Data Processing

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.

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

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('Timestamp,Voltage,Current\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()

Einmalig muss in Python die godirect Bibliothek installiert werden (Anleitung). Führe auf der Kommandozeile bzw. im Terminal folgenden Befehl aus:

pip3 install godirect

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:

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()

Schliesse deinen Spannungs-Sensor an und führe obigen Code aus. Die gemessene Spannung sollte nahe bei null sein.

Wie lesen wir Daten in einer Text-Datei?

# 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)

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, dass die Textdatei nur gelesen und nicht verändert wird.
• str() verwandelt die Zahl in einen Text.
• '\n' ist der ASCII-Code für einen Zeilenumbruch.

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

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

import time
duration = 5
print(f'Hello, I will sleep for {duration} seconds!')
time.sleep(duration)
print('Yawn, just woke up!')

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

Zeitstempel können aus der datetime Bibliothek geholt werden:

from datetime import datetime
 
print(datetime.now())

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

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}!')

Ändere den Code so ab, dass eine small disturbance auf dem Planet Coruscant rapportiert wird.

(Du weisst nicht, was mit Alderaan oder Coruscant gemeint ist? → Star Wars schauen bis zur nächsten Lektion!)

Unsere Log-Datei ist im 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:

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
...

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