在前面的章節(jié)中,你一直在使用樹莓派 Pico 連接到樹莓派或其他電腦。不過,與所有微控制器一樣,沒有理由讓你的 Pico 必須以這種方式綁定。它是一個功能齊全的獨立系統(tǒng),具有處理能力、內(nèi)存和它自己工作所需的一切。
在本章中,你將學(xué)習(xí)如何使用文件系統(tǒng)來創(chuàng)建、寫入和讀取文件,允許你將 Pico 放在任何你喜歡的地方,并讓它記錄數(shù)據(jù)以供以后訪問——將其轉(zhuǎn)換為所謂的數(shù)據(jù)記錄器。
文件系統(tǒng)
文件系統(tǒng)是樹莓派 Pico 存儲所有程序的地方。它的功能相當(dāng)于樹莓派的 microSD 卡,或筆記本電腦的硬盤。它是一種非易失性存儲,這意味著即使你拔掉 Pico 的 micro USB 線,你保存在那里的任何東西也不會丟失。
連接上樹莓派 Pico 到你的樹莓派上,啟動 Thonny。單擊「打開」圖標(biāo),然后在彈出的窗口中單擊 MicroPython 設(shè)備。你將看到到目前為止所編寫 的所有程序的列表,這些程序存儲在你的 Pico 文件系統(tǒng)中?,F(xiàn)在暫不選擇,所以單擊「取消」。
單擊 Shell 區(qū)域的底部,開始在交互模式下使用 Pico。鍵入代碼:
file = open("test.txt", "w")
這將打開一個名為 test.txt 的文件進行寫入,指令的 “w” 參數(shù)代表寫入。鍵入回車之后,Shell 區(qū)域沒有任何內(nèi)容,因為盡管你已經(jīng)打開了文件,但還沒有對它做任何操作。鍵入代碼:
file.write("Hello, File!")
鍵入回車之后,你會看到數(shù)字 12 出現(xiàn)。這是 MicroPython 向你確認它已經(jīng)打開的文件寫入了 12 個字節(jié)。消息中字符的數(shù)量,包括字母、逗號、 空格和感嘆號,共有 12 個字符(每個字符占一個字節(jié))。
當(dāng)你寫入文件后,你需要手動關(guān)閉文件,這才能確保數(shù)據(jù)寫到文件系統(tǒng)。如果你不關(guān)閉文件,數(shù)據(jù)可能還沒有被正真寫入文件。鍵入代碼:
file.close()
你的文件現(xiàn)在安全地存儲在 Pico 的文件系統(tǒng)中。單擊 Thonny 工具欄上的「打開」圖標(biāo),單擊 MicroPython 設(shè)備,滾動文件列表,直到找到 test.txt。點擊它,然后點擊確定打開它。你會看到文件的內(nèi)容。
要通過 MicroPython 讀取文件的話,回到 Shell 區(qū)域的底部,并鍵入代碼:
file = open("test.txt")
注意,這次沒有 “w” 參數(shù),這是因為只是讀取文件,而不是寫入。你可以用 “r” 參數(shù)替代 “w” 參數(shù),但是 MicroPython 默認以讀模式打開文件,所以可以省去這里的參數(shù)。鍵入代碼:
file.read()
你將看到寫入文件的內(nèi)容輸出到了 Shell 區(qū)域。祝賀你!你可以在你的樹莓派 Pico 上讀寫文件了!
在你讀完之后,同樣記得關(guān)閉文件。在讀取文件后關(guān)閉文件并不像在寫入文件時關(guān)閉文件那么重要,但無論如何這都是一個好習(xí)慣:
file.close()
記錄溫度
現(xiàn)在你知道了如何打開、寫入和讀取文件,你已經(jīng)具備了在 Pico 上構(gòu)建數(shù)據(jù)記錄器所需的一切。
在 Thonny 上點擊 New 圖標(biāo)創(chuàng)建一個新的程序,并鍵入代碼:
import machine import utime sensor_temp = machine.ADC(machine.ADC.CORE_TEMP) conversion_factor = 3.3 / (65535) reading = sensor_temp.read_u16() * conversion_factor temperature = 27 - (reading - 0.706)/0.001721
你可能見過這段代碼,它與之前「使用樹莓派 Pico 內(nèi)置的溫度傳感器(https://pico.nxez.com/2023/09/10/how-to-use-the-temperature-sensor-built-into-the-raspberry-pi-pico.html)」的代碼相同。
來自傳感器的讀數(shù)是要記錄到文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù),所以你不希望像以前那樣簡單地將它們打印出來。打開一個要寫的文件,在底部添加以下一行。
file = open("temps.txt", "w")
如果文件系統(tǒng)中不存在該文件,則創(chuàng)建該文件;如果它這樣做了,它就會覆蓋它——清空它的內(nèi)容,以便你寫入新數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在,你需要向文件寫入從溫度傳感器讀到的數(shù)值:
file.write(str(temperature))
和前面一樣,為了確保數(shù)據(jù)被寫入,你需要關(guān)閉文件:
file.close()
單擊 Run 圖標(biāo)并將程序保存到 MicroPython 設(shè)備 datallogger.py 中。這個程序只需要幾秒鐘就可以運行完成。當(dāng) >>> 示符重新出現(xiàn)在 Shell 區(qū)域,點擊進入它,并輸入以下內(nèi)容來打開和讀取你的新文件:
file = open("temps.txt") file.read() file.close()
你將看到程序讀取的溫度顯示在 Shell 區(qū)域。恭喜!你的數(shù)據(jù)記錄器可以正常工作了!
為了使數(shù)據(jù)記錄器更強大,修改它,讓它支持處理大量的讀數(shù)。單擊 Run,并再次讀取文件:
file = open("temps.txt") file.read() file.close()
請注意,文件中仍然只有一個讀取。當(dāng)程序再次打開文件進行寫入時,它會自動刪除先前的內(nèi)容——這意味著每次程序運行時,它都會刪除文件并存儲一次讀取。
要解決這個問題,你需要修改程序。如果你像以前那樣關(guān)閉文件,你將無法再次寫入它,除非重新打開它并刪除它的內(nèi)容。如果不關(guān)閉文件,數(shù)據(jù)將永遠不會寫入文件系統(tǒng)。解決方式是使用 file.flush() 刷新文件,而不是關(guān)閉它。
當(dāng)你寫入一個文件,但數(shù)據(jù)實際上并沒有寫入文件系統(tǒng)時,它被存儲在所謂的緩沖區(qū)中——一個臨時存儲區(qū)域。當(dāng)你關(guān)閉文件時,緩沖區(qū)將以稱為刷新的進程寫入文件。使用 file.flush() 等價于 file.close(),它會將緩沖區(qū)的內(nèi)容刷新到文件中——但與 file.close() 不同的是,文件保持打開狀態(tài),以便以后寫入更多數(shù)據(jù)。
完整的程序如下:
import machine import utime sensor_temp = machine.ADC(machine.ADC.CORE_TEMP) conversion_factor = 3.3 / (65535) file = open("temps.txt", "w") while True: reading = sensor_temp.read_u16() * conversion_factor temperature = 27 - (reading - 0.706)/0.001721 file.write(str(temperature)) file.flush() utime.sleep(10)
點擊 Run 圖標(biāo)并數(shù)到 60,然后點擊停止圖標(biāo)?,F(xiàn)在在腳本區(qū)域打開并讀取你的文件:
file = open("temps.txt") file.read() file.close()
好消息是你的程序已經(jīng)工作了,并且你在一個文件中記錄了多個讀數(shù)——大約 6 個,根據(jù)你的計數(shù)速度有幾個誤差。壞消息是,它們都混在一起在一條線上——這使得閱讀起來很困難。
要解決這個問題,你需要在數(shù)據(jù)寫入文件時對其進行格式化?;氐匠绦蛑械?file.write() 行,并修改它,使其看起來像:
file.write(str(temperature) + " ")
加號(+)告訴 MicroPython 你想要追加后面的內(nèi)容,將兩個字符串連接在一起?!?” 是一個被稱為控制字符的特殊字符串——它的作用相當(dāng)于按下回車鍵,這意味著數(shù)據(jù)日志中的每一行都應(yīng)該是單獨的一行。
單擊 Run 圖標(biāo),再次數(shù)到 60,然后單擊停止。打開并讀取你的文件:
file = open("temps.txt") file.read() file.close()
你已經(jīng)取得了進展,但它仍然不正確: 控制字符的行為不像一個按鍵輸入,但打印為兩個空格字符。這是因為 file.read() 引入了文件的原始內(nèi)容,而沒有嘗試為屏幕格式化它。
要解決格式問題,你需要用 print() 函數(shù)包裝讀取的文件:
file = open("temps.txt") print(file.read()) file.close()
這一次,你將看到每一份閱讀材料都被打印出來,格式整齊,易于閱讀。
你已經(jīng)構(gòu)建了一個數(shù)據(jù)記錄器,它可以進行多次讀取并將它們存儲在你的 Pico 的文件系統(tǒng)中!
文件存儲
樹莓派 Pico 的文件系統(tǒng)的大小是 1.375MiB,這意味著它可以容納 1,441,792 字節(jié)的數(shù)據(jù)。保存在 Pico 上的每個文件,包括數(shù)據(jù)記錄器的存儲文件,都會占用空間。填滿存儲需要多長時間取決于你有多少其他文件以及你的數(shù)據(jù)記錄器節(jié)省一次讀取的頻率:每 10 秒讀取 9 個字節(jié),你將在大約 18.5 天內(nèi)填滿 1.375MiB;如果你每分鐘讀取一次數(shù)據(jù),你的數(shù)據(jù)記錄器可以運行 111 天左右;如果你每小時只讀一次,你的數(shù)據(jù)記錄器可以運行 18 年以上!
無論是否連接到樹莓派或其他電腦,樹莓派 Pico 文件系統(tǒng)都能正常工作。如果你有一個 micro USB 充電器或 USB 充電寶,你可以把數(shù)據(jù)記錄器放在任何地方,并讓它自己運行。但你需要一種方法,讓你的程序運行,而不必點擊 Thonny 的 Run 圖標(biāo)。
在不連接計算機的情況下使用,你可以將程序保存在一個特殊的文件名 main.py 下。當(dāng) MicroPython 在它的文件系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)一個名為 main.py 的文件時,它會在每次上電或重置時自動運行這個文件。
現(xiàn)在,斷開樹莓派 Pico 和你的樹莓派,把它帶到另一個房間,連接到充電器或電池組上。把它放在那里十分鐘,然后回來把插頭拔掉。
放回你的樹莓派,插上電源,再讀一遍你的文件。你會看到來自另一個房間的讀數(shù),證明你的 Pico 可以沒有樹莓派的幫助也能運行得很好。
恭喜你!你的數(shù)據(jù)記錄器現(xiàn)在是完全功能和完全便攜,準備好了你可以隨時隨地記錄你需要的數(shù)據(jù)!
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原文標(biāo)題:樹莓派 Pico 文件系統(tǒng)應(yīng)用:數(shù)據(jù)記錄器
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