Регистрация данных с помощью мозга VEX и датчиков с использованием Python – Библиотека VEX

Введение

В этой статье мы обсудим, как создать проект регистрации данных, который предписывает роботу VEX собирать данные с помощью VEX Brain и сохранять их в файле CSV на SD-карте для анализа данных.

Регистрация данных — это мощный инструмент, который мы можем использовать для содействия научным исследованиям, проведения собственных экспериментов и решения конкретных проблем. Существуют различные забавные и захватывающие задачи, которые мы можем выполнить с помощью робота VEX с помощью регистрации данных. Ниже приведены некоторые примеры:

Сбор данных с помощью датчика расстояния для расчета скорости робота.
Вождение робота по классу и сбор данных с помощью оптического датчика для наблюдения за изменениями освещенности в различных местах.
Отправляйтесь с роботом в приключение и записывайте данные координат GPS для создания карты.

Навыки кодирования, необходимые для разработки проекта регистрации данных

Используйте различные команды для сбора данных с помощью VEX Brain/Sensors и добавления их в структуру данных.
Запишите данные в файл значений, разделенных запятыми (CSV) на SD-карте.

Оборудование, необходимое для регистрации данных:

Мозг VEX (IQ, V5, EXP)
SD-карта
Датчик или несколько датчиков (опционально, в зависимости от необходимых данных)

Получение данных от датчика

Мы можем запрограммировать робота VEX (IQ, V5, EXP) для сбора данных со следующих датчиков:

Инерционный датчик
Датчик расстояния
Оптический датчик
Датчик зрения
Датчик вращения (V5, EXP)
GPS-датчик (V5)

Примечание: Мозг VEX IQ (2-го поколения) и Мозг VEX EXP имеют встроенный инерционный датчик. Мы можем собирать данные инерционного датчика с помощью этих мозгов VEX.

В этой статье мы разработаем проект регистрации данных, который собирает данные об ускорении с помощью VEX IQ Brain (2-го поколения) и сохраняет их на SD-карту.

Во-первых, нам нужно написать короткую программу для получения показаний таймера и инерционного датчика, встроенных в мозг VEX IQ (2-го поколения).

В начале этой программы нам нужно будет импортировать модули Python для управления VEX IQ Brain (2-го поколения) и получить из него данные. Итак, начните с добавления этих инструкций в проект.
Затем добавьте код для объявления переменной numOfDataEntries для хранения количества записей данных для записи, объявите переменную polling_delay_msec для хранения значения временного интервала для чтения данных и создайте пустую строковую переменную data_buffer для хранения данные, считанные с датчика.
Поскольку мы будем использовать текущее значение таймера для добавления отметки времени к данным, нам необходимо сбросить значение таймера обратно на 0 секунд, прежде чем начать сбор данных.
Прежде чем использовать инструкцию, которая извлекает данные из VEX IQ Brain (2nd) и записывает данные в буфер, нам необходимо сначала понять ее.
Следующая инструкция добавляет текущее значение таймера к переменной data_buffer в определенном формате.

Давайте разберем строку формата «%1.3f»:
- «%»: представляет спецификатор преобразования.
- «1»: указывает минимальное количество цифр, которое должно присутствовать в строке.
- «.3»: указывает количество десятичных знаков, включаемых в форматируемое число.
- «f»: указывает, что форматируемое значение представляет собой число с плавающей запятой.
Таким образом, мы можем использовать строку формата «%1.3f» для форматирования числа с плавающей запятой с минимальной шириной в 1 цифру и точностью до 3 десятичных знаков.

Теперь мы можем прочитать значение таймера и ускорения инерционного датчика, встроенного в мозг VEX IQ (2-го поколения), а затем добавить данные в переменную data_buffer в указанном формате.

Примечание: «\n» — это символ новой строки. Это указывает на то, что линия заканчивается здесь и начинается новая строка.

Затем, чтобы записать определенное количество записей данных в переменную data_buffer , мы можем использовать цикл for для многократного выполнения инструкций, которые извлекают данные и добавляют данные в переменную data_buffer для нескольких итераций. Наша стратегия — использовать значение переменной numOfDataEntries для определения количества итераций.

Пока что наша программа записывает данные настолько быстро, насколько это возможно. Однако мы хотим записывать данные через определенные промежутки времени. Следовательно, мы можем использовать функцию wait() в цикле for , чтобы приостановить программу и добавить определенный интервал времени между двумя показаниями. Мы используем значение переменной polling_delay_msec для определения значения временного интервала.

Поздравляем! Мы завершили программу получения показаний (данных об ускорении) от инерционного датчика, встроенного в мозг VEX. Далее мы рассмотрим, как записать данные в файл CSV на SD-карте.

Диаграмма, иллюстрирующая структуру категорий V5 для учебных пособий по Python, показывающая ключевые компоненты и взаимосвязи в экосистеме VEX Robotics.

Подключение SD-карты к VEX Brain

Прежде чем записывать данные в файл на SD-карте, сначала вставьте SD-карту в слот для SD-карты VEX Brain.

Схема, иллюстрирующая конфигурацию робота V5 для учебных пособий по Python, демонстрирующая ключевые компоненты и их соединения в образовательных целях.

Примечание: Отформатируйте SD-карту в FAT32 для записи данных. Мы рекомендуем использовать SD-карты объемом 32 ГБ или меньше.

Чтобы гарантировать, что запись данных в файл на SD-карте может выполняться при соответствующих условиях, нам нужно будет добавить код, проверяющий, правильно ли вставлена SD-карта в VEX IQ Brain (2-го поколения).

Используйте функцию () , чтобы проверить, вставлена ли SD-карта. Если SD-карта не вставлена, отобразите соответствующее сообщение на экране VEX IQ Brain Screen и удерживайте программу.

Примечание: brain.sdcard.is_inserted() функция возвращает True, если SD-карта вставлена в Brain.

Запись данных в файл CSV на SD-карте.

На данный момент наша программа может собирать данные с помощью VEX IQ Brain (2-го поколения). Чтобы завершить проект регистрации данных, нам необходимо записать данные в файл значений, разделенных запятыми (CSV) на SD-карте для дальнейшего изучения и анализа.

При записи различных типов данных в файл CSV мы хотим знать, какой тип данных содержит каждый столбец. Для этого мы можем добавить текст заголовка CSV к переменной data_buffer перед записью данных.
Таким образом, добавьте код для объявления переменной csvHeaderText для хранения текста заголовка CSV, чтобы указать имена столбцов для файла CSV, и объявите переменную sd_file_name для хранения имени файла CSV для записи в SD Card.

Примечание: Убедитесь, что заголовки расположены в том же порядке, что и данные, хранящиеся в переменной data_buffer.

Затем добавьте текст заголовка CSV к строке data_buffer перед строкой for цикла для сбора данных.

Прежде чем записывать данные в файл на SD-карте, давайте сначала разберемся, как использовать функцию Brain.sdcard.savefile().

Эта инструкция записывает данные, хранящиеся в переменной data_buffer , в именованный файл CSV на SD-карте.
Давайте разберем:
- Brain.sdcard.savefile(): функция сохраняет массив байтов в именованный файл на SD-карте. Функция возвращает количество байт, записанных в файл.
- sd_file_name: первый параметр функции. Указывает имя файла для записи. В этом проекте имя файла хранится в переменной sd_file_name.
- bytearray(datat_buffer,'utf-8'): второй параметр функции. Представляет массив байтов, который будет записан в файл.
  - - bytearray(): метод создает изменяемый байтовый массив. В этой инструкции мы используем ее для преобразования строки в массив байтов, указав кодировку.
    - data_buffer: первый параметр метода. Указывает источник, который необходимо преобразовать в байтовый массив. В этом проекте источником являются данные, хранящиеся в переменной data_buffer.
    - 'utf-8': второй параметр метода. Указывает указанную кодировку, используемую для кодирования строки. В этой инструкции используется кодировка «utf-8».

После для цикла для сбора данных используйте функцию Brain.sdcard.savefile() , чтобы записать данные, хранящиеся в переменной data_buffer , в файл CSV на SD-карте. Кроме того, добавьте код для проверки возвращаемого значения из функции brain.sdcard.savefile() , чтобы убедиться, что данные были успешно записаны в файл, и отобразить соответствующее сообщение на экране VEX IQ Brain Screen, чтобы получить обратную связь в реальном времени.

Примечание: Функция brain.sdcard.savefile() возвращает количество байтов, записанных в файл. В этом проекте мы используем его для записи собранных данных в файл CSV, поэтому количество байтов, записываемых в файл, должно быть больше нуля. Другими словами, если функция Brain.sdcard.savefile() возвращает 0, мы можем сделать вывод, что данные не были успешно записаны в файл. В противном случае данные были записаны в файл.

Поздравляем! Мы разработали проект регистрации данных, который собирает данные об ускорении с помощью VEX IQ Brain (2-го поколения) и сохраняет их в файл CSV на SD-карте. Далее мы рассмотрим, как открыть файл CSV для анализа данных.

Схема, иллюстрирующая компоненты робота V5 и их функции, используемая в учебных пособиях по программированию робототехники VEX на языке Python. Изображение дает учащимся наглядное представление о настройке оборудования.

Открытие файла CSV для анализа данных

После того, как данные записаны в файл CSV на SD-карте, мы можем использовать приложение для работы с электронными таблицами, чтобы открыть файл для чтения и анализа данных.

Примечание. Два наиболее распространенных приложения для работы с электронными таблицами — это Google Sheets и Microsoft Excel. В этой статье мы будем использовать Google Таблицы (веб-интерфейс), чтобы открыть файл CSV на SD-карте. Процесс использования других приложений аналогичен.

Извлеките SD-карту из слота SD-карты VEX IQ Brain. Если в компьютере есть встроенный слот для карты Micro SD, мы можем вставить SD-карту непосредственно в этот слот. В противном случае вставьте SD-карту в адаптер SD-карты, а затем подключите адаптер к компьютеру.
Войдите в нашу учетную запись Google и откройте Google Таблицы. Создайте новую электронную таблицу.
В электронной таблице откройте меню «Файл» , выберите «>» «Загрузить» кнопку «> Обзор» , затем выберите файлна компьютере. После загрузки CSV-файла нажмите кнопку «Импортировать данные». После импорта данных нажмите «Открыть сейчас» чтобы просмотреть собранные данные в файле CSV.

(Необязательно) Один из простых способов анализа данных — нарисовать график, а затем найти тенденции в данных. В электронной таблице откройте меню «Вставить» и выберите «Диаграмма» , чтобы построить график, используя данные из файла CSV. Следующий график является результатом данных об ускорении, собранных с помощью VEX IQ Brain (2-го поколения).

Примечание: Мы можем использовать редактор диаграмм для выбора другого типа диаграммы или редактирования диаграммы в соответствии с нашими потребностями.

На данный момент мы завершили проект регистрации данных, который собирает данные с помощью VEX IQ Brain (2-го поколения) и сохраняет их в файле CSV на SD-карте. Также мы научились читать CSV-файл на SD-карте с помощью Google Sheets и даже создавать график для дальнейшего анализа. Что дальше? Давайте попробуем спланировать более увлекательные эксперименты с использованием робота VEX для регистрации данных, чтобы понаблюдать, как изменяющиеся факторы окружающей среды влияют на различные типы данных, и получить более глубокое понимание окружающего нас мира.