Daten in JSON speichern auf dem Wemos

Um seine Daten auf eine SD Karte zu speichern, muss am Anfang klar sein, in welches Format gespeichert werden soll. Das ist dann besonders entscheidend, wenn die Daten wieder weiter verarbeitet werden.

Wenn für den Moment nur ein Wert gespeichert wird, dann reicht Zeilenweise. Bei mehreren Werten müssen die durch ein Zeichen getrennt werden. Das kann dann über Leerzeichen, Semikolon oder Komma sein, bzw. CSV entsprechend. CSV kann prima in Excel betrachtet und weiter verarbeitet werden. Will man die Daten aber weiter verarbeiten, müssen am Ende viele Zeichenketten zu Werten umgewandelt werden. Grundsätzlich ist das nicht verkehrt, aber man muss sich selbst Standards festlegen, um Aufwände gering zu halten.

Was benötigt wird:

• Arduino oder Wemos
• SD Shield
• SD Karte

Vorhaben

Für das Ziel Projekt werden einige Werte aus den Messungen gespeichert. Daher wird ein Daten Objekt benötigt, dass alle Werte enthält. Um dieses nicht im Arbeitsspeicher zu halten, muss der Inhalt persistiert werden und später auf Abruf wieder hergestellt werden.

Datenformat zum Speichern

Die Entscheidung war für mich schon ein eigenes Thema Wert. Neben CSV blicke ich seit langem wieder auf JSON und XML. Nachdem ich ein wenig gesucht habe, kam ich zu dem Entschluss JSON zu verwenden. Für das JSON Format existiert bereits eine fertige Bibliothek.

ArduinoJson

Was man beachten sollte

Nach einigen Tutorials und veralteten Beispielen, hatte ich die nötigen Informationen zusammen. Zum Schreiben und lesen der Daten können zwei verschiedene Klassen zum Verarbeiten von JSON verwendet werden.

• StaticJsonDocument
• DynamicJsonDocument

Für meinen Einsatz reicht der StaticJsonDocument aus. Dieser legt die Daten im Stack ab und verbraucht durch die Eingrenzung auch weniger Arbeitsspeicher. Das ist bedingt durch den Mikrocontroller, vorzugsweise zu verwenden.

Mit DynamicJsonDocument werden die Daten im Heap abgesetzt. Für mein Beispiel konnte ich evaluieren, das nur zwölf Datensätze zuverlässig verarbeitet werden, ohne dass das Programm anhält bzw. abstürzt.

Datenobjekt

Der Zeitpunkt der Aufnahme und zu speichernden Werte werden für den späteren verlauf verwendet. Sekunden habe ich hier nicht einbezogen, da solche Zeitlich genauen Messungen für die Darstellung keinen Nutzen hat. Die Stunden und Minuten werden wiederum verwendet, um später Durchschnittswerte zu berechnen. Der Tag, Monat und Jahr werden ebenfalls für die Durchschnittswerte verwendet.

 class MeasureData {  
  public:  
   int16_t Day;  
   int16_t Month;  
   int16_t Year;  
   int16_t Hour;  
   int16_t Minute;  
   float Temperature;  
   float Humidity;  
   float Pressure;  
 };  

Speichern (Serialisieren)

Bevor die Daten in das JsonObject geschrieben werden können, muss die Größe definiert werden. Im folgenden Programmcode in "JSON_ARRAY_SIZE" der Wert 1 eingetragen, weil hier nur einmal gespeichert wird. Im Github Repository zeige ich dieses mit mehreren Datensätzen.

 void SaveData() {  
  const size_t capacity = JSON_ARRAY_SIZE(1) * JSON_OBJECT_SIZE(8);        
  StaticJsonDocument jsonBuffer;     // set the content size  
  JsonArray data = jsonBuffer.to();   // setup array to write  
  JsonObject measure = data.createNestedObject();  // created to add a new object  
  measure["Day"] = 12;  
  measure["Month"] = 12;  
  measure["Year"] = 2019;  
  measure["Hour"] = 12;  
  measure["Minute"] = 12;  
  measure["Temperature"] = 21.4f;  
  measure["Humidity"] = 50.5f;  
  measure["Pressure"] = 12345.6f;  
  File file = SD.open(mFilename, FILE_WRITE);  
  serializeJson(jsonBuffer, file);       // write json document to file  
  file.close();   
 } 

Öffnen (Deserialisierung)

Genau wie beim Speichern, wird ebenfalls die Kapazität angegeben. Dann kann die eingelesene Datei aus dem JSON Inhalt eingelesen und als JsonObject abgerufen werden.

 void OpenData() {  
  File file = SD.open(mFilename);  
  String content = file.readString();  
  const size_t capacity = JSON_ARRAY_SIZE(1) * JSON_OBJECT_SIZE(8);        
  StaticJsonDocument doc;  
  deserializeJson(doc, content);  
  JsonObject measure = doc[0];  
  Serial.print(" Day:"); Serial.print((int16_t)measure["Day"], DEC);  
  Serial.print(" Month:"); Serial.print((int16_t)measure["Month"], DEC);  
  Serial.print(" Year:"); Serial.print((int16_t)measure["Year"], DEC);  
  Serial.print(" Hour:"); Serial.print((int16_t)measure["Hour"], DEC);  
  Serial.print(" Minute:"); Serial.print((int16_t)measure["Minute"], DEC);  
  Serial.print(" Temperatur:"); Serial.print((float)measure["Temperature"], DEC);  
  Serial.print(" Humidity:"); Serial.print((float)measure["Humidity"], DEC);  
  Serial.print(" Pressure:"); Serial.println((float)measure["Pressure"], DEC);  
 }  

Fazit

Das JSON Format kann ich jeden nahe legen, dieses zu verwenden. Sobald mehrere Daten erfasst und gespeichert werden, ist der Aufwand beim Einlesen nahezu gleich. Das mag anfangs etwas ungewohnt sein. Spätestens wenn ihr Daten aus einer CSV einlesen wollt, das innerhalb des Mikrocontroller Bereiches geschieht, spart ihr eine Menge Zeit für das Entwickeln einer Methode, dass die Daten einließt.

Wie immer ein Beispiel:

Github - ExampleWriteReadSdCard