Karty SD mają wiele zastosowań pozwalających na zapisywanie i prowadzenie rejestru odczytanych danych. Z tego e‑materiału dowiesz się m. in. w jaki sposób wykorzystać zintegrowane czujniki, pozwalające na jednoczesny pomiar zarówno temperatury powietrza, jak i względnej wilgotności.

Karty SD pozwalają na zapisywanie i prowadzenie rejestru odczytanych danych. Taki sposób przetwarzania danych stosuje się w urządzeniach, w skład których wchodzą m.in:

• moduł GPS do zbierania danych dotyczących położenia,

• stacja pogodowa do zapisywania danych na temat temperatury, opadów itp.,

• systemy pomiarowe zbierające dane odnośnie odległości, odchyleń itp.

Jedną z najczęściej mierzonych wartości nieelektrycznych we wszystkich dziedzinach elektroniki jest temperatura. Jej pomiary są podstawą regulacji powietrza w pomieszczeniach przez różnego różnego rodzaju systemy grzewcze, klimatyzatory, wentylatory itp., oraz monitorowania warunków panujących na zewnątrz przez stacje pogodowe. Sam pomiar temperatury zazwyczaj jest wystarczający, jednak bardziej skomplikowane systemy wymagają dokładniejszej informacji na temat warunków środowiska. Dobrym rozwiązaniem jest stosowanie zintegrowanych czujników, które umożliwiają jednoczesny pomiar zarówno temperatury powietrza, jak i wilgotności. Należą do nich sensory z serii DHT, w tym niewielki, cyfrowy czujnik temperatury i wilgotności DHT22, którym zajmiemy się nico niżej.

Moduł czytnika kart MicroSD

Rak5Fcutd90Mq

Grafika przedstawia prostokątną płytkę z kilkoma wycięciami. Płytka zawiera wyjścia znajdujące się jedno pod drugim wzdłuż lewego boku. Wyjścia te to kolejno od góry: GND, VCC, MISO, MOSI, SCK, CS.

Moduł ten zawiera wszystkie potrzebne elementy, aby można było komunikować się z kartą microSD poprzez np. Arduino. Karty SD komunikują się poprzez magistralę SPImagistrala SPImagistralę SPI. Większość mikrokontrolerów, w tym te wykorzystane w Arduino, posiadają sprzętową kontrolę tego interfejsu.

Specyfikacja

• Napięcie zasilania: od 4,5 V do 5,5 V

• Wbudowany regulator napięcia: 3,3 V na pinach SPI

• Prąd: około 80 mA

• Interfejs: SPI

Połączenie z Arduino

• MOSI – pin 11 Arduino

• MISO – pin 12 Arduino

• CLK – pin 13 Arduino

• CS – pin 10 Arduino

• VCC – 5 V Arduino

• GNG – GND Arduino

Program zapisu na kartę

Do poprawnego działania modułu czytnika kart microSD potrzebne są dwie biblioteki – SD oraz SPI.

Biblioteka do obsługi karty SD:

Biblioteka do obsługi komunikacji SPI:

Po pobraniu bibliotek instalujemy je w Arduino IDE.

Na początku dołączamy potrzebne biblioteki do szkicu.

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

W celu poprawnej inicjalizacji karty SD należy w programie wprowadzić w pętli setup() poniższe komendy. Instrukcja warunkowa if() sprawdza, czy karta jest wykrywana. Jeśli nie, następuje wyświetlenie informacji poprzez port szeregowy i przerwanie wykonywania programu. Jeśli karta zostanie rozpoznana, program nie wejdzie do instrukcji i wyświetli napis znajdujący się poza nią.

  if (!SD.begin (CSPin)) {
    Serial.println ("Błąd inicjalizacji karty!");
    return;
  }
  Serial.println ("Karta została poprawnie zainicjalizowana!");

W pętli loop() wpisujemy komendy zapisu tekstu na kartę microSD.

File myFile = SD.open ("test.csv", FILE_WRITE);

  if (myFile) {
    myFile.print ("Działa ");
    myFile.println (czas++);
    myFile.close ();

    Serial.println ("Dane zapisane!");
  }
  else {
    Serial.println ("Błąd otwarcia pliku!");
  }

Polecenie SD.open otwiera plik o podanej nazwie, a jeśli taki plik nie istnieje, zostanie dzięki temu poleceniu utworzony. Gdy plik jest już otwarty (lub utworzony), program wchodzi do instrukcji warunkowej if(), gdzie następuje wpisanie jej do pliku. Jeśli zaś zostanie zwrócenia wartość false, program wykona instrukcję else.

Kod

Całość kodu wygląda następująco:

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

const int CSPin = 10;
int czas = 0;

void setup() {
  Serial.begin (9600);

  pinMode (CSPin, OUTPUT);

  if (!SD.begin (CSPin)) {
    Serial.println ("Błąd inicjalizacji karty!");
    return;
  }
  Serial.println ("Karta została poprawnie zainicjalizowana!");
}

void loop() {
  File myFile = SD.open ("test.csv", FILE_WRITE);

  if (myFile) {
    myFile.print ("Działa ");
    myFile.println (czas++);
    myFile.close ();

    Serial.println ("Dane zapisane!");
  }
  else {
    Serial.println ("Błąd otwarcia pliku!");
  }
  delay(3000);
}

Podłącz układ według poniższego schematu, wgraj kod i przetestuj działanie programu.

Co nam będzie potrzebne:

• płytka stykowa,

• przewody połączeniowe męsko‑żeńskie,

• moduł karty microSD,

• płytka Arduino Uno,

• kabel USB typu A‑B do podłączenia do komputera.

R1wMIawYXQJSH

Ilustracja przedstawia schemat elektryczny połączeń arduino uno i modułu karty mikro sd. Pin 5V arduino połączono w węzła +5V, GND podłączono do węzła GND. Pin arduino D10 podłączono do pinu 6 modułu CS, D11 do pinu 4 MOSI, D12 do pinu 3 MISO a pin D13 do pinu 5 SCK. Pin 1 GND modułu podłączono do węzła GND, pin 2 VCC podłączono do węzła +5V.

Jeśli karta nie znajduje się w module, w monitorze portu szeregowego pojawi się informacja o błędnej inicjalizacji karty.

R16sBzHjxlvIB

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetlają się komunikaty. Komunikat w pierwszym wersie brzmi: „Błąd inicjalizacji karty!”, w następnych wierszach pojawia się kilkukrotnie ten sam komunikat brzmiący „Błąd otwarcia pliku!”.

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetlają się komunikaty. Komunikat w pierwszym wersie brzmi: „Błąd inicjalizacji karty!”, w następnych wierszach pojawia się kilkukrotnie ten sam komunikat brzmiący „Błąd otwarcia pliku!”.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R16sBzHjxlvIB

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetlają się komunikaty. Komunikat w pierwszym wersie brzmi: „Błąd inicjalizacji karty!”, w następnych wierszach pojawia się kilkukrotnie ten sam komunikat brzmiący „Błąd otwarcia pliku!”.

Jeśli karta znajduje się w module, to w monitorze portu szeregowego pojawi się informacja o poprawnej inicjalizacji i zapisie danych na kartę.

RYKLO3JokdS21

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetlają się komunikaty. Komunikat w pierwszym wersie brzmi: „D!”, w drugim wierszu komunikat brzmi: „Karta została poprawnie zainicjalizowana!”, w następnych wierszach pojawia się kilkukrotnie ten sam komunikat brzmiący „Dane zapisane!”.

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetlają się komunikaty. Komunikat w pierwszym wersie brzmi: „D!”, w drugim wierszu komunikat brzmi: „Karta została poprawnie zainicjalizowana!”, w następnych wierszach pojawia się kilkukrotnie ten sam komunikat brzmiący „Dane zapisane!”.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RYKLO3JokdS21

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetlają się komunikaty. Komunikat w pierwszym wersie brzmi: „D!”, w drugim wierszu komunikat brzmi: „Karta została poprawnie zainicjalizowana!”, w następnych wierszach pojawia się kilkukrotnie ten sam komunikat brzmiący „Dane zapisane!”.

Po włożeniu karty do komputera widzimy, że na karcie znajduje się plik TEST.CSV. Po jego otworzeniu możemy zobaczyć zapisane dane.

RslN40djo5vHI

W filmie przedstawiony jest ekran komputera. Użytkownik ma otwarty folder, w którym znajduje się plik o nazwie TEST. Użytkownik otwiera plik TEST, który jest arkuszem kalkulacyjnym. W kolumnie A wpisane są następujące komunikaty: w komórce A 1 „Działa 0”, w komórce A 2 „Działa 1”, w komórce A 3 „Działa 2” i tak dalej.

W filmie przedstawiony jest ekran komputera. Użytkownik ma otwarty folder, w którym znajduje się plik o nazwie TEST. Użytkownik otwiera plik TEST, który jest arkuszem kalkulacyjnym. W kolumnie A wpisane są następujące komunikaty: w komórce A 1 „Działa 0”, w komórce A 2 „Działa 1”, w komórce A 3 „Działa 2” i tak dalej.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RslN40djo5vHI

W filmie przedstawiony jest ekran komputera. Użytkownik ma otwarty folder, w którym znajduje się plik o nazwie TEST. Użytkownik otwiera plik TEST, który jest arkuszem kalkulacyjnym. W kolumnie A wpisane są następujące komunikaty: w komórce A 1 „Działa 0”, w komórce A 2 „Działa 1”, w komórce A 3 „Działa 2” i tak dalej.

Czujnik temperatury i wilgotności DHT22

Rb4DiREmv0cSD1

Grafika przedstawia czujnik w kształcie prostokąta o zaokrąglonych rogach w górnej części. W dolnej części mamy piny w postaci drucików. Piny te to kolejno od lewej: VCC, SDA, NC, GND.

Czujnik DHT22 wyróżnia się wśród podobnych elementów z tej serii głównie pod względem zakresów pomiarowych oraz dokładności wskazań. Jeśli chodzi o temperaturę, jest to zakres od -40Indeks górny O^OC do +80Indeks górny O^OC i całkiem duża precyzja pomiaru oraz rozdzielczość na poziomie odpowiednio: +/- 0,5Indeks górny O^OC i 0,1Indeks górny O^OC. Czas reakcji czujnika na nagłe zmiany temperatury to jedynie dwie sekundy, co umożliwia pracę nawet w bardzo dynamicznych systemach sterowania. Czujnik DHT22 działa w pełnym zakresie wilgotności względnej, czyli od 0% RH do 100% RH, zapewniając dokładność +/- 2% RH i rozdzielczość 0,1% RH. Całość (zarówno przetworniki, jak i układ pomiarowy wraz z cyfrowym interfejsem komunikacyjnym) mieści się w niewielkiej, perforowanej obudowie z tworzywa sztucznego o wymiarach zaledwie 20 x 15,1 x 7,7 mm.

Komunikacja z czujnikiem DHT22

Czujnik temperatury i wilgotności DHT22 komunikuje się z nadrzędnym mikrokontrolerem za pomocą jednoliniowego interfejsu szeregowego. Transmisję danych inicjuje master (mikrokontroler), wysyłając sekwencję stanów logicznych: L → H. Wtedy czujnik rozpoczyna nadawanie danych, zaczynając od najstarszego bitu. Ramka ma długość 40 bitów i zawiera następujące pola danych: części całkowitą i ułamkową odczytu wilgotności (po osiem bitów), części całkowitą i ułamkową odczytu temperatury (również po osiem bitów) oraz sumę kontrolną (jeden bajt). Wartości stanów logicznych (bity 0 i 1) są kodowane jako dwufazowe impulsy o zróżnicowanym czasie trwania (stan L przez 50 µs i następujący po nim stan H przez czas 26‑28 µs oznacza logiczne zero; logiczna jedynka jest kodowana przez impuls „H” o czasie trwania 70 µs). Aby na szynie danych nie doszło do kolizji, linia GPIO mikrokontrolera przeznaczona do pracy w roli wejścia/wyjścia danych powinna być skonfigurowana jako wyjście typu otwarty dren (OD).

Specyfikacja

• Napięcie zasilania: od 3,3 V do 6 V

• Średni pobór prądu: 0,2 mA

Temperatura:

• Zakres pomiarowy: -40 do 80 °C

• Rozdzielczość: 8 bitów (0,1 °C)

• Dokładność: ± 0,5 °C

• Czas odpowiedzi: średnio 2 s

Wilgotność:

• Zakres pomiarowy: 0 - 100 % RH

• Rozdzielczość: 8 bitów (±0,1 % RH)

• Dokładność ±2 %RH*

• Czas odpowiedzi: średnio 2 s

Połączenie z Arduino

• VCC – 5V Arduino

• SDA – dowolny pin cyfrowy Arduino

• GND – GND Arduino

Program testowy

Do poprawnego działania czujnika potrzebna jest biblioteka DHT.

Biblioteka do obsługi czujnika:

Po pobraniu biblioteki należy ją zainstalować w Arduino IDE.

Najpierw dołączamy bibliotekę DHT.

#include "dht.h"

Następnie tworzymy nowy obiekt.

dht DHT22;

Definiujemy pin Arduino, do którego wpięty jest czujnik.

#define DHT22PIN 7

W pętli setup() inicjujemy połączenie z monitorem portu szeregowego z prędkością 115200 bodów i wyświetlamy tekst startowy programu.

  Serial.begin (115200);
  Serial.println ("Program testowy do czujnika DHT22");
  Serial.println ("------------------------------------");

W pętli loop() sprawdzamy stan sensora i wyświetlamy odpowiedni komunikat.

  int chk = DHT22.read (DHT22PIN);

  Serial.print ("Stan sensora: ");
  switch (chk) {

    case DHTLIB_OK:
      Serial.print ("OK");
      Serial.print (" | ");
      break;
    case DHTLIB_ERROR_CHECKSUM:
      Serial.println ("Błąd sumy kontrolnej");
      break;
    case DHTLIB_ERROR_TIMEOUT:
      Serial.println ("Koniec czasu oczekiwania - brak odpowiedzi");
      break;
    default:
      Serial.println ("Nieznany błąd");
      break;
  }

Ostatnia rzecz, jaką musimy zrobić, to wyświetlić wartości pomiarowe.

  Serial.print ("Wilgotnosc: ");
  Serial.print ((float)DHT22.humidity, 2);
  Serial.print (" %");
  Serial.print (" | ");
  Serial.print ("Temperatura: ");
  Serial.print ((float)DHT22.temperature, 2);
  Serial.println (" st. C");

Kod

Całość kodu wygląda następująco:

#include "dht.h"

dht DHT22;

#define DHT22PIN 7

void setup() {
  Serial.begin (115200);
  Serial.println ("Program testowy do czujnika DHT22");
  Serial.println ("------------------------------------");
}

void loop() {
  int chk = DHT22.read (DHT22PIN);

  Serial.print ("Stan sensora: ");
  switch (chk) {

    case DHTLIB_OK:
      Serial.print ("OK");
      Serial.print (" | ");
      break;
    case DHTLIB_ERROR_CHECKSUM:
      Serial.println ("Błąd sumy kontrolnej");
      break;
    case DHTLIB_ERROR_TIMEOUT:
      Serial.println ("Koniec czasu oczekiwania - brak odpowiedzi");
      break;
    default:
      Serial.println ("Nieznany błąd");
      break;
  }

  Serial.print ("Wilgotność: ");
  Serial.print ((float)DHT22.humidity, 2);
  Serial.print (" %");
  Serial.print (" | ");
  Serial.print ("Temperatura: ");
  Serial.print ((float)DHT22.temperature, 2);
  Serial.println (" st. C");

  delay(1000);
}

Podłącz układ według poniższego schematu, wgraj kod i przetestuj jego działanie.

Co nam będzie potrzebne:

• płytka stykowa,

• przewody połączeniowe męsko‑męskie,

• czujnik DHT22,

• rezystor 4,7 kΩomega,

• płytka Arduino Uno,

• kabel USB typu A‑B do podłączenia do komputera.

R1C7WEPpH4lA3

Ilustracja przedstawia schemat elektryczny połączeń arduino uno i czujnika DHT22. Pin arduino 5V podłączono do węzła +5V, pin GND do węzła GND. Pin D7 podłączono do pinu 2 modułu IO. Pin 2 podłączono także poprzez wspólny węzeł do rezystora 4700 omów, a następnie do kolejnego węzła z pinem 1 VCC oraz węzłem +5V. Pin 4 GND podłączono do węzła GND.

Po uruchomieniu monitora portu szeregowego należy zmienić prędkość na 115200 bodów. Po zmianie prędkości nasze informacje będą poprawnie wyświetlane.

RB85d1cbvgKNm

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetlają się komunikaty składające się z różnych liczb, liter, znaków. Użytkownik wybiera w prawym dolnym roku jedną z trzech opcji. Od lewej znajdują się następujące listy wyboru: Nowa linia, 9600 baud oraz Wyczyść okno. Użytkownik wybiera środkowe pole, zmieniające parametr z 9600 baud na 115200 baud. Następnie wyświetlają się kolejne komunikaty. W drugim wierszu pojawia się długa przerywana linia, w kolejnych wierszach pojawiają się komunikaty pomiarowe. Od góry są one następujące: „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.00 % | Temperatura: 26.10 st. C”, „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.10 % | Temperatura: 26.10 st. C”, „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.10 % | Temperatura: 26.10 st. C”, „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.20 % | Temperatura: 26.10 st. C” i tak dalej. W dalszych wierszach zauważamy zwiększoną wilgotność, mianowicie: „Stan sensora: OK | Wilgotność: 54.20 % | Temperatura: 26.30 st. C”, a dalej „Stan sensora: OK | Wilgotność: 97.90 % | Temperatura: 26.60 st. C”. Maksymalna wartość wilgotności to „Stan sensora: OK | Wilgotność: 99.90 % | Temperatura: 26.50 st. C”. Po tym pomiarze wilgotność maleje, a ostatni pomiar zawiera też najwyższą zmierzoną temperaturę: „Stan sensora: OK | Wilgotność: 62.10 % | Temperatura: 26.60 st. C”.

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetlają się komunikaty składające się z różnych liczb, liter, znaków. Użytkownik wybiera w prawym dolnym roku jedną z trzech opcji. Od lewej znajdują się następujące listy wyboru: Nowa linia, 9600 baud oraz Wyczyść okno. Użytkownik wybiera środkowe pole, zmieniające parametr z 9600 baud na 115200 baud. Następnie wyświetlają się kolejne komunikaty. W drugim wierszu pojawia się długa przerywana linia, w kolejnych wierszach pojawiają się komunikaty pomiarowe. Od góry są one następujące: „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.00 % | Temperatura: 26.10 st. C”, „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.10 % | Temperatura: 26.10 st. C”, „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.10 % | Temperatura: 26.10 st. C”, „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.20 % | Temperatura: 26.10 st. C” i tak dalej. W dalszych wierszach zauważamy zwiększoną wilgotność, mianowicie: „Stan sensora: OK | Wilgotność: 54.20 % | Temperatura: 26.30 st. C”, a dalej „Stan sensora: OK | Wilgotność: 97.90 % | Temperatura: 26.60 st. C”. Maksymalna wartość wilgotności to „Stan sensora: OK | Wilgotność: 99.90 % | Temperatura: 26.50 st. C”. Po tym pomiarze wilgotność maleje, a ostatni pomiar zawiera też najwyższą zmierzoną temperaturę: „Stan sensora: OK | Wilgotność: 62.10 % | Temperatura: 26.60 st. C”.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/RB85d1cbvgKNm

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetlają się komunikaty składające się z różnych liczb, liter, znaków. Użytkownik wybiera w prawym dolnym roku jedną z trzech opcji. Od lewej znajdują się następujące listy wyboru: Nowa linia, 9600 baud oraz Wyczyść okno. Użytkownik wybiera środkowe pole, zmieniające parametr z 9600 baud na 115200 baud. Następnie wyświetlają się kolejne komunikaty. W drugim wierszu pojawia się długa przerywana linia, w kolejnych wierszach pojawiają się komunikaty pomiarowe. Od góry są one następujące: „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.00 % | Temperatura: 26.10 st. C”, „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.10 % | Temperatura: 26.10 st. C”, „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.10 % | Temperatura: 26.10 st. C”, „Stan sensora: OK | Wilgotność: 35.20 % | Temperatura: 26.10 st. C” i tak dalej. W dalszych wierszach zauważamy zwiększoną wilgotność, mianowicie: „Stan sensora: OK | Wilgotność: 54.20 % | Temperatura: 26.30 st. C”, a dalej „Stan sensora: OK | Wilgotność: 97.90 % | Temperatura: 26.60 st. C”. Maksymalna wartość wilgotności to „Stan sensora: OK | Wilgotność: 99.90 % | Temperatura: 26.50 st. C”. Po tym pomiarze wilgotność maleje, a ostatni pomiar zawiera też najwyższą zmierzoną temperaturę: „Stan sensora: OK | Wilgotność: 62.10 % | Temperatura: 26.60 st. C”.

Jeśli Arduino nie wykryje czujnika, pojawi się komunikat o braku odpowiedzi.

R1GXM1E4EGJtI

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetla się wielokrotnie w kolejnych wierszach następujący komunikat: „Stan sensora: Koniec czasu oczekiwania – brak odpowiedzi, Wilgotność: minus 999.00 % | Temperatura: minus 999.00 st. C”.

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetla się wielokrotnie w kolejnych wierszach następujący komunikat: „Stan sensora: Koniec czasu oczekiwania – brak odpowiedzi, Wilgotność: minus 999.00 % | Temperatura: minus 999.00 st. C”.

Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1GXM1E4EGJtI

Film nawiązujący do treści lekcji. Na filmie przedstawione jest okno COM6. W polu głównym wyświetla się wielokrotnie w kolejnych wierszach następujący komunikat: „Stan sensora: Koniec czasu oczekiwania – brak odpowiedzi, Wilgotność: minus 999.00 % | Temperatura: minus 999.00 st. C”.

Słownik