Подключение sd карты к ардуино

SD и microSD карты могут существенно расширить возможности проектов ардуино, работающих с большими объемами данных: регистраторов данных, метеостанций, систем умного дома. Платы arduino оснащены сравнительно небольшой внутренней памятью, всего до 4 килобайт, включая и флэш-память, и EEPROM. Этой памяти не хватит для записи больших объемов данных, тем более, если плата будет постоянно выключаться или выключаться. Подключение SD карты ардуино в качестве внешнего накопителя позволяет многократно увеличить место для хранения любой информации. Съемные накопители SD стоят дешево, легко подключаются и удобны в использовании. О правильном подключении SD карты к Arduino и пойдет речь в статье.

Описание модуля для SD карты памяти

Работа с памятью SD в ардуино не представляет особых трудностей. Самым простым способом является подключение готового модуля и использование стандартной библиотеки. С этого варианта мы и начнем.

Использование готового модуля обладает различными преимуществами. Это довольно простое и удобное средство для работы с большим объемом данных. Он не требует особых навыков в подключении, все разъемы подписаны прямо на плате. За удобство приходится платить, но стоимость модуля относительно не велика, его легко можно найти по доступным ценам в российских и зарубежных интернет-магазинах.

Универсальный модуль представляет собой обыкновенную плату, на которой помещены слот для карты, резисторы и регулятор напряжений. Он обладает следующими техническими характеристиками:

• Диапазон рабочих напряжений 4,5-5 В;
• Поддержка SD карты до 2 Гб;
• Ток 80 мА;
• Файловая система FAT 16.

Модуль SD-карты реализует такие функции как хранение, чтение и запись информации на карту, которая требуется для нормального функционирования прибора на базе микроконтроллера.

Естественно, у недорогих модулей карт памяти есть и недостатки. Например, самые дешевые и распространенные модели поддерживают только карты до 4Гб и почти все модули позволяют хранить на SD карте файлы объемом до двух гигабайт – это ограничение используемой в большинстве моделей файловой системы FAT.

Еще одним недостатком карт памяти является относительно долгое время записи, однако существуют пути работы с ней, позволяющие увеличить ее скорость работы. Для этого используется механизм кэширования, когда данные сначала копятся в оперативной памяти, а потом сбрасываются за раз на карту памяти.

Платы Arduino для работы с SD

Для работы с SD card существует несколько различных плат:

• Arduino Ethernet – эта  плата оснащена специальным модулем для вывода данных. Для выхода CS используется контакт 4. Для правильной работы нужно применять команду SD.begin(4).
• Adafruit Micro-SD – это отладочная плата, которая используется при работе с Micro-SD картами.
• Sparkfun SD – закрепляется сверху Ардуино, для выхода CS использует 8 контакт. В новой версии платы есть соединение с 3.3 В и встроен шестиразрядный инвертор.

Подключение SD и microSD к ардуино

Существует два вида карт – microSD и SD. Они одинаковы по подключению, структуре и программе, различаются же только размером. Перед работой советуется отформатировать карту SD. Обычно новые карты уже отформатированы и готовы к работе, но если используется старая карта, то лучше провести форматирование в файловой системе Arduino. Для проведения процедуры на компьютере должна быть установлена библиотека SD, желательно FAT16. Для форматирования на Windows нужно щелкнуть на иконке карты и нажать “Format”.

Для подключения карты используется 6 контактов, взаимодействие производится по интерфейсу SPI. Она выглядит на плате как разъем на лицевой поверхности с шестью штырями. Чтобы подключить карту, нужны сам контроллер, модуль карты и 6 проводов. Помимо SPI существует режим SDIO, но он сложен в реализации и слабо совместим с Ардуино. SPI легко налаживается для работы со всеми микроконтроллерами, поэтому советуется использовать именно его.

Подключение цифровых выводов производится так: для платы  Arduino Nano или Uno контакт MOSI подключается к D11, MISO к D12,SCK к D13, CS к 4, VCC на +5 В,.GND к GND. На плате имеются разъемы для подключения к 3,3 и 5 вольтам. Питание самой карты составляет 3,3 вольт, поэтому проще применять микроконтроллер с таким же питанием, в ином случае нужен преобразователей уровней напряжения. На самых распространенных платах ардуино такой выход есть.

При подключении SD карты нужно учитывать соответствие SPI контактов для разных тип плат Arduino:

Библиотека ардуино для работы с SD и microSD

Для удобства работы с внешними накопителями данных в среде Arduino IDE доступны уже готовые библиотеки. Ничего дополнительно скачивать или устанавливать в большинстве случаев не понадобится.

Для подключения библиотеки в скетче нужно использовать инструкцию include:

#include <SPI.h>
#include <SD.h>

Библиотека SPI нужна для правильной работы устройств, подключаемых по SPI.

Библиотечные функции нужно для считывания и записи данных на карту. Библиотека может поддерживать SD и SDHC карты.

Имена записываются в формате 8.3, то есть 8 знаков для названия, 3 для расширения. Путь к файлу записывается с помощью слэшей «/».

Встроенные примеры библиотеки SD

В Arduino IDE встроены готовые примеры для быстрого изучение функций бибилотеки:

• Card Info – это извлечение информации, хранящейся в SD карте. С ее помощью можно узнать, в какую файловую систему отформатирована карта, наличие свободного места, какие данные записаны.
• Yun Datalogger – позволяет записывать лог-данные с трех сенсоров на карту.
• Datalogger – регистрирует и созраняет данные, полученные с датчика на карту.
• Dump File – считывание данные с карты, передает их в серийный порт.
• Files – создает и удаляет данные. Существует функция file.write(), которая помещает записанные данные в буфер. Перемещение информации на карту происходит при вызове функций flush() или close(), поэтому важно закрывать его после каждого открытия файла, иначе данные будут потеряны.
• Read Write – записывает и считывает файлы с карты.

Функции библиотеки SD

Ардуино-библиотека SD содержит различные функции, с помощью которыми можно управлять данными. Функции класса SD:

• begin() – функция инициализирует библиотеку, присваивает контакт для сигнала.
• exists() – призвана проверить, имеется ли на карте необходимая информация.
• mkdir() – позволяет создать нужную папку на карте памяти.
• rmdir() – с помощью этой функции можно удалить папку. Важно, чтобы удаляемая папка была пустой.
• open() – позволяет открыть файл, который нужен для записи или чтения. Если нужный файл отсутствует на карте, то он будет создан.
• remove() – удаляет любой файл.

В ответ на все эти функции должно прийти одно из значений – true, в случае удачного завершения операции и false при неудаче.

Создание, редактирование и удаление файлов.

Для работы с файлами в ардуино существует класс File. В него входят функции, которые предназначены для записи и чтения информации с карты:

• available() – проверяет наличие в файле байт, которые доступны для чтения. В ответ приходит количество места, которое доступно для чтения.
• close() – закрывает файл, перед эти проверяет, сохранены ли данные на карту.
• flush() – функция позволяет убедиться, что данные записаны на карту.
• name() – возвращает указатель на имя.
• peek() – считывает байты данных, при этом не перемещает указатель на следующий символ.
• position() – находит текущее положение указателя в файле.
• print() – выводит данные в отдельный файл.
• println() – печатает данные в файл до места, где появляется символ перевода каретки и пустая строка.
• seek() – меняет положение текущей позиции в файле.
• size() – выводит информацию о размере данных.
• read() – считывает информацию.
• write() – производит запись в файл.
• isDirectory() – с помощью этого метода происходит проверка, является ли файл директорией, то есть каталогом или папкой.
• openNextFile() – выводит имя последующего файла.
• rewindDirectory() – возвращает к первому файлу в директории.

Для корректной работы платы нужно проследить, чтобы был сконфигурирован SS выход.

Скетч примера работы с SD библиотекой ардуино

Ниже приведен скетч, демонстрирующий пример работы с модулем карты памяти.

/*
 Регистратор данных с использованием SD карт

 Пример сохранения данных с аналоговых портов на SD карте.
 Данные будут сохраняться в файле в виде набора строк с разделителем полей в виде символа ","

 Схема подключения:
 * Аналоговые сенсоры подключаются к аналоговым пинам
 * Модуль SD карты подключен в SPI по стандартной схеме:
 ** MOSI - пин 11
 ** MISO - пин12
 ** CLK - пин 13
 ** CS - pin 4
 */

#include <SPI.h>
#include <SD.h>

const int PIN_CHIP_SELECT = 4;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.print("Initializing SD card...");
 // Этот пин обязательно должен быть определен как OUTPUT
  pinMode(10, OUTPUT);

  // Пытаемся проинициализировать модуль
  if (!SD.begin(PIN_CHIP_SELECT)) {
    Serial.println("Card failed, or not present");
    // Если что-то пошло не так, завершаем работу:
    return;
  }
  Serial.println("card initialized.");
}

void loop() {
  // Строка с данными, которые мы поместим в файл:
  String logStringData = "";

  // Считываем данные с портов и записываем в строку
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    int sensor = analogRead(i);
    logStringData += String(sensor);
    if (i < 4) {
      logStringData += ",";
    }
  }

  // Открываем файл, но помним, что одновременно можно работать только с одним файлом.
  // Если файла с таким именем не будет, ардуино создаст его.
  File dataFile = SD.open("datalog.csv", FILE_WRITE);

  // Если все хорошо, то записываем строку:
  if (dataFile) {
    dataFile.println(logStringData);
    dataFile.close();
    // Публикуем в мониторе порта для отладки
    Serial.println(logStringData);
  }
  else {
  // Сообщаем об ошибке, если все плохо
    Serial.println("error opening datalog.csv");
  }
}

Создание файла и выбор названия для arduino SD card

Создание файла – одна из самых распространенных задач, возникающих при работе с SD картами в ардуино. Как мы убедились в предыдущем скетче, для создания файла достаточно просто открыт его. Если мы захотим проверить, есть ли такой файл, можно использовать функцию exists():

• SD.exists(“datalog.csv”);

Функция возвращает TRUE, если файл существует.

Популярной практикой при создании проектов – регистраторов данных является разбивка больших файлов на более мелкие, которые удобнее обновлять и открывать на компьютере. Например, вместо одного очень большого файла datalog.csv на SD карте можно иметь несколько маленьких, добавляя к концу номер по порядку: datalog01.csv, datalog02.csv и т.д.
Вот пример скетча, который поможет вам выполнить эту работу:

  
  char filename[] = "datalog00.CSV"; // Первоначальное название
  for (uint8_t i = 0; i < 100; i++) {
    filename[6] = i / 10 + '0';
    filename[7] = i % 10 + '0';

    if (! SD.exists(filename)) { // Проверяем наличие
      logfile = SD.open(filename, FILE_WRITE);
      break;  // Дальше продолжать смысла нет
    }
  }

Заключение

Как мы с вами убедились, подключить SD карту памяти к Ардуино и использовать ее в проекте не очень сложно. Для этого есть готовые библиотеки в Arduino IDE и самые разнообразные варианты модулей.  Приобрести карту памяти можно в любом магазине электроники, они стоят недорого, при этом позволяют существенно расширить потенциал платы Ардуино. С использованием карт памяти можно собирать и сохранять для последующего анализа большие объемы данных. С помощью нашей статьи мы сможете наделить памятью свои исследовательские проекты, создать системы голосового оповещения для умного дома, создать простой wav-проигрыватель и многое другое.