Data Collection [KSR Wiki]

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## Data Collection

<html><script type="module" src="https://bottom.ch/ksr/ed/bottom-editor.js"></script></html>

Keine Batterie hält ewig - nun möchten wir wissen, wie lange unsere Batterie Strom liefert, und wieviel Energie wir praktisch nutzen konnten, bis sie leer ist. Aus der Physik wissen wir, dass $Spannung\cdot{}Strom$ die Leistung unserer Batterie (bzw. die Leistungsaufnahme der Leuchte) ergibt. Wenn wir die Leistung über die ganze Lebensdauer unseres Systems aufzeichnen, wissen wir, wieviel Arbeit die Batterie insgesamt geleistet hat.

### Ziel
Schreibe Python-Code wie folgt. Falls die nötigen Python-Kenntnisse noch nicht vorhanden sind, folgst du den untenstehenden Tutorials.

  * Datei `batterie.csv` im Schreibmodus öffnen.
  * Eine Schleife ausführen, die alle zehn Sekunden die Strom- und Spannungswerte ausliest.
  * Für jede Lesung wird eine Zeile (en. _record_) in die Datei geschrieben im folgenden Format:
 
	`<timestamp>, <spannung>, <strom>`

  * also zum Beispiel (für eine Messung von $U = 1.37V$ und $I = 300mA$):
 
	`2024-06-13 14:08:37.375, 1.37, 0.3`

<nodisp 0>
++++Lösung|
<code python>
from datetime import datetime
import time
from gdx import gdx

gdx = gdx.gdx()
 
gdx.open(connection='usb')
gdx.select_sensors()
gdx.start()

interval = 10  # Miss alle 10s
with open('batterie.csv', 'w') as outfile:
    # Kopfzeile der Tabelle schreiben
    outfile.write('Zeitstempel,Spannung,Strom\n')

    while True:
        timestamp = datetime.now()
        measurements = gdx.read()  # Liste von Messwerten
        if measurements == None:
            break
        voltage = measurements[0]
        current = measurements[1]
    
        # Wir messen, bis die Spannung unter 0.05V fällt
        if voltage < 0.05:
            break
        
        line = f'{timestamp},{voltage},{current}\n'
        outfile.write(line) 
        
        time.sleep(interval)

gdx.stop()
gdx.close()
</code>
++++
</nodisp>

### Tutorials
#### Python: Sensoren auslesen

**Einmalig** muss in Python die `godirect` Bibliothek installiert werden ([Anleitung](https://vernierst.github.io/godirect-examples/python/#install-the-vernier-godirect-module)). Führe auf der Kommandozeile bzw. im Terminal folgenden Befehl aus:
<code bash>
pip3 install godirect
</code>

Anschliessend hat Python Zugriff auf die verwendeted _godirect_ Sensoren. Der folgende Code liest 5 Messwerte vom via USB angeschlossenen Sensor und gibt sie auf der Konsole aus:

<code python>
from gdx import gdx
gdx = gdx.gdx()
 
gdx.open(connection='usb')
gdx.select_sensors()
gdx.start() 
 
for i in range(5):
    measurements = gdx.read()
    if measurements == None: 
        break 
    print(measurements)

gdx.stop()
gdx.close()
</code>

##### Aufgabe
Schliesse deinen Spannungs-Sensor an und führe obigen Code aus. Die gemessene Spannung sollte nahe bei null sein.
#### Python: Datei Ein- und Ausgabe

Wie lesen wir Daten in einer Text-Datei?

<code python>
# Opens a file for writing (and closes it again after the 'with').
with open('dateiname.csv', 'w') as outfile:
    for i in range(10):
        line = 'Zeile ' + str(i) + '\n'
        outfile.write(line)
</code>

Beachte:
   * Wenn Dateien gelesen oder geschrieben werden, müssen sie beim Betriebssystem reserviert werden. Mit `with` wird sichergestellt, dass die Datei nicht offen bleibt sondern nach dem Lesevorgang wieder geschlossen wird.
   * Die Datei (hier 'dateiname.csv') muss sich im gleichen Ordner befinden wie die Python-Datei.
   * `'w'` bedeutet *write*, also, dass die Textdatei nicht nur gelesen sondern auch beschrieben wird.
   * `str()` verwandelt die Zahl in einen Text.
   * `'\n'` ist der ASCII-Code für einen Zeilenumbruch.

##### Aufgabe
Beschreibe eine Datei mit einigen Zeilen. Es ist ungünstig, mehr als einige zehntausend Zeilen zu schreiben...


#### Python: Schlafen
Wir wollen nur alle zehn Sekunden einen neuen Record schreiben, aber der Computer ist viel schneller. Zwischen den Messungen schlafen wir also:

<html><bottom-editor>import time
duration = 3
print(f'Hello, I will sleep for {duration} seconds!')
time.sleep(duration)
print('Yawn, just woke up!')
</bottom-editor></html>

##### Aufgabe

Führe den obigen Code aus. Ändere ihn so ab, dass der Schlaf nur noch $2.5s$ dauert!

#### Python: Zeitstempel formatieren

Zeitstempel können aus der `datetime` Bibliothek geholt werden:

<html><bottom-editor>from datetime import datetime

print(datetime.now())
</bottom-editor></html>

Mit Python f-Strings können mehrere Argumente praktisch in einen String gepackt werden:

<html><bottom-editor>from datetime import datetime
timestamp = datetime.now()
planet = 'Alderaan'
magnitude = 'great'
print(f'At {timestamp}, there was a {magnitude} disturbance in the Force on planet {planet}!')
</bottom-editor></html>

##### Aufgabe

Ändere den Code so ab, dass eine _small_ disturbance auf dem Planet _Coruscant_ rapportiert wird.

(Du weisst nicht, was mit _Alderaan_ oder _Coruscant_ oder der [[https://starwars.fandom.com/wiki/Disturbance_in_the_Force|Disturbance in the Force]] gemeint ist? -> [[wpde>Star Wars]] schauen bis zur nächsten Lektion!)

#### CSV-Format
Unsere Log-Datei ist im [[wpde>CSV_(Dateiformat)|Comma-Separated-Values]] Format gespeichert: Die Daten sind ganz ähnlich gespeichert wie in einer Tabelle und können auch mit Excel und Sheets geöffnet werden. Jede Zeile entspricht einer Zeile der Tabelle; die Spalten sind meist mit Kommas voneinander getrennt. Manchmal werden aber auch Semikolons oder ein Tabulator (`\t`) als Trennzeichen verwendet.

Oft werden in der ersten Zeile die Namen der abgespeicherten Werte festgelegt:

<code csv>
Zeitstempel,Spannung,Strom
2024-06-13 14:08:37.375, 1.37, 0.301
2024-06-13 14:08:47.105, 1.35, 0.295
...
</code>

##### Aufgabe

Schreibe Code, der drei Zeilen ähnlich wie oben in eine CSV-Datei schreibt. Verwende f-Strings um die drei Werte auszugeben.