Záznam dat Úvod Záznam dat zahrnuje tři základní funkce: Záznam dat v prostředí třídy Záznam dat s MINDSTORMS NXT

Transkript

1 Úvod Záznam dat umožňuje sběr, ukládání a analýzu údajů ze senzorů. Záznamem dat monitorujeme události a procesy po dobu práce se senzory připojenými k počítači prostřednictvím zařízení jakým je NXT kostka. Změny teploty, rozsah a intenzita světla jsou základním příkladem kolekce informací, které můžeme prostřednictvím záznamu dat sledovat. Praktickým využitím jsou pak záznamy kolekce dat z meteorologických stanic anebo záznamy dat ukládané do černých skříněk letadel. LEGO MINDSTORMS software k záznamu dat podporuje všechny senzory obsažené v 9797 Základní soupravě LEGO MINDSTORMS Education NXT (najdete v přehledu na straně 5) včetně teplotního LEGO senzoru, který není součástí soupravy a je třeba jej doobjednat. Rovněž podporuje použití senzorů jiných výrobců s certifikátem hardwaru LEGO Education. Záznam dat zahrnuje tři základní funkce: Predikce experimentu - pokus o odhad průběhu experimentu či události Sběr dat - sběr dat ze senzorů po dobu trvání experimentu či události Analýza dat - zkoumání souboru dat včetně porovnání s predikcí experimentu či události Záznam dat v prostředí třídy Přednosti záznamu dat u prováděných experimentů: Vyšší přesnost Měření ve velmi krátkých časových intervalech po dlouhou dobu trvání experimentu Automatický záznam - vyloučení chyb způsobených lidským faktorem Automatické zobrazování dat v průběhu experimentu na obrazovce počítače atd. Naměřená data mohou být uložena pro další využití, připojena a exportována do jiných aplikací Záznam dat s MINDSTORMS NXT Sotware MINDSTORMS NXT je ideálním řešením pro kombinaci s NXT kostkou. Použitím NXT kostky se senzory a tohoto softwaru můžete zaznamenávat výsledky z experimentů dvěma způsoby, buď vzdáleně anebo přímo (pokud je NXT kostka připojena k počítači).

2 Začínáme Software k záznamu dat snadno spustíte použitím ikony na ploše počítače anebo použitím ikony záznamu dat, kterou najdete v pravém rohu NXT programového okna. Pro spuštění programu opakovaně klikněte na programovou ikonu vašeho PC anebo Mac počítače. Záznam dat, zobrazovací okno Sestavení programu k záznamu dat z experimentu provedete v programovacím okně záznamu dat. Je-li program hotový, klikněte pro přenos a spuštění programu na příslušné tlačítko v panelu řízení. Při práci se softwarem záznamu dat musí být na pozadí vždy otevřeno NXT programovací okno. NXT programovací okno lze otevřít samostatně, aniž by bylo otevřeno okno záznamu dat. Záznam dat v NXT programovém okně Program inteligentního chování NXT robota lze rozšířit o záznam dat. Použitím dvou programovacích bloků z Advanced palette (přehled programovacích bloků najdete na straně 56) spustíte a ukončíte záznam dat do NXT kostky včetně grafického zobrazení průběhu dat, která budou dodatečně využita pro analýzu experimentu. Jednoduchým kliknutím na ikonu záznamu dat (v pravém horním rohu nástrojové lišty) přepnete na zobrazení okna záznamu dat.

3 Uživatelské prostředí Stručný přehled 1. Robot Educator 2. Můj portál 3. Panel nástrojů 4. Graf 5. Malé pomocné okno 6. Y-souřadnice 7. X-souřadnice 8. Datová tabulka 9. Konfigurace experimentu 10. Panel řízení experimentu

4 Uživatelské prostředí Robot Educator Vzdělávací část kde najdete návody k sestavení a programování modelů k záznamu dat. Můj portál Poskytne vám přístup k pro inspiraci, stažení aktualizací a informace. Panel nástrojů Panel nástrojů umožní volbu nástrojů predikce, analýzy a dalších nástrojů pro zpracování výsledků experimentu. Graf Graf je vizuální prezentací průběhu zaznamenávaných dat. Záznam predikce, uskutečnění experimentu a analýza dat - to vše lze v grafu provádět. Malé pomocné okno Poskytne pomoc, kdykoli je potřeba. Y-souřadnice Y-souřadnice zobrazují naměřené hodnoty v jednotkách měření. Jednotky měření se liší senzor od senzoru a nemusí být vždy v soustavě SI. Vytvořit můžete více paralelních Y-souřadnic tak, aby každý senzor měl v grafu svoji osu. X-souřadnice X-souřadnice vždy zobrazují délku trvání experimentu. Datová tabulka Datová tabulka obsahuje predikční a reálné hodnoty senzorů. Konfigurace experimentu Každý experiment má vlastní konfigurační panel, ve kterém definujeme název experimentu, použité senzory a jejich pozice, délku experimentu a vzorkování záznamu. Panel řízení záznamu dat Panel řízení záznamu dat umožňuje komunikaci s NXT kostkou. Tlačítko přenosu (Upload button) umožňuje přenos souboru dat z NXT kostky do počítače.

5 Nástroje Nástroje predikce Využitím nástrojů predikce zaznamenáte svůj odhad výsledku experimentu. K tomu můžete zvolit tužku k zápisu křivky do grafu anebo formulaci rovnice k zápisu přímky do grafu. Soubor dat Data z experimentu jsou na NXT kostce ukládána po kliknutí na tlačítko Download and run uprostřed panelu řízení. Data jsou ukládána jako "log" soubor a současně zobrazována v grafu a datové tabulce. Nástroje analýzy Po ukončení sběru dat můžeme provést analýzu jednotlivých bodů anebo řady bodů v experimentu. U analýzy bodu si zobrazíme jeho hodnotu, u řady bodů zobrazíme jejich minimum, maximum a střední hodnotu. Nástroje pro analýzu umožňují kontrolu lineárního průběhu souboru dat v grafu včetně predikce.

6 Konfigurace experimentu Pro každý nový experiment se otevře konfigurační panel ve kterém lze nastavit parametry experimentu. Volbou Rate a Duration nastavíte vzorkování a délku trvání experimentu (sběru dat). Současně mohou být zaznamenávána data ze čtyř senzorů připojených k portům NXT kostky. Datová tabulka V datové tabulce jsou vyčísleny predikční a naměřené hodnoty experimentu. Můžeme zvolit které veličiny či predikce budou vyobrazeny, měnit barvu jejich zobrazení, způsob zobrazení bodů grafu a měnit jednotky měření. Datová tabulka obsahuje číselné údaje o predikci a naměřených hodnotách, křivky grafu jsou vizuální podobou stejných dat.

7 Čtyři možnosti záznamu dat Programováním NXT kostky v softwaru k záznamu dat lze volit některou ze čtyř možností zaznamenávání výsledků experimentů. Zvolená varianta závisí na druhu experimentu, požadavcích na zpracování dat, predikci výsledků a způsobu sběru kolekce dat anebo její analýze. Přímý záznam dat NXT kostka je spojena s počítačem a přenos dat probíhá v reálném čase. V datové tabulce a v grafu jsou data zaznamenávána podle průběhu experimentu. Vzdálený záznam dat V průběhu záznamu dat NXT kostka není spojena s počítačem, data jsou ukládána do paměti kostky. NXT a počítač jsou spojeny pouze v okamžiku, kdy sestavený program k záznamu dat na kostku přenášíme. Jakmile kostka program obsahuje, je připravena zaznamenávat a ukládat data z experimentu. Během vzdáleného záznamu jsou data ukládána do paměti NXT a pro analýzu mohou být dodatečně přenesena do počítače. NXT programovací okno Při sestavování programu k inteligentnímu chování robota zařadíme do programového řetězce bloky k zahájení a ukončení záznamu dat. Soubor dat je po spuštění programu ukládán do paměti NXT kostky. Po ukončení programu můžeme data importovat z kostky do počítače, zobrazit v grafu a provést jejich analýzu. NXT záznam dat Záznam dat spustíme přímo na NXT kostce, která v průběhu experimentu není připojena k počítači. Konfiguraci a ovládání záznamu dat provádíme bez počítače pomocí programovacích tlačítek. Soubor dat je ukládán do paměti kostky. Dodatečně jej můžeme importovat do počítače, zobrazit v tabulce a grafu včetně provedení analýzy dat.

8 Příklad experimentu se záznamem dat Tento jednoduchý příklad je ukázkou návrhu, sestavení, predikce a realizace experimentu. Opakovaným kliknutím na ikonu ve vašem PC či Mac spustíte program záznamu dat. Zapište název svého experimentu a klikněte na Go! V rozbalovacím menu vyberte ultrazvukový senzor a klikněte na OK.

9 Příklad experimentu se záznamem dat Kliknutím na ikonu nástrojů predikce (Prediction Tools/New Prediction) proveďte predikci experimentu a klikněte na OK. Použijte kurzorové pero k zápisu predikce do grafu. Ověřte, zda je NXT kostka zapnuta a zda je k počítači připojena pomocí USB kabelu. Zkontrolujte, zda NXT kostka komunikuje s NXT softwarem a zda je ovládána poslední verzí operačního systému Firmware (bližší informace jsou uvedeny na straně 77). Nyní připojte ultrazvukový senzor k portu č.4.

10 Příklad experimentu se záznamem dat Umístněte kurzor na řídící panel v pravém spodním rohu NXT okna záznamu dat. Klikněte na středové tlačítko přenosu a spuštění programu (Download and run) a sledujte jaké změny probíhají v poli grafu. Právě jste spustili záznam dat v jednoduchém experimentu. Analýzu získaných dat uskutečníme kliknutím na ikonu nástrojů analýzy dat (Analysis Tools). K analýze zvolíme bod (Point) anebo pole bodů (Section Analysis). Polohu osy analyzovaných bodů lze přesouvat a rozsah pole bodů přesouvat a měnit jeho rozsah. První experiment záznamu dat je hotov. Vyzkoušejte další experiment za současného použití dvou senzorů a záznamem dat do dvou Y-souřadnic grafu. Poznámka: vzdělávací sekce Robot Educator (více na stranách 53-55) nabízí méně zkušeným uživatelům další rozpracované experimenty záznamu dat.

11 Práce se souborem dat V průběhu záznamu experimentu s MINDSTORMS NXT jsou data NXT kostkou automaticky ukládána. Pokud kostka není připojena k počítači (například při realizaci vzdáleného záznamu) jsou data ukládána do paměti NXT kostky. Pokud je NXT kostka připojena k počítači jsou data ukládána rovněž do adresáře MINDSTORMS NXT softwaru. Soubor dat může obsahovat jeden anebo více kolekcí dat. Zobrazeny jsou v grafické prezentaci experimentu a datové tabulce. Soubor dat Soubor dat zaznamenaný v průběhu experimentu je vždy ukládán jako strukturovaný textový soubor. Znamená to, že může být otevřen v jednoduchém textovém editoru anebo tabulkovém procesoru (převedením). Soubory dat jsou přístupné třemi způsoby: Otevření experimentu Nový experiment otevřete v poli Start New Experiment. Uložený existující experiment otevřeme rozvinutím a volbou v poli Open Recent Experiment. Import experimentu Volbou dojde k importu souboru dat uložených v paměti NXT kostky anebo souborů uložených v počítači jako existující experimenty. Volba je vhodná ke srovnávání výsledků experimentů. Správce souborů uložených dat (Log Manager) umožňuje snadný přístup k souborům dat uloženým v NXT kostce anebo paměti počítače. Přenos souborů z NXT Volbou přenos datových souborů z paměti NXT kostky do počítače.