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(guò)，與所有微控制器一樣，沒(méi)有理由讓你的 Pico 必須以這種方式綁定。它是一個(gè)功能齊全的獨(dú)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(lái)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(wèn)——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(chǔ)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(chǔ)，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(huì)丟失。

連接上樹莓派 Pico 到你的樹莓派上，啟動(dòng) 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(chǔ)在你的 Pico 文件系統(tǒng)中。現(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(gè)名為 test.txt 的文件進(jìn)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(méi)有任何內(nèi)容，因?yàn)楸M管你已經(jīng)打開了文件，但還沒(méi)有對(duì)它做任何操作。鍵入代碼：

file.write("Hello, File!")

鍵入回車之后，你會(huì)看到數(shù)字 12 出現(xiàn)。這是 MicroPython 向你確認(rèn)它已經(jīng)打開的文件寫入了 12 個(gè)字節(jié)。消息中字符的數(shù)量，包括字母、逗號(hào)、 空格和感嘆號(hào)，共有 12 個(gè)字符（每個(gè)字符占一個(gè)字節(jié)）。

當(dāng)你寫入文件后，你需要手動(dòng)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(méi)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(chǔ)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(dòng)文件列表，直到找到 test.txt。點(diǎn)擊它，然后點(diǎn)擊確定打開它。你會(huì)看到文件的內(nèi)容。

要通過(guò) 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(méi)有 “w” 參數(shù)，這是因?yàn)橹皇亲x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(rèn)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(shí)關(guān)閉文件那么重要，但無(wú)論如何這都是一個(gè)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(diǎn)擊 New 圖標(biāo)創(chuàng)建一個(gè)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(guò)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(lái)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(jiǎn)單地將它們打印出來(lái)。打開一個(gè)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(huì)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(gè)程序只需要幾秒鐘就可以運(yùn)行完成。當(dāng) >>> 示符重新出現(xiàn)在 Shell 區(qū)域，點(diǎn)擊進(jìn)入它，并輸入以下內(nèi)容來(lái)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(qiáng)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(qǐng)注意，文件中仍然只有一個(gè)讀取。當(dāng)程序再次打開文件進(jìn)行寫入時(shí)，它會(huì)自動(dòng)刪除先前的內(nèi)容——這意味著每次程序運(yùn)行時(shí)，它都會(huì)刪除文件并存儲(chǔ)一次讀取。

要解決這個(gè)問(wèn)題，你需要修改程序。如果你像以前那樣關(guān)閉文件，你將無(wú)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(yuǎn)不會(huì)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(gè)文件，但數(shù)據(jù)實(shí)際上并沒(méi)有寫入文件系統(tǒng)時(shí)，它被存儲(chǔ)在所謂的緩沖區(qū)中——一個(gè)臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域。當(dāng)你關(guān)閉文件時(shí)，緩沖區(qū)將以稱為刷新的進(jìn)程寫入文件。使用 file.flush() 等價(jià)于 file.close()，它會(huì)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(diǎn)擊 Run 圖標(biāo)并數(shù)到 60，然后點(diǎn)擊停止圖標(biāo)。現(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(gè)文件中記錄了多個(gè)讀數(shù)——大約 6 個(gè)，根據(jù)你的計(jì)數(shù)速度有幾個(gè)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(lái)很困難。

要解決這個(gè)問(wèn)題，你需要在數(shù)據(jù)寫入文件時(shí)對(duì)其進(jìn)行格式化。回到程序中的 file.write() 行，并修改它，使其看起來(lái)像：

file.write(str(temperature) + "
")

加號(hào)（+）告訴 MicroPython 你想要追加后面的內(nèi)容，將兩個(gè)字符串連接在一起。” ” 是一個(gè)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(dú)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(jìn)展，但它仍然不正確： 控制字符的行為不像一個(gè)按鍵輸入，但打印為兩個(gè)空格字符。這是因?yàn)?file.read() 引入了文件的原始內(nèi)容，而沒(méi)有嘗試為屏幕格式化它。


要解決格式問(wèn)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(lái)，格式整齊，易于閱讀。


你已經(jīng)構(gòu)建了一個(gè)數(shù)據(jù)記錄器，它可以進(jìn)行多次讀取并將它們存儲(chǔ)在你的 Pico 的文件系統(tǒng)中！

文件存儲(chǔ)

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(gè)文件，包括數(shù)據(jù)記錄器的存儲(chǔ)文件，都會(huì)占用空間。填滿存儲(chǔ)需要多長(zhǎng)時(shí)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(gè)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(yùn)行 111 天左右；如果你每小時(shí)只讀一次，你的數(shù)據(jù)記錄器可以運(yùn)行 18 年以上！

無(wú)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(gè) 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(yùn)行。但你需要一種方法，讓你的程序運(yùn)行，而不必點(diǎn)擊 Thonny 的 Run 圖標(biāo)。

在不連接計(jì)算機(jī)的情況下使用，你可以將程序保存在一個(gè)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(gè)名為 main.py 的文件時(shí)，它會(huì)在每次上電或重置時(shí)自動(dòng)運(yùn)行這個(gè)文件。

現(xiàn)在，斷開樹莓派 Pico 和你的樹莓派，把它帶到另一個(gè)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(lái)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(huì)看到來(lái)自另一個(gè)房間的讀數(shù)，證明你的 Pico 可以沒(méi)有樹莓派的幫助也能運(yùn)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(zhǔn)備好了你可以隨時(shí)隨地記錄你需要的數(shù)據(jù)！