Micro SD Card Module Ultimo aggiornamento 2 gennaio 2019

Indice

• Descrizione;

• Schema elettrico;

• Libreria per gestione;

• Primo programma di test;

• Realizzazione di un data logger

  • Materiale necessario;

    • Modulo KY-015 con DHT11

    • Modulo RTC con IC DS1302

  • Schema di collegamento del modulo ad Arduino;

  • Listato del programma.

Descrizione

Il piccolo modulo (misura solo 18 x 18 x 11 mm) descritto in questa pagina, permette di dotare i progetti Arduino delle memorie MicroSD  (contrazione di Micro Secure Digital, in precedenza TransFlash o T-Flash) , per maggiori informazioni vedere il seguente link.

Questo tipo di memorie sono ormai utilizzati nei principali dispositivi elettronici presenti in commercio, come fotocamera, smartphone, videocamere, etc… e hanno sostituito altri precedenti modelli. I principali motivi del loro utilizzo sono le dimensioni ridotte, la velocità di scrittura/lettura (fino a 32 MB/s) e i costi, ormai molto ridotti.
Sono memorie di tipo non volatile, ovvero non richiedono un’alimentazione per poter mantenere i dati salvati (come dischi i rigidi dei computer).
In realtà il microcontrollore ATMEGA328 possiede al suo interno tre tipi di memoria:

• Una memoria flash da 32KB ISP con possibilità di lettura/scrittura

• Una memoria EEPROM da 1KB

• Una memoria SRAM da 2KB.

Ma nessuna delle tre è allo stesso tempo non volatile, ampia e con “infinite” letture/scritture. Per questo motivo, è necessario a volte disporre di un lettore microSD per poter utilizzare una memoria di tale tipo per salvare e leggere dati che servono per il programma che è caricato sull’Arduino.

Schema elettrico

Lo schema elettrico del modulo è molto semplice in quanto si limita al collegamento dei pin della scheda di memoria al connettore. In commercio esistono dei moduli più complessi, che montano anche dei regolatori di tensione, in quanto la scheda micro SD necessita di una tensione di alimentazione di 3,3V, sono inoltre presenti dei circuiti traslatori di livelli in quanto la scheda funziona con livelli di 3,3V.
Comunque da prove effettuate si è rilevato che non vi sono problemi, basterà utilizzare l'alimentazione 3,3V fornita dal Arduino.
La comunicazione tra il microcontrollore e la scheda SD utilizza il protocollo SPI (Serial Peripheral Interface) che è un sistema di comunicazione tra un microcontrollore e altri circuiti integrati o tra più microcontrollori. È un bus standard di comunicazione ideato dalla Motorola e sviluppato, in una sua variante, anche dalla National Semiconductor con il nome di bus MicrowireTM. La trasmissione avviene tra un dispositivo detto master e uno o più slave (letteralmente dall'inglese padrone e schiavo). Il master controlla il bus, emette il segnale di clock, decide quando iniziare e terminare la comunicazione.
Esso si basa su 4 segnali :

• SCK: Serial Clock (emesso dal master)

• MISO: Serial Data Input, Master Input Slave Output (ingresso per il master ed uscita per lo slave)

• MOSI: Serial Data Output, Master Output Slave Input (uscita dal master)

• CS: Chip Select, Slave Select, emesso dal master per scegliere con quale dispositivo slave vuole comunicare

NOTA: il Chip Select (CS ) non è indispensabile in tutte le applicazioni.

Per l'utilizzo di Arduino questa comunicazione si svolge sui pin digitali 11 (MOSI), 12(MISO) e 13(CLK) (sulla maggior parte delle schede Arduino) o 50, 51 e 52 (Arduino Mega). Inoltre, un altro pin deve essere utilizzato per selezionare la scheda CS. Questo può essere il pin 10(CS) dell'hardware SS (sulla maggior parte delle schede Arduino) o il pin 53 (sul Mega) - o un altro pin specificato nella chiamata a SD.begin () della libreria che vedremo in seguito.

Libreria Arduino

L'utilizzo della scheda MicroSD con Arduino è semplice in quanto la libreria SD già presente nell’IDE di Arduino (vedere link). Questa consente di leggere e scrivere su schede SD. La libreria supporta i file system FAT16 e FAT32 su schede SD standard e schede SDHC. Usa nomi brevi di 8.3 per i file. I nomi di file passati alle funzioni della libreria SD possono includere percorsi separati da barre di avanzamento, /, ad es. "Directory / nomefile.txt". Poiché la directory di lavoro è sempre la radice della scheda SD, un nome fa riferimento allo stesso file indipendentemente dal fatto che includa o meno una barra iniziale (ad esempio "/file.txt" equivale a "file.txt").
Per la localizzazione dei programmi di esempio, basterà accedere sotto File - Esempi - SD, dove son presenti i programmi:

• Cardinfo: Questo sketch mostra come poter avere informazioni sullo stato e tipo di memoria MicroSD, che è stata inserito nel lettore, collegato ad Arduino.

• Datatlogger: Lo sketch mostra come salvare i dati che vengono raccolti da Arduino.

• DumpFile: Questo sketch mostra come leggere un file dalla scheda SD per inviarlo tramite la porta seriale.

• Files: Lo sketch mostra come poter creare un file e cancellarlo successivamente

• Listfile: Lo sketch mostra come stampare sulla seriale tutti i file presenti in memoria

• ReadWrite:Lo sketch mostra come poter scrivere un file e leggerlo successivamente, stampandone sul seriale il contenuto.

Primo programma di test

Vediamo adesso l'utilizzo di uno sketch presenti per testare il nostro modulo.
Per fare questo dovremo aver già una scheda MicroSD su cui abbiamo salvato preventivamente dei files. Provvederemo poi al collegamento del nostro modulo alla scheda Arduino seguendo lo schema sotto riportato, ed effettuando i seguenti collegamenti:

• 3V3 - pin 3.3V

• CS – pin 10

• MOSI – pin 11

• CLK – pin 13

• MISO – pin 12

• GND - GND

Caricheremo lo sketch CardInfo e verificheremo che il pin collegato al chipSelect sia il 10

// include the SD library:
#include <SPI.h>
#include <SD.h>

// set up variables using the SD utility library functions:
Sd2Card card;
SdVolume volume;
SdFile root;

const int chipSelect = 10;

void setup() {
  // 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
  }

Il programma è semplice e si limita a mostrare le informazioni sullo stato e tipo di memoria microSD, che è stata inserito nel lettore, collegato ad Arduino. Comunque se i collegamenti sono errati, sarà mostrato un errori in quanto non sarà possibile inizializzare la SD card.
Come è visibile dalla copia di quanto mostrato sul monitor seriale, è mostrata il tipo di SD, il tipo di formattazione, le dimensioni della memoria e l'elenco dei files presenti. Come visibile, essendo nomi più lunghi di 8 caratteri sono stati troncati.

Realizzazione di un data logger

Vediamo ora la realizzazione di un data logge low cost, per il monitoraggio ambientale di temperature , con successiva registrazione dei valori  su una SD-Card.
Il cuore del progetto è Arduino, il programma che si scrive su Arduino sarà naturalmente avviato a loop() finché non si toglie l'alimentazione dal dispositivo. Quando lo colleghiamo ad una fonte di alimentazione (ad esempio la USB del PC o anche una comunissima Batteria da 9V) si accende e avvia il programma caricato dall'IDE a loop infinito. Questo continua fino a quando non togliamo la batteria o stacchiamo il cavo.
Il programma legge i valori di temperatura e umidità tramite il sensore DHT11 e salva i valori in contemporanea con i dati di dell'ora e del giorno forniti da un modulo con un DS1302, in cui è effettuata la misura su una memoria SD.
Un led Bicolore segnala eventuali problemi o l'avvenuta registrazione dei dati.

Materiale necessario

Per la realizzazione del nostro progetto si sono utilizzati i seguenti componenti:

• Scheda Arduino UNO o equivalente.

• Micro SD Card Module

• KY-015 Temperature and humidity sensor module.

• Modulo RTC con IC DS1302

• Modulo KY-011 o KY-029 2 color LED module

• Due resistenze da 220 Ω 1/4W

• Una Bread board

• Jumper dupont colorati maschio-maschio.

KY-015 Temperature and humidity sensor module

Il modulo KY-015 Temperature and humidity sensor module fa parte della serie "37 In 1 Sensor Module Board Set Kit For Arduino", si presenta come un piccolo circuito, su di esso sono montati, il sensore DHT11, due resistenze, un led e un connettore a 3 pin.
Il modulo compatibile con le piattaforme di elettronica più popolari come Arduino, Raspberry Pi e ESP8266.
I campi di applicazione del modulo possono essere: HVAC test e apparecchiature di controllo , auto motive, data logger, controllo automatico, stazione Meteo, regolatori di umidità , deumidificatori.

Modulo RTC con IC DS1302

Il modulo MH-Real-Time Clock Module - 2 si basa sull' integrato DS1302 al cui interno è presente un orologio in tempo reale / calendario e 31 byte di RAM statica.

Il chip comunica con il microprocessore tramite un'interfaccia seriale. Il RTC (Real Time Clock) / calendario fornisce: secondi, minuti, ore, giorno, data, informazioni Mese, e Anno.
Per l'interfaccia, oltre all'alimentazione, sono necessari solo tre fili : CE (RST), I/O (linea dati), e SCLK (serial clock).
I dati possono essere trasferiti da e verso l'orologio/RAM 1 byte alla volta o in un inico invio fino a 31 byte.
Il DS1302 è progettato per funzionare con una potenza molto bassa e per conservare dati e informazioni di clock con meno di 1μW.
Il DS1302 ha pin di alimentazione doppi, una primaria (Pin #1 #4) e un altro per la batteria di backup (Pin #8 #4), corrente 260mAh, batteria non ricaricabili. tempo di conservazione dei dati teorica è più di 10 anni.
In questa applicazione per esempio l'alimentazione primaria  è fornita da Arduino, e quella secondaria da una batteria CR2032.

DS1302 Trickle-Charge Timekeeping Chip
Piedinatura	Datasheet	Foto dell'integrato

Schema di collegamento del modulo ad Arduino

Attenzione: la disposizione dei pin non è standard, controllare la loro disposizione prima del collegamento

Listato del programma

Per il funzionamento del programma, visto l'utilizzo di più moduli diversi sono necessarie alcune librerie, per questo motivo vi dovrete riferire alle singole pagine per come dovrete caricarle.

• Micro SD Card Module

• KY-015 Temperature and humidity sensor module.

• Modulo RTC con IC DS1302

Programma 

/*  datalogger.ino  Il programma legge i valori di temperatura e umidità tramite  il sensore DHT11 e salva i valori in contemporanea con i dati  di dell'ora e del giorno in cui è effettuata la misura su una memoria SD  Un led Bicolore segnala eventuali problemi o l'avvenuta registrazione dei dati.  Sono utilizzati i seguenti pin  Pin +5V           -> VCC - DHT11 e RTC  Pin +3,3V         -> VCC - Micro SD Card Module  Pin GND           -> GND - DHT11, RTC, Micro SD Card Module, Led bicolore  Pin Digital 2     -> Pin CE - RST modulo RTC  Pin Digital 3     -> Pin I/O - DAT modulo RTC  Pin Digital 4     -> Pin CLCK - CLK modulo RTC  Pin Digital 5     -> Pin data - DHT11  Pin Digital 6     -> Pin LED rosso  Pin Digital 7     -> Pin LED verde  Pin Digital 11    -> Pin MOSI - Micro SD Card Module  Pin Digital 12    -> Pin MISO - Micro SD Card Module  Pin Digital 13    -> Pin CLK - Micro SD Card Module  Creato il 02/01/2019 da Adriano Gandolfo  Sito web https://www.adrirobot.it  Blog https://it.emcelettronica.com/author/adrirobot  Pagina Facebook https://www.facebook.com/Adrirobot-318949048122955  Istagram https://www.instagram.com/adrirobot/  This example code is in the public domain. */ // Impostazione RTC #include <Wire.h> #include <DS1302.h> DS1302 rtc(2, 3, 4); char buffer[50]; //Impostazione led bicolore #define Led_Rosso 6 // seleziona il pin per il LED rosso #define Led_Verde 7 // seleziona il pin per il LED verde short i = 0; // Impostazione SD card #include <SD.h> #define CS 10 File myFile; // Impostazione del sensore DHT11 #include "DHT.h" #define DHTPIN 5         // Pin a cui è collegato il sensore #define DHTTYPE DHT11    // DHT 11 DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); void setup () {  Serial.begin(9600);  dht.begin();  //inizializziamo i pin 3 e 4 per i led rosso-verde  //pin 10 riservato al card reader  pinMode(CS, OUTPUT);  pinMode(Led_Rosso, OUTPUT);  pinMode(Led_Verde, OUTPUT);  Serial.print("Initializing SD card...");  pinMode(CS, OUTPUT);  if (!SD.begin(CS)) {    Serial.println("initialization failed!");    for (i = 0; i < 10; i++) {      //blinking del led rosso      digitalWrite(Led_Rosso, HIGH);      delay(100);      digitalWrite(Led_Rosso, LOW);      delay(100);    }    return;  }  Serial.println("initialization done.");  //blinking led verde  digitalWrite(Led_Verde, HIGH);  delay(500);  digitalWrite(Led_Verde, LOW);  // Imposta RTC in run-mode e disabilita' la protezione da scrittura  rtc.halt(false);  rtc.writeProtect(false);  //Le seguenti linee possono essere commentate per utilizzare i //valori già memorizzati nel DS1302  //  rtc.setDOW(WEDNESDAY);        // Imposta il giorno della settimana  //  rtc.setTime(9, 55, 0);     // Imposta l'ora come 11:32:00 (Formato 24hr)  //  rtc.setDate(2, 1, 2018);   // Imposta la data cone 12 febbraio 2017  Wire.begin(); } void loop () {  // -----------------------------------------------------------------------  float t = dht.readTemperature();  float h = dht.readHumidity();  Serial.println("\n");  // Inviamo giorno della settimana  Serial.print(rtc.getDOWStr());  Serial.print(" ");  // Inviamo data  Serial.print(rtc.getDateStr());  Serial.print(" -- ");  // Inviamo ora  Serial.println(rtc.getTimeStr());  // inviamo Temperatura e umidità  Serial.print("Temperatura (C): ");  Serial.println(t, 1);  Serial.print("Umidita' (%): ");  Serial.println(h, 1);  // -----------------------------------------------------------------------  // Apertura in scrittura il file sulla SD  myFile = SD.open("dati.log", FILE_WRITE);  //Scriviamo: giorno mese anno - ORA:MINUTI:SECONDI - temperatura - Umidità  if (myFile) {    myFile.print(rtc.getDOWStr());    myFile.print("/");    myFile.print(rtc.getDateStr());    myFile.print("/");    myFile.print(rtc.getTimeStr());    myFile.print("/");    myFile.print(t, 1);    myFile.print("/");    myFile.println(h, 1);    //chiudiamo il file    myFile.close();    //blinking led verde    digitalWrite(Led_Verde, HIGH);    delay(100);    digitalWrite(Led_Verde, LOW);  }  else {    Serial.println("error opening data.log");    for (i = 0; i < 10; i++) {      //blinkig led rosso      digitalWrite(Led_Rosso, HIGH);      delay(100);      digitalWrite(Led_Rosso, LOW);      delay(100);    }  }  delay(10000); }

una volta terminata la misurazione, la SD potrà essere rimossa, e il file memorizzato potrà essere letto tramite un normate editor di testo, il formato sarà simile a quello sotto riportato.

I dati potranno essere manipolati tramite un foglio di calcolo e le misure potranno essere riportate su un grafico