Lezione 20: Come utilizzare una memoria microSD con Arduino

In questa lezione vedremo come utilizzare una memoria microSD con Arduino, per le operazioni di lettura e scrittura di file.

Le memoria microSD sono ormai utilizzati nei principali dispositivi elettronici presenti in commercio, come smartphone, fotocamera, videocamere, etc… I motivi principale del loro utilizzo sono le dimensioni ridotte, la velocità di scrittura/lettura (fino a 32 MB/s) e i costi ridotti. Sono memorie di tipo non volatile, ovvero non richiedono un’alimentazione per poter mantenere i dati salvati (come dischi i rigidi dei computer).

Come mai dovremmo utilizzare una memoria microSD con Arduino, quando quest’ultimo dispone già di memorie interne?

Sebbene Arduino disponga tre diversi tipi di memoria, nessuna delle tre è allo stesso tempo non volatile, ampia e con “infinite” letture/scritture. Per questo motivo possiamo usare 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.

Requisiti hardware

• Arduino Uno
• Lettore microSD (link)

Requisiti software

• Libreria SD già presente nell’IDE di Arduino

Programma 1°: Scrivere e leggere un file

In questo primo esempio, vedremo come poter scrivere un file e leggerlo successivamente, stampandone sul seriale il contenuto.

Il codice è stato presente dalla pagina ufficiale di Arduino.

/*
  SD card read/write

 This example shows how to read and write data to and from an SD card file
 The circuit:
 * SD card attached to SPI bus as follows:
 ** MOSI - pin 11
 ** MISO - pin 12
 ** CLK - pin 13
 ** CS - pin 4

 created   Nov 2010
 by David A. Mellis
 modified 9 Apr 2012
 by Tom Igoe

 This example code is in the public domain.

 */

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

File myFile;

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
  }


  Serial.print("Initializing SD card...");

  if (!SD.begin(4)) {
    Serial.println("initialization failed!");
    return;
  }
  Serial.println("initialization done.");

  // open the file. note that only one file can be open at a time,
  // so you have to close this one before opening another.
  myFile = SD.open("test.txt", FILE_WRITE);

  // if the file opened okay, write to it:
  if (myFile) {
    Serial.print("Writing to test.txt...");
    myFile.println("testing 1, 2, 3.");
    // close the file:
    myFile.close();
    Serial.println("done.");
  } else {
    // if the file didn't open, print an error:
    Serial.println("error opening test.txt");
  }

  // re-open the file for reading:
  myFile = SD.open("test.txt");
  if (myFile) {
    Serial.println("test.txt:");

    // read from the file until there's nothing else in it:
    while (myFile.available()) {
      Serial.write(myFile.read());
    }
    // close the file:
    myFile.close();
  } else {
    // if the file didn't open, print an error:
    Serial.println("error opening test.txt");
  }
}

void loop() {
  // nothing happens after setup
}

I collegamenti sono riportati all’inizio del programma e sono i seguenti:

MOSI – pin 11
MISO – pin 12
CLK – pin 13
CS – pin 4

Il programma è davvero semplice da capire in quanto vengono usate poche funzioni. Dettagliatamente il compito del programma è quello di scrivere un file di nome test.txt, con all’interno dei numeri che verranno successivamente letti e stampati sulla seriale di Arduino. Dal momento che il codice si trova tutto nel setup(), tale programma verrà mandato in esecuzione una sola volta.

Programma 2°: Come creare e cancellare un file in memoria

In questo secondo programma, vedremo come poter creare un file e cancellarlo successivamente. Tale programma è molto utili in progetti in cui i dati presenti nella memoria devono essere inviati ad server, il quale una volta sincronizzato i dati, non saranno più utili sulla memoria microSD.

/*
  SD card basic file example

 This example shows how to create and destroy an SD card file
 The circuit:
 * SD card attached to SPI bus as follows:
 ** MOSI - pin 11
 ** MISO - pin 12
 ** CLK - pin 13
 ** CS - pin 4

 created   Nov 2010
 by David A. Mellis
 modified 9 Apr 2012
 by Tom Igoe

 This example code is in the public domain.

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

File myFile;

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
  }


  Serial.print("Initializing SD card...");

  if (!SD.begin(4)) {
    Serial.println("initialization failed!");
    return;
  }
  Serial.println("initialization done.");

  if (SD.exists("example.txt")) {
    Serial.println("example.txt exists.");
  } else {
    Serial.println("example.txt doesn't exist.");
  }

  // open a new file and immediately close it:
  Serial.println("Creating example.txt...");
  myFile = SD.open("example.txt", FILE_WRITE);
  myFile.close();

  // Check to see if the file exists:
  if (SD.exists("example.txt")) {
    Serial.println("example.txt exists.");
  } else {
    Serial.println("example.txt doesn't exist.");
  }

  // delete the file:
  Serial.println("Removing example.txt...");
  SD.remove("example.txt");

  if (SD.exists("example.txt")) {
    Serial.println("example.txt exists.");
  } else {
    Serial.println("example.txt doesn't exist.");
  }
}

void loop() {
  // nothing happens after setup finishes.
}

Programma 3°: Come salvare i dati che vengono raccolti da Arduino

Il compito principale di Arduino è quello di raccogliere valori fisici, come ad esempio tensioni, temperature, etc… per poi essere processate. Spesso capita di dover salvare questi dati, per poi essere successivamente analizzati. In questo terzo programma, vedremo come salvare dei dati all’interno della microSD.

Il codice è stato presente da questa pagina, presente sul sito ufficiale di Arduino.

/*
  SD card datalogger

 This example shows how to log data from three analog sensors
 to an SD card using the SD library.

 The circuit:
 * analog sensors on analog ins 0, 1, and 2
 * SD card attached to SPI bus as follows:
 ** MOSI - pin 11
 ** MISO - pin 12
 ** CLK - pin 13
 ** CS - pin 4

 created  24 Nov 2010
 modified 9 Apr 2012
 by Tom Igoe

 This example code is in the public domain.

 */

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

const int chipSelect = 4;

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
  }


  Serial.print("Initializing SD card...");

  // 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:
    return;
  }
  Serial.println("card initialized.");
}

void loop() {
  // make a string for assembling the data to log:
  String dataString = "";

  // read three sensors and append to the string:
  for (int analogPin = 0; analogPin < 3; analogPin++) {
    int sensor = analogRead(analogPin);
    dataString += String(sensor);
    if (analogPin < 2) {
      dataString += ",";
    }
  }

  // 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("datalog.txt", 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");
  }
}

Programma 4°: Come avere informazioni riguardo alla memoria microSD

In questo quarto programma, vedremo come poter avere informazioni sullo stato e tipo di memoria microSD, che è stata inserito nel lettore, collegato ad Arduino.

/*
  SD card test

 This example shows how use the utility libraries on which the'
 SD library is based in order to get info about your SD card.
 Very useful for testing a card when you're not sure whether its working or not.

 The circuit:
  * SD card attached to SPI bus as follows:
 ** MOSI - pin 11 on Arduino Uno/Duemilanove/Diecimila
 ** MISO - pin 12 on Arduino Uno/Duemilanove/Diecimila
 ** CLK - pin 13 on Arduino Uno/Duemilanove/Diecimila
 ** CS - depends on your SD card shield or module.
 		Pin 4 used here for consistency with other Arduino examples


 created  28 Mar 2011
 by Limor Fried
 modified 9 Apr 2012
 by Tom Igoe
 */
// 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;

// change this to match your SD shield or module;
// Arduino Ethernet shield: pin 4
// Adafruit SD shields and modules: pin 10
// Sparkfun SD shield: pin 8
const int chipSelect = 4;

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
  }


  Serial.print("\nInitializing SD card...");

  // we'll use the initialization code from the utility libraries
  // since we're just testing if the card is working!
  if (!card.init(SPI_HALF_SPEED, chipSelect)) {
    Serial.println("initialization failed. Things to check:");
    Serial.println("* is a card inserted?");
    Serial.println("* is your wiring correct?");
    Serial.println("* did you change the chipSelect pin to match your shield or module?");
    return;
  } else {
    Serial.println("Wiring is correct and a card is present.");
  }

  // print the type of card
  Serial.print("\nCard type: ");
  switch (card.type()) {
    case SD_CARD_TYPE_SD1:
      Serial.println("SD1");
      break;
    case SD_CARD_TYPE_SD2:
      Serial.println("SD2");
      break;
    case SD_CARD_TYPE_SDHC:
      Serial.println("SDHC");
      break;
    default:
      Serial.println("Unknown");
  }

  // Now we will try to open the 'volume'/'partition' - it should be FAT16 or FAT32
  if (!volume.init(card)) {
    Serial.println("Could not find FAT16/FAT32 partition.\nMake sure you've formatted the card");
    return;
  }


  // print the type and size of the first FAT-type volume
  uint32_t volumesize;
  Serial.print("\nVolume type is FAT");
  Serial.println(volume.fatType(), DEC);
  Serial.println();

  volumesize = volume.blocksPerCluster();    // clusters are collections of blocks
  volumesize *= volume.clusterCount();       // we'll have a lot of clusters
  volumesize *= 512;                            // SD card blocks are always 512 bytes
  Serial.print("Volume size (bytes): ");
  Serial.println(volumesize);
  Serial.print("Volume size (Kbytes): ");
  volumesize /= 1024;
  Serial.println(volumesize);
  Serial.print("Volume size (Mbytes): ");
  volumesize /= 1024;
  Serial.println(volumesize);


  Serial.println("\nFiles found on the card (name, date and size in bytes): ");
  root.openRoot(volume);

  // list all files in the card with date and size
  root.ls(LS_R | LS_DATE | LS_SIZE);
}


void loop(void) {

}

Programma 5°: Stampare sulla seriale tutti i file presenti in memoria

Un altro codice molto utile, è quello che permette di mostrare sulla seriale tutti i file presenti in memoria.

/*
  Listfiles

 This example shows how print out the files in a
 directory on a SD card

 The circuit:
 * SD card attached to SPI bus as follows:
 ** MOSI - pin 11
 ** MISO - pin 12
 ** CLK - pin 13
 ** CS - pin 4

 created   Nov 2010
 by David A. Mellis
 modified 9 Apr 2012
 by Tom Igoe
 modified 2 Feb 2014
 by Scott Fitzgerald

 This example code is in the public domain.

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

File root;

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
  }

  Serial.print("Initializing SD card...");

  if (!SD.begin(4)) {
    Serial.println("initialization failed!");
    return;
  }
  Serial.println("initialization done.");

  root = SD.open("/");

  printDirectory(root, 0);

  Serial.println("done!");
}

void loop() {
  // nothing happens after setup finishes.
}

void printDirectory(File dir, int numTabs) {
  while (true) {

    File entry =  dir.openNextFile();
    if (! entry) {
      // no more files
      break;
    }
    for (uint8_t i = 0; i < numTabs; i++) {
      Serial.print('\t');
    }
    Serial.print(entry.name());
    if (entry.isDirectory()) {
      Serial.println("/");
      printDirectory(entry, numTabs + 1);
    } else {
      // files have sizes, directories do not
      Serial.print("\t\t");
      Serial.println(entry.size(), DEC);
    }
    entry.close();
  }
}

Programma 6°: Come utilizzare i dati presenti nella memoria microSD e salvarli come variabili

Il compito principale della memoriaSD è quello di salvare i dati provenienti da Arduino; ovviamente è anche necessario avere una funzione che permette ad Arduino di leggere i dati presenti nell’unità esterna e poterli utilizzare come se fossero delle variabili. Ecco il primo esempio rivisitato, che permette di fare questo:

/*
  SD card read/write

 This example shows how to read and write data to and from an SD card file
 The circuit:
 * SD card attached to SPI bus as follows:
 ** MOSI - pin 11
 ** MISO - pin 12
 ** CLK - pin 13
 ** CS - pin 4

 created   Nov 2010
 by David A. Mellis
 modified 9 Apr 2012
 by Tom Igoe

 This example code is in the public domain.

 */

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

File myFile;

void setup()
{
  // Open serial communications and wait for port to open:
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    ; // wait for serial port to connect. Needed for Leonardo only
  }


  Serial.print("Initializing SD card...");

  if (!SD.begin(4)) {
    Serial.println("initialization failed!");
    return;
  }
  Serial.println("initialization done.");

  // open the file. note that only one file can be open at a time,
  // so you have to close this one before opening another.
  myFile = SD.open("test.txt", FILE_WRITE);

  // if the file opened okay, write to it:
  if (myFile) {
    Serial.print("Writing to test.txt...");
    myFile.println("testing 1, 2, 3.");
    // close the file:
    myFile.close();
    Serial.println("done.");
  } else {
    // if the file didn't open, print an error:
    Serial.println("error opening test.txt");
  }

  // re-open the file for reading:
  myFile = SD.open("test.txt");
  if (myFile) {
    Serial.println("test.txt:");

    // read from the file until there's nothing else in it:
    String message;
    while (myFile.available()) {
      message = myFile.readString();
      
    }
    // close the file:
    myFile.close();
    Serial.println(message);
  } else {
    // if the file didn't open, print an error:
    Serial.println("error opening test.txt");
  }
}

void loop()
{
  // nothing happens after setup
}

Quest’ultimo esempio, verrà ripreso successivamente, quando vedremo come usare il formato JSON in Arduino, per poter comunicare con altri oggetti.

Ecco alcuni link interessanti riguardo all’utilizzo del lettore microSD con Arduino:

http://overskill.alexshu.com/saving-loading-settings-on-sd-card-with-arduino/

https://www.arduino.cc/en/Reference/SD

https://github.com/adafruit/SD