Arduino初心者編：SDカードに温湿度データと時間を保存する

温湿度データのような長期間の測定値など、さらに広範囲のデータを保存したい場合は、SDカードを使用します。PCでよくデータ移動に使われるSDカードは、通常数ギガバイトのさまざまなストレージボリュームがあります。この巨大な保存領域は、Arduinoを使用する上で十分な容量です。

接続には、専用アダプタモジュールとシールド（プラグインボード）の両方を用意しています。

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別々のモジュールやシールドを使用するかどうかにかかわらず、接続は通常SPIを介して行われます。シールドの場合、自由に選択できるチップセレクトラインは通常4ピンに接続されています。 15秒ごとに温度と湿度を測定し、その情報を現在のタイムスタンプと一緒にSDカードのテキストファイルに書き込むデータロガーを作りたいと思います。タイムモジュールとしては、DS3231のリアルタイムクロックを使用し、DHT22が温湿度センサとして機能します。

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RTCモジュールはI²C経由で、SDカードアダプタはSPI経由で、温度センサは通常のデジタルピンで接続します。SDカードシールドを代わりに使用した場合は、SDカードアダプタへの線材での接続は不要です。

SDカードは市販されている機種であれば何でもいいのですが、ファイルシステムがFAT16かFAT32である必要があります。他のファイルシステムには対応していません。疑わしい場合は、コンピュータ（Windows）上でカードを右クリックして「フォーマット」オプションを選択することで、カードをフォーマットすることができます。この作業を行うとカード内のデータがすべて削除されます。また、Arduinoアダプタを直接パソコンのSDカードリーダーとして使えません。SDカードのデータを見るには、SDカードリーダーがパソコンに内蔵されていない場合は、パソコン用のカードリーダーが必要になる場合があります。

フォーマットの設定で重要なのはファイルシステムが「FAT」または「FAT32」で、その他の値はSDカードのサイズによって異なる場合があります。

SDモジュールを制御するために必要なライブラリはArduino IDEにプリインストールされているので、プログラミングに専念することができます。センサデータを15秒間隔で取得し、タイムスタンプと一緒にデータセットを作成し、SDカード内のファイル「temp_log.txt」に書き込み、さらにシリアルモニタに出力します。

ソース

#define SPI_CS 4        //SPI接続のチップセレクト端子
#define SENSORPIN 2

#include "SPI.h"
#include "SD.h"
#include "DHT.h"
#include "DS3231.h"

DHT dht(SENSORPIN, DHT22);
DS3231 ds3231;

float Temp;
float Humidity;
boolean Dummy = false;

void setup() {
  dht.begin();
  Wire.begin();

  Serial.begin(9600);
  
  Serial.println("SD-Card initialize...");

  if(!SD.begin(SPI_CS))        //(1)
  {
    Serial.println("Card not readable!");
    while (1);         //無限ループでプログラムを停止
  }
  Serial.println("successful.");
}

void loop() {

  float Temp = dht.readTemperature();
  float Humidity = dht.readHumidity();
  
  String DataRecord = "# " + 
    String(ds3231.getDate(),2) + "." +
    String(ds3231.getMonth(Dummy)) + "." +
    ds3231.getYear() + ", " +
    ds3231.getHour(Dummy, Dummy) + ":";       //(2)

  if(ds3231.getMinute() < 10)
    DataRecord = DataRecord + "0";
    
  DataRecord = DataRecord + ds3231.getMinute() + ":";

  if(ds3231.getSecond() < 10)
    DataRecord = DataRecord + "0";
    
  DataRecord = DataRecord + ds3231.getSecond() +
    " # Temperatur: " + String(Temp) +
    " # Humidity: " + String(Humidity) + " #";

  Serial.println(DataRecord);        //(3)

  File File1 = SD.open("temp_log.txt", FILE_WRITE);        //(4)
  if(File1)        //(5)
  {
    File1.println(DataRecord);        //(6)
    File1.close();        //(7)
    
  }
  else {
    Serial.println("DataRecord could not be written!");
  }

  delay(15000);
}

(1) SD.hライブラリは、関数begin()で接続を確立するオブジェクトSDを提供しています。引数としてSDカードアダプタのチップセレクト端子が渡されているので、この引数を変更すれば複数のカードリーダーを同じSPIバスで動作させられます。この関数は、SD カードがあるかどうかをテストします。読み込めない場合、または別のエラーが発生した場合は、falseが返されます。

(2) 次の数行にわたって、String型文字列変数DataRecordを宣言し、値初期化します。

(3) 文字列変数DataRecordに各種測定データの追記が完了したので、ここで文字列変数DataRecordがデータセットとしてシリアルモニタに表示されます。

(4) Fileオブジェクト型のFile1は、データを書き込みたいテキストファイルを表します。open()で開きます。ここでのファイル名の長さは8文字（名前の拡張子は3文字）までです。

(5) ファイルのオープンに失敗した場合、FileオブジェクトFile1は空なのでif文はfalseとなり、そうでなければif文はtrueです。

(6) ファイルへの書き込みは、シリアルモニタの場合と同様です。

(7) ただし、すぐにさらにデータを書き込む場合を除いて、もう一度ファイルを閉じることが重要です。これを行わないと、電源が切断されたり、close()エラーの前にリセットが実行されたりすると、データが失われる可能性があります。

temp_log.txtというファイルでは、ファイルの最後に常に新しいデータが追加されています。内容は最初の2行のステータスメッセージを除いて、シリアルモニタの出力と全く同じです。

もちろん、カンマやセミコロンでデータを区切って、CSV(Comma-Separated Values)としてマイクロソフト社のエクセルなどのデータ処理ソフトに取り込んで表示することも可能です。このような作業を経ればグラフィカルな評価や分析も可能です。