ArduinoでSDカードを使用する

AdafruitのData Logger Shieldを使用して，ArduinoからSDカードへデータを保存した．

　Arduinoで測定したデータはシリアル通信経由でPC上に保存できるが，長期間にわたり記録する際などPCを使わずArduino単体で保存したいこともある．このような場合，SDカードシールドを使用することでArduinoから直接SDカードへ保存することができる．

　今回使用したSDカードシールドはAdafruitのData Logger Shieldで，RTC（Real Time Clock）機能が搭載されているのでデータの取得日時も保存できる．

　SDカードスロットは標準サイズの大きさで，FAT16またはFAT32形式のフォーマットに対応している．RTCにはPCF8523が使用されており，対応電池はCR1220相当である．詳しい仕様はこちらを参照のこと．

パッケージのインストール

　RTCを使用するにはRTClibというパッケージが必要なのでパッケージマネージャからインストールを行う．似たような名前がいくつかあるが，Adafruitが提供しているものをインストールする．

RTCの時刻合わせ

　Arduinoのサイトの手順に従い，RTCLibのサンプルスケッチpcf8523を用いてPCの時刻をRTCに設定する．シリアルモニタに表示されている時刻がPCと同じであれば成功．うまくいかない場合はrtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));をif文の外に出せば成功するかもしれない．

SDカードへの書き込み

　まず，SDカードが正常に認識されているかを確認するため，SDのサンプルスケッチにあるCardInfoを実行する．このとき，スケッチのコメントにあるように定数chipSelectを10に変更しておく．シリアルモニタに以下が表示されていれば成功．

　次に，実際にSDカードに書き込みテストを行う．テストにはサンプルスケッチのDataloggerを使用する．このスケッチではanalogReadで取得したアナログ入力A0-A2の値を，カンマ区切りでDATALOG.TXTという名前のファイルに保存する．

　CardInfoと同様にchipSelectの値を10に変更するのを忘れないこと．スケッチの実行は数秒間で十分．ArduinoからのSDカードの取り出しは本体の電源を切った後に行った方がいい．カードにDATALOG.TXTというファイルが存在すれば保存成功で，ファイルの中身は以下のようになっている．

　このスケッチではSDカードへのデータ保存は追記モードとなっており，記録を再開すると既存のデータの次の行からデータが追加される．また，ファイル形式はCSVもいけるようだ．CSVであればExcelでの利用が非常に楽になる．

　なお，SDカードへのデータ保存中はSDカード横の赤色LEDが点灯する．

センサデータを時刻と共にSDカードへ保存する

　例として，CTセンサで測定した交流電流値を測定時刻と共にSDカードへ保存してみる．CTセンサはこちらで解説したものを3つ使用し，アナログ入力A0-A2に接続した．スケッチはサンプルスケッチのDataloggerとpcf8523を流用しながら下のように作成した．

//サンプルのSDにあるDataLoggerを流用して変更
#include < spi.h >
#include < sd .h >
#include "RTClib.h"
RTC_PCF8523 rtc;

const int chipSelect = 10;
//保存ファイル名
const String fileName = "data.csv";
//SDカードへの記録間隔[ms]
const long loggingInterval = 2000;

long nn;

//SDカードとRTC関連の初期化処理．
void setup() {
  nn = 0;
  
  // Open serial communications and wait for port to open:
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    ; // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only
  }

  // initialize the SD card
  Serial.print("Initializing SD card...");
  // make sure that the default chip select pin is set to
  // output, even if you don't use it:
    
  // see if the card is present and can be initialized:
  if (!SD.begin(chipSelect)) {
    Serial.println("Card failed, or not present");
    // don't do anything more:
    while (1);
  }
  Serial.println("card initialized.");

  //以降はRTClibサンプルのpcf8523を流用
  if (! rtc.begin()) {
    Serial.println("Couldn't find RTC");
    Serial.flush();
    while (1) delay(10);
  }
  
  //RTCが初期化されていない場合は接続先のPCの時間を設定する
  //うまく設定できない場合はrtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));をifの外に出す
  if (! rtc.initialized() || rtc.lostPower()) {
    Serial.println("RTC is NOT initialized, let's set the time!");
    // When time needs to be set on a new device, or after a power loss, the
    // following line sets the RTC to the date & time this sketch was compiled
    rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));
    // This line sets the RTC with an explicit date & time, for example to set
    // January 21, 2014 at 3am you would call:
    // rtc.adjust(DateTime(2014, 1, 21, 3, 0, 0));
    //
    // Note: allow 2 seconds after inserting battery or applying external power
    // without battery before calling adjust(). This gives the PCF8523's
    // crystal oscillator time to stabilize. If you call adjust() very quickly
    // after the RTC is powered, lostPower() may still return true.
  }

  // When time needs to be re-set on a previously configured device, the
  // following line sets the RTC to the date & time this sketch was compiled
  // rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));
  // This line sets the RTC with an explicit date & time, for example to set
  // January 21, 2014 at 3am you would call:
  // rtc.adjust(DateTime(2014, 1, 21, 3, 0, 0));

  // When the RTC was stopped and stays connected to the battery, it has
  // to be restarted by clearing the STOP bit. Let's do this to ensure
  // the RTC is running.
  rtc.start();
}

void loop() {
  // make a string for assembling the data to log:
  String dataString = "";
  float sensor;
  float vol;
  float cur;
  long n;
  
  n = millis();

  //delayの値が大きすぎると動かなくなるため，mills()とnn+loggingIntervalの差がloggingInterval以上か判定するif文で代用．
  //nnはif文内を実行ごとにloggingIntervalを加算して更新．
  if((n - nn) >= loggingInterval){
    nn += loggingInterval;
    
    //日付をyyyy/M/d h:m:s形式で取得
    DateTime now = rtc.now();
    dataString += String(now.year()) + "/" + String(now.month()) + "/" + String(now.day()) + " ";
    dataString += String(now.hour()) + ":" + String(now.minute()) + ":" + String(now.second()) + ",";
  
    //3つのCTセンサアンプ基板からA0-A2に入力された電圧を取得し，交流電流の実効値を計算．
    for (int analogPin = 0; analogPin < 3; analogPin++) {
      sensor = analogRead(analogPin);
      vol = sensor*5.0/1024.0;
      cur = vol*3000.0/(60.0*4.9);
    
      dataString += String(cur);
      if (analogPin < 2) {
        dataString += ",";
      }
    }

    //SDカードに記録
    // open the file. note that only one file can be open at a time,
    // so you have to close this one before opening another.
    File dataFile = SD.open(fileName, FILE_WRITE);

    // if the file is available, write to it:
    if (dataFile) {
      dataFile.println(dataString);
      dataFile.close();
      // print to the serial port too:
      Serial.println(dataString);
    }
    // if the file isn't open, pop up an error:
    else {
      Serial.println("error opening datalog.txt");
    }
  }
}

　このスケッチでは2秒ごとにA0-A2の電圧を交流電流値に変換し，測定時刻と共にCSV形式のファイルに保存する．なお，測定間隔をdelay()で制御すると値が大きいとき処理が止まってしまう（40000ms以上で無理だった）ので，millis()とif文で代用した．

　また，setupでシリアル通信の疎通確認をしておりPCとの通信が確立しない限り処理が進まないと思うのだが，USBアダプタから電源を取ってもなぜか動いた．

保存されたファイルをエクセルで開くと以下のようになる（BCD列が電流値）