Gravação de Cartão Micro SD com Arduino – Datalogger

Introdução

Hoje vamos aprender a gravar dados e ler informações usando um cartão Micro SD com Arduino. Vários shields para cartões SD estão disponíveis no mercado para conectar esses práticos cartões de memória ao Arduino. Nesse artigo, vamos usar o Micro SD Card Adapter conectado a um Arduino Uno.

O cartão micro SD com Arduino permite o desenvolvimento de dataloggers. Dispositivos que armazenam dados coletados de sensores e outros informações para análise e construção de gráficos.

Os cartões SD e micro SD diferem apenas em tamanho, como o próprio nome sugere. Ambos são cartões com memórias Flash integradas. O tamanho da memória varia muito e hoje já é possível encontrar cartões com dezenas de GB. Para conhecer mais sobre a memória Flash e sua história, acesse esse artigo sobre história das mídias.

A figura abaixo mostra o SD card adapter que vamos usar em nosso projeto. Também existem shields específicos de datalogger integrados com RTC(Real Time Clock) para aplicações de telemetria e monitoramento de sensores.

O  módulo é eficiente e compacto. Além de prático de usar e integrar em sistemas de hardware e controle, foi desenvolvido tendo em vista otimizar o trabalho de projetistas, estudantes e hobistas na construção de sistemas de datalogger e armazenamento de dados.

Basicamente, o módulo possui uma entrada para cartões Micro SD  com todos os 6 pinos de interface disponibilizados para comunicação com Arduino. Por meio dos pinos SPI(protocolo de comunicação usado para ler e escrever dados na memória Flash do cartão), podemos ligar o Arduino e enviar informações para serem armazenadas. Também é possível fazer procedimentos de leitura para apresentar os dados gravados em mostradores como displays ou na interface serial.

A interface SPI que permite ler e gravar dados na memória Flash é baseada em 6 canais:

Pino	Descrição	Outros nomes
CS	Slave Select	SS, nCS, nSS
SCK	System Clock	SCLK, CLK
MOSI	Master Our Slave In	SDO, DO, SO
MISO	Master In Slave Out	SDI, DI,SI
VCC	Alimentação positiva
GND	Terra

As especificações do módulo são as seguintes:

• Comunicação SPI;
• Lê e Grava em FAT32;
• Tensão de Alimentação: 4,5V à 5V;
• Dimensões (CxLxA): 42x24x3,5mm;

Pelo fato de o cartão SD poder ser retirado e inserido sempre que necessário para transferir os arquivos para o computador e plotar gráficos para análise, o módulo é ideal para desenvolvimento de dataloggers.

Aplicações

As aplicações de dataloggers são diversas. Qualquer sistema no qual seja necessário armazenar dados para análise futura são candidatos a receberam a integração de um datalogger. Dentre as aplicações, podemos citar:

• Telemetria e monitoramento de drones;
• Telemetria e monitoramento de protótipos veículares;
• Monitoramento de sensores e máquinas para manutenção preditiva e preventiva;
• Monitoramento de consume de energia;
• Qualquer outro sistema que exija um datalogger;

Descrição do projeto

Para este projeto, vamos desenvolver o seguinte:

" Fazer a leitura de um sensor ultrassônico e gravar as leituras de distâncias(entre o sensor e um obstáculo) fornecidas pelo sensor em um cartão micro SD"

Aspectos de Hardware

Materiais necessários para o projeto de um Datalogger

• 1x Uno R3 + Cabo USB para Arduino
• 1x Protoboard 830 Pontos
• 1x Jumpers - Macho/Macho - 20 Unidades de 20cm
• 1x Módulo Sensor de Distância Ultrassônico HC-SR04
• 1x Resistor 3K3 1/4W (10 Unidades)
• 1x Resistor 2K2 1/4W (10 Unidades)
• 1x Módulo Micro SD Card

Um ponto importante é que apesar de a alimentação do Módulo adaptador ser 5V, os sinais MISO, MOSI e SCK são de 3.3V. Ou seja, é necessário utilizar um CI para converter os níveis lógicos, ou então, usar três divisores de tensão para fazer abaixar os sinais de 5V do Arduino para 3.3V do lado do cartão SD. A solução com divisores de tensão, por ser mais simples e prática será a adotada em nosso projeto.

Dito isso e de posse de todos os componentes, podemos montar o circuito conforme a figura abaixo:

Caso ainda não conheça o funcionamento e implementação de projetos com sensores ultrassônicos, visite esse post exclusivo e saiba tudo sobre o sensor HC-SR04 e como fazer projetos com ele.

Aspectos de Software

Vamos entender o software desenvolvido que faz a gravação no cartão. Veja o código abaixo:

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

//Variaveis para cartao SD
const int CS = 4;
char dataString[7];
File meuArquivo;

//Variaveis para sensor ultrassonico
int PinTrigger = 3;//Pino usado para disparar os pulsos do sensor
int PinEcho = 2;//pino usado para ler a saida do sensor
float TempoEcho=0;
const float VelocidadeSom_mpors = 340;//em metros por segundo
const float VelocidadeSom_mporus = 0.000340;//em metros por microsegundo
  
void setup()
{
 
   // configura pino de Trigger como saída e inicializa com nivel baixo
  pinMode(PinTrigger,OUTPUT);
  digitalWrite(PinTrigger,LOW); 
  pinMode(PinEcho,INPUT);// configura pino ECHO como entrada
  pinMode(CS, OUTPUT);
  
  Serial.begin(9600);
  delay(100);
  
  Serial.print("Inicializando cartao SD...");
  if (!SD.begin(CS)) 
  {
    Serial.println("Falha na Inicializacao!");
    return;
  }
  Serial.println("Inicializacao terminada");

}


void loop()
{
  float val;

   //Envia pulso para o disparar o sensor
   DisparaPulsoUltrassonico();
   //Mede o tempo de duracao do sinal no pino de leitura(us)
   TempoEcho = pulseIn(PinEcho, HIGH);
   val = CalculaDistancia(TempoEcho);
   //adiciona a ultima leitura a string de gravacao
   dtostrf(val,5,2,dataString);  
   
  if (meuArquivo = SD.open("log.txt",FILE_WRITE)) 
  {
    Serial.println("Gravou");
    Serial.println(val);
    //Escreve no cartao SD por meio do objeto meuArquivo 
    meuArquivo.println(dataString);
    meuArquivo.close();
  } 
  else 
  {
    // se o arquivo nao abrir, mostra msg de erro
    Serial.println("Erro ao abrir log.txt");
  }
  
  delay(2000);
}

//Funcao para enviar o pulso de trigger
void DisparaPulsoUltrassonico()
{
 // Para fazer o HC-SR04 enviar um pulso ultrassonico, nos temos
 // que enviar para o pino de trigger um sinal de nivel alto
 // com pelo menos 10us de duracao
 digitalWrite(PinTrigger, HIGH);
 delayMicroseconds(10);
 digitalWrite(PinTrigger, LOW);
 }
 
 //Funcao para calcular a distancia em metros
 float CalculaDistancia(float tempo_us)
 {  
   return ( (tempo_us* VelocidadeSom_mporus) / 2 );
 }

Você também pode conferir o código completo e atualizado visitando o repositório desse post no GitHub da Eletrogate.

Declaração de variáveis e função void setup()

Para esse projeto precisamos adicionar três bibliotecas:

• SPI.h
• SD.h
• STDLIB.h

As duas primeiras são para gravar o cartão SD. A última é para podermos utilizar a função dtostr(), que converte um float para uma string. Para gravar o cartão declaramos um array de caracteres e um objeto do tipo FILE, que chamamos de meuArquivo.

As demais variáveis são relativas ao sensor ultrassônico e às configurações de IOs. Para conhecer as funções e como funciona a parte do software relativo ao sensor ultrassônico, acesse esse artigo.

Na função void Setup() nós inicializamos a porta serial e o cartão SD por meio da função SD.begin(CS), em que CS é o pino no qual está ligado o sinal de ChipSelect do cartão.

Função void loop()

Na função void loop() o procedimento consiste em monitorar a saída do sensor HC-SR04, ler os seus valores e salvá-los no cartão SD em um arquivo .txt com o nome log.txt. Após ler o sensor nós convertemos o valor para um conjunto de caracteres por meio da função dtostr() e logo em seguida nós abrimos o arquivo log.txt com a função SD.Open() e escrevemos a string no arquivo por meio da função meuArquivo.println(). Após o procedimento de escrita nós fechamos o arquivo com a função SD.close().

Botando pra rodar!

Veja como ficou o resultado final:

Arquivo log.txt:

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Considerações Finais

Neste exemplo nós fizemos um simples datalogger para monitorar os sinais de um sensor ultrassônico. Todas as leituras do sensor, que foram feitas a uma taxa de 2 segundos, são gravadas no cartão micro SD por meio do protocolo SPI. O adaptador pode ser facilmente integrado em qualquer sistema eletrônico. O cartão micro SD pode ser facilmente retirado e levado para qualquer outro lugar para que os dados sejam usados para plotar gráficos e construir tabelas.

Não se esqueça de aproveitar esse artigo e ler o post sobre sensor ultrassônico. Até a próxima!

Sobre o Autor

Vitor Vidal Engenheiro eletricista, mestrando em eng. elétrica e apaixonado por eletrônica, literatura, tecnologia e ciência. Divide o tempo entre pesquisas na área de sistemas de controle, desenvolvimento de projetos eletrônicos e sua estante de livros.