i v range(0, numOfDataEntries):
  
      # Příkazy pro zápis dat do bufferu
      data_buffer += "%1.3f" % brain.timer.value() + "\n"
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(XAXIS) + ","
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(YAXIS) + ","
      data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(ZAXIS) + "\n"
  
      wait(polling_delay_msec, MSEC)
  
  # Zápis dat na SD kartu
  brain.screen.set_cursor(4,1)
  if brain.sdcard.savefile(sd_file_name, bytearray(data_buffer,'utf-8')) == 0:
      brain.screen.print("Chyba zápisu na SD kartu")
  else:
      brain.screen.print("Zapsána data")

  Poznámka: Funkce () vracíbajtů souboru. V tomto projektu jej používáme k zápisu shromážděných dat do souboru CSV, takže počet bajtů zapsaných do souboru musí být větší než nula. Jinými slovy, pokud funkce brain.sdcard.savefile() vrátí 0, můžeme usoudit, že data nebyla do souboru úspěšně zapsána. Jinak byla data zapsána do souboru.

# Knihovna importuje
z vex import *

# Brain by měl být definován standardně
brain = Brain()
brain_inertial = Inertial()

csvHeaderText = "time, x, y, z"
sd_file_name = "myDataPY.csv"
polling_delay_msec = 50
numOfDataEntries = 100
data_buffer = ""

# Pozastavit program, pokud SD karta není vložena
pokud ne brain.sdcard.is_inserted():
    brain.screen.set_cursor(1,1)
    brain.screen.print("SD karta chybí")
    while(True):
        wait(5, MSEC)

# Přidat libovolný senzor & zde kód inicializace časovače
brain.timer.clear()

# Vytvořit CSV záhlaví
data_buffer = csvHeaderText + "\n"

# Generování dat CSV
for i in range(0, numOfDataEntries):

    # Příkazy pro zápis dat do bufferu
    data_buffer += "%1.3f" % brain.timer.value() + ","
    data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(XAXIS) + ","
    data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(YAXIS) + ","
    data_buffer += "%1.3f" % brain_inertial.acceleration(ZAXIS) + "\n"

    wait(polling_delay_msec, MSEC)

# Zápis dat na SD kartu
brain.screen.set_cursor(4,1)
if brain.sdcard.savefile(název_sd_file, bytearray(data_buffer,'utf-8')) == 0:
    brain.screen.print("Chyba zápisu na SD kartu")
else:
    brain.screen.print("Zapsána data")