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SDI-12センサの安価な測定システムの作り方 #2(測定データ保存編)

2024/03/18に公開
ESP32
sdi12
tech

この記事のゴール

  • マイコン(M5Stack ATOM)を用いたSDI-12センサデータのSDカードへの保存
    • 保存形式はCSV

前提

  • この記事をご覧になるのは研究者の方を想定していますので，コードに関しては比較的丁寧に記載いたします
  • この記事はSDI-12センサの内，Acclima社製のTDTセンサを使用する例を記載しています
  • この記事は筆者のHPから移植している部分が多いため，最新でない情報も含まれています
  • Mac環境の例を記載していますので，Windowsの方は必要に応じて読み替えをお願いします
  • 前回の記事を先にご覧になることを推奨します

必要な知識・もの

  • Arduino言語の基本的な知識
  • PC
必要な物品リスト
  • SDI-12センサ(TDTセンサ) × 1
  • ブレッドボード × 1
  • 端子台(3極) × 1
  • ジャンパワイヤ × 10本程度
  • ATOM Lite × 1 (* その他のM5Stack系のマイコンでも動作可能ですが，適宜配線を変更する必要があります)
  • USB type-c ケーブル × 1

以下前回からの追加

ライブラリのインストール

  • 今回は前回に加えて SD.h と SPI.h のライブラリを使用します
    • おそらくデフォルトでインストールされていると思います

配線

  • ATOM LiteとSDI-12センサ，SDカードスロットを接続します

    • 配線は下記の通りです(SDカード側のピンの呼称については microSDカードスロットDIP化キット のデータシートを参照ください)

      SDI-12センサ ATOM
      GND GND
      PWR 5V
      DATA 33
      SD ATOM
      VDD 3.3V
      VSS GND
      DAT0 21
      CMD 25
      CLK 19
      CD/DAT3 23

センサデータ保存の流れ

  • 5秒間隔で測定・保存するシンプルなデータ取得の流れは下記の通りです

    1. センサに測定コマンドを送信(*1)
    2. 測定にかかる時間を取得(*2)
    3. 測定にかかる時間分待機(*3)
    4. センサに測定結果取得コマンドを送信(*4)
    5. 測定結果を表示(*5)
    6. 測定結果文字列の+を,に置換し，末尾に改行コードを追加(*6)
    7. SDカードにデータを保存(*7)
    8. 測定間隔分待機(*8)

  • 上記に加えて下記の設定・処理を行っています

    1. 測定データを書き込むファイルを指定(*A)
    2. SDカードを読み取れない場合，エラーを出力し，処理を停止(*B)
    • 処理が停止されるので，配線等を再度確認してください
    1. 書き込み対象のファイルが存在しない場合，ファイルを作成する(*C)
    #include <SDI12.h>
#include "SD.h"
#include "SPI.h"

#define DATA_PIN 33

#define SD_PIN 23
#define SD_MISO_PIN 21
#define SD_MOSI_PIN 25
#define SD_CLK 19

SDI12 mySDI12(DATA_PIN);
String responseArray[10];

const String sensorAddress = "1";
String measureCommand = sensorAddress + "M!";
String resultCommand = sensorAddress + "D0!";

// *A
const char *path = "/result.csv";

void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  mySDI12.begin();

  // *B
  if (!SD.begin(SD_PIN))
  {
    Serial.println("SDカードのが読み取れません");
    while (1)
    {
    }
  }

  // *C
  File file = SD.open(path);
  if (!file)
  {
    SD.open(path, FILE_APPEND);
  }
  file.close();
}

void loop()
{
  // *1
  const String response = sendCommandCollectResponse(measureCommand); // 例)100104

  // *2
  int waitTime = response.substring(3, 4).toInt() * 1000;

  // *3
  delay(waitTime);

  // *4
  const String result = sendCommandCollectResponse(resultCommand); // 例)1+20.27+15.2+10.67+0.41

  // *5
  Serial.println(result);

  // *6
  String record = replace(result) + "\n"; // 改行コードを追加

  // *7
  writeFile(path, record);

  // *8
  delay(5000);
}

/**
 * @brief コマンド送信とレスポンスの取得
 *
 * @param command コマンド文字列
 * @return String レスポンス
 */
String sendCommandCollectResponse(String command)
{
  String response = "";

  mySDI12.sendCommand(command);

  while (mySDI12.available())
  {
    char responseChar = mySDI12.read();
    if ((responseChar != '\n') && (responseChar != '\r'))
    {
      response += responseChar;
      delay(10);
    }
  }
  mySDI12.clearBuffer();

  return response;
}

/**
 * @brief SDカードに書き込む
 *
 * @param path ファイルパス
 * @param message 書き込む内容
 */
void writeFile(const char *path, String message)
{

  File file = SD.open(path, FILE_WRITE);
  if (!file)
  {
    return;
  }

  file.print(message);
  file.close();
}

/**
 * @brief +区切りの文字列をカンマ区切りに置換
 *
 * @param data +区切りの文字列
 * @return String 置換後の文字列
 */
String replace(String data)
{
  int index = 0;
  int arraySize = (sizeof(data) / sizeof((data)[0]));
  int dataLength = data.length();

  String resultString = "";

  for (int i = 0; i < dataLength; i++)
  {
    char dataChar = data.charAt(i);
    if (dataChar == '+')
    {
      resultString += ",";
      index++;
    }
    else
    {
      resultString += dataChar;
      index++;
    }
  }

  return resultString;
}

おわりに

  • 上記のコードで5秒毎に測定されたデータをSDカードに保存することができます
  • 今回はSDカードに測定データを保存するまでをご紹介しました
    • 次回は測定データをインターネットを通じて任意の場所に保存する方法の前段として，マイコンをインターネットに接続する方法について紹介したいと思います

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