科研自动化课程 · 课前装备

给课程里真实出现的数据，一个 Python 能处理的位置

这门课会反复遇到传感器报文、实验记录表、云端 JSON、阈值控制与图表。这里不讲整本 Python，只讲课前最需要的四件事：看懂数据形态、读写实验数据、理解类和库、亲手跑通采集到控制的链路。

课前准备进度 0 / 4

模块 A：容器选择模块 D：仿真实验台

看懂数据长相

字符串、列表、字典、列表套字典分别处理哪类实验数据。

先分类，再写代码

读写实验数据

从传感器报文和 CSV 中读出记录，再写成规范文件。

解析、入库、复用

认识类和库

把“某类设备 + 一批操作”封装成模板，按输入输出调用现成库。

接口比源码更先看

跑通仿真链路

采集 → 解析 → 入库 → 阈值控制 → 图表，一次看清数据怎么流动。

采集到控制闭环

模块 A · 数据形态与容器

先判断数据是“几条、几字段、带不带名字”

同一个实验里会出现不同长相的数据。写代码之前先回答三个问题：一共有几条记录？每条记录有几个值？后续要按字段名查找还是按顺序遍历？

课程触点：第 3-5 周环境感知与温湿度采集

一行报文 / 原始文本

"T:25.3 H:60.2 PM2.5:38"

先当字符串处理：清洗空格、按分隔符拆开，再逐段转成数值。

一条带名字的观测

{"time":"09:31","temp":25.3,"hum":60.2}

同一个时间点有多个字段，适合用字典保存字段名与数值。

整张多行实验表

[{"time":"09:00","temp":25.3}, {"time":"09:01","temp":25.8}]

一批结构相同的记录适合“列表套字典”，每行是一条字典。

多少条？

一条看文本细节，多条准备“逐行循环”。

每条约几个值？

单个值可用列表；多个值必须想清楚哪些是字段。

按名字还是按顺序？

以后要写 row["temp"] 就选字典；只做序列运算就选列表。

先分类，再动手

输入是 "T:25.3 H:60.2 PM2.5:38"，第一件要做的事是？

还没有选择

连续一小时每分钟记一个温度，只想算平均和最高，容器选？

还没有选择

把传感器报文拆成一条字典记录

输入 · 会被放进 Python 变量 payload Python 代码 · 可修改

# 原始报文先作为字符串处理
raw = payload.strip()
items = raw.split()

row = {}
for item in items:
    key, value = item.split(":")
    row[key] = float(value)

row["time"] = "09:31"
print("拆成字典：", row)
print("按字段读取温度：", row["T"])

输出

点击“运行 Python”后显示结果。

模块 B · 字符串拆分与数据读写

从“一句话”到“一张表”：实验数据的解析与落盘

传感器常把多个值拼在一行里；实验软件又把多行记录存成 CSV 或 JSON。课前要会的是三步：去掉多余空格、按分隔符拆开、把带名字的记录写回标准格式。

课程触点：第 3-7 周采集、存储与数据处理

原样保留表头

CSV 的第一行是字段名，之后每行是一条记录。

用库而不是手拼

csv.DictReader 负责表头映射，比手工切片更少出错。

写出时也带表头

写 CSV 使用 utf-8-sig，Excel 打开中文不会乱码。

可以上传自己的 CSV

文件不会离开浏览器。上传后内容进入输入框，用同一套 Python 解析并展示成记录。

选择 CSV 文件

with open("lab_log.csv", "w", newline="", encoding="utf-8-sig") as f:
    writer = csv.DictWriter(f, fieldnames=headers)
    writer.writeheader()
    writer.writerows(records)

读取 CSV 并输出标准 CSV

输入 · CSV 文本 Python 代码 · 可修改

from io import StringIO
import csv

# 去掉 UTF-8 BOM，再交给 csv 解析
text = payload.lstrip("\ufeff")
reader = csv.DictReader(StringIO(text))
records = [dict(row) for row in reader]

print("字段名：", reader.fieldnames)
print("读取条数：", len(records))
print("第一条：", records[0] if records else None)

out = StringIO(newline="")
writer = csv.DictWriter(out, fieldnames=reader.fieldnames)
writer.writeheader()
writer.writerows(records)
print("--- 标准化输出 ---")
print(out.getvalue())

输出

可先运行示例，再上传自己的 CSV。

模块 C · 类和库

库是输入输出约定，类是把设备状态装进一个模板

不熟悉类与库时，先不要读实现源码。先问这个库给我什么输入、我取什么输出；再问哪些函数和数据总一起出现，那部分才适合封装成类。

课程触点：第 6-9 周云平台接口与设备对象

json

输入 JSON 文本，输出字典或列表；API 回包最常见。

第 6 周 Uni-Lab

csv

输入带表头的表格，输出一行一个字典。

第 3-7 周记录存储

sqlite3

输入 SQL 与记录，输出可查询的本地表。

第 6 周数据管理

requests

输入 URL 与参数，输出响应；先用 .json() 取数据。

第 6 周云端下发指令

matplotlib

输入序列或字段，输出折线、散点与拟合结果。

第 7-8 周表征与可视化

JSON 进内存数据库：字段名不再丢

输入 · JSON Python 代码 · 可修改

import json
import sqlite3

records = json.loads(payload)

conn = sqlite3.connect(":memory:")
cur = conn.cursor()
cur.execute("""
    CREATE TABLE env_log (
        device TEXT,
        time   TEXT,
        temp   REAL,
        hum    REAL
    )
""")
cur.executemany(
    "INSERT INTO env_log VALUES (:device, :time, :temp, :hum)",
    records,
)

cur.execute("SELECT device, time, temp FROM env_log ORDER BY temp DESC")
for row in cur.fetchall():
    print(row)
conn.close()

输出

两条示例会分别演示 json + sqlite3 与 Sensor 类。

模块 D · 仿真实验台

让同一批数据完整走一遍：采集、解析、入库、控制、绘图

页面用仿真设备代替真实硬件。启动采集后，设备持续输出报文；点击动作按钮可以看到“解析入库、阈值控制、绘图展示”各自对应的 Python 实现与页面状态。

课程触点：第 5 周控制、第 7-8 周图表、第 10-14 周集成

报文

解析

入库

控制

绘图

解析后的记录表

时间	温度	湿度

通风关闭

加热关闭

加湿关闭

趋势图

当前动作对应的 Python 代码

输入 · 当前记录与阈值（JSON） Python 代码 · 可修改

import json

box = json.loads(payload)
records = box["records"]
thresholds = box["thresholds"]

print("当前记录数：", len(records))
if records:
    latest = records[-1]
    print("最新一条：", latest)
    print("阈值：", thresholds)

输出

先启动采集，再选择上方动作。