ค้นหาบทความที่นี่

บทความทั้งหมด

[Tutorial] การใช้งาน SD Card Module

5 ปีที่ผ่านมา

โดย เจ้าของร้าน

ในการนำ Arduino ไปใช้งานจริงนั้น ในบางครั้งก็ต้องมีการบันทึกข้อมูลเอาไว้ ไม่ว่าจะเป็นการนำไปตรวจวัดสภาพอากาศแล้วต้องการบันทึกค่าไว้ทุกชั่วโมง หรือนำไปควบคุมเครื่องจักรแล้วต้องการบันทึกค่าสถานะต่าง ๆ เวลาเท่านั้นเครื่องจักรทำงาน เวลาเท่านี้เครื่องจักรร้อนเกินไปเครื่องหล่อเย็นทำงาน เป็นต้น ซึ่งวิธีการบันทึกข้อมูลที่ง่าย ราคาถูก และดึงออกมาเสียบกับคอมพิวเตอร์เพื่อดูข้อมูลได้ทันที ก็คือการใช้ SD Card นั่นเอง
Secure Digital : SD เป็น Flash Memory แบบ non-volatile memory card นั่นหมายถึงความจำจะไม่ลบหายไปแม้จะไม่มีไฟเลี้ยงก็ตาม (แบบเดียวกับ Flash Drive) จุดประสงค์ในการคิดค้นคือเพื่อใช้งานในอุปกรณ์พกพา ถูกพัฒนาโดยความร่วมมือระหว่าง 3 บริษัทได้แก่ SanDisk, Panasonic และ Toshiba ในปี ค.ศ.1999 จากนั้นในปี ค.ศ.2000 จึงได้มีการก่อตั้ง SD Card Association (SDA) เป็นองค์กรไม่แสวงหาผลกำไร มีภาระหน้าที่ในการกำหนดมาตรฐานต่าง ๆ ของ SD Card โดยปัจจุบัน SDA มีสมาชิกกว่า 1,000 บริษัททั่วโลก

SD Card Module
สำหรับโมดูลอ่าน/เขียน SD Card สำหรับ Arduino ที่มีจำหน่ายนั้น มีชิปหลักเป็น CMOS กลุ่ม Quad Bus Buffer, Non-Inverted 3-State Outputs เพื่อทำการแปลงระดับ Logic จากบอร์ด Arduino ให้เหลือ 3.3V ไปเขียนที่ SD Card (ไม่มีการเปลี่ยนค่าใด ๆ เพียงแค่เปลี่ยนจาก 5V หรือ 3.3V จากบอร์ดต่าง ๆ ให้เป็น 3.3V ทั้งหมดเนื่องจาก SD Card ทำงานที่ 3.3V เท่านั้น)
การต่อใช้งาน SD Card นั้น สามารถเชื่อมต่อได้สองวิธี คือ SPI และ SDIO การเชื่อมต่อแบบ SDIO (Secure Digital Input Output) นั้นเป็นวิธีที่การรับส่งข้อมูลมีความเร็วมาก โดยจะใช้ในสมาร์ทโฟน กล้องถ่ายรูปดิจิตอล คอมพิวเตอร์ แต่การจะใช้งานนั้นต้องมีการลงนามเอกสารกับ SDA ที่เป็นข้อตกลงไม่เปิดเผยข้อมูล และการออกแบบ การเชื่อมต่อต่าง ๆ มีความซับซ้อน ความเป็นไปได้ที่ Maker ธรรมดาแบบเราจะใช้งานก็เรียกว่าเป็นไปไม่ได้เลย ฉะนั้นเราจึงไปใช้วิธีที่เรารู้จักกันดีคือ SPI นั่นเอง ซึ่งการเชื่อมต่อกับ Arduino ก็แค่ต่อไฟเลี้ยง รู้ว่าขาไหนคือ MISO ขาไหนคือ MOSI ขาไหนคือ SCK ก็ใช้งานได้แล้ว เพราะขาสุดท้าย SS เราจะกำหนดเป็นขาใดก็ได้ ซึ่งขาของบอร์ดต่าง ๆ (บางส่วน) มีดังนี้

	MOSI	MISO	SCK	SS
Arduino UNO	11	12	13	10
Arduino Nano	11	12	13	10
Arduino Mega	51	50	52	53
NodeMCU	13	12	14	15
ESP32 DevKit	23	19	18	5

เตรียม SD Card
ก่อนการใช้งานนั้นเราต้องทำการเตรียม SD Card ให้พร้อมใช้งาน โดยในการใช้งานกับ Arduino นั้น SD Card ของเราจะต้องถูก Format ให้อยู่ในรูปแบบไฟล์แบบ FAT16 หรือ FAT32 เท่านั้น โดยเราต้องใช้คอมพิวเตอร์ในการ Format โดยสามารถดาวน์โหลดโปรแกรมสำหรับ Format SD Card จาก SDA ได้ที่นี่ เมื่อโหลดมาแล้วก็ติดตั้งโปรแกรมตามปกติเลยครับ จากนั้นเปิดโปรแกรมขึ้นมา คลิกเลือก Drive ของ SD Card จากนั้นคลิก Format รอแป๊ปเดียว SD Card ของเราก็พร้อมใช้งานแล้วครับ

ทดลองอ่าน/เขียนข้อมูลโดย Arduino
ในการอ่านเขียนข้อมูลนั้นไม่มีอะไรยากครับ ไม่ต้องใช้ Library เพิ่มเติมอื่น ๆ เลย โดยจะใช้ SD Library ที่ติดอยู่กับตัว ArduinoIDE อยู่แล้ว การใช้งานหลัก ๆ คือการเขียนข้อมุลลงไปในไฟล์นั้นเราก็ใช้คำสั่ง print() หรือ println() ข้อความลงไปเหมือนกับเราใช้งาน Serial monitor นั่นเอง และในการอ่านก็เพียงแค่ใช้คำสั่ง read() เท่านั้น เราลองไปดูโค้ดตัวอย่างการอ่านเขียนกันเลยครับ ทั้งหมดจะ comment อธิบายไว้ในตัวโค้ดทีละขั้นตอน

หลังจากลองอัพโหลดแล้วเปิด Serial Monitor ดูตามรูปด้านล่าง จะเห็นโค้ดทำงานเป็นขั้นตอนตามที่เราเขียนไว้ บรรทัดแรกคือตอนที่เราเช็คว่าใส่ SD Card อยู่และไม่ได้เสียพร้อมทำงาน จากนั้นจึงสร้างไฟล์ขึ้นมา บรรทัดที่สองคือไปตรงที่ตรวจสอบว่ามีไฟล์(ก็เราเพิ่งสร้างเสร็จ) บรรทัดที่สามคือขั้นตอนการเขียนข้อมูล และบรรทัดที่สี่คือการอ่านข้อมูลในไฟล์ ในการทำตัวอย่างให้บทความผู้เขียนได้กดรีเซ็ตบอร์ด จึงมีการบันทึกข้อความ testing SD Card..... สองรอบ ผลการอ่านก็เลยได้สองบรรทัดตามการเขียนนั่นเอง(เนื่องจากเราเขียนว่าให้อ่านทั้งหมด)

ลองถอด SD Card ไปเปิดในคอมพิวเตอร์ จะพบไฟล์ test.txt เป็นไฟล์ .txt ธรรมดา สามารถเปิดดูข้อมูลด้านในด้วยโปรแกรม notepad ใน windows ได้เลย

จากตัวอย่างจะเห็นว่าการใช้งานก็มีง่าย ๆ เพียงแค่นี้เองครับ สร้างไฟล์ เขียนข้อมูลลงไป อ่านข้อมูลออกมา โปรเจคส่วนใหญ่ก็จะเน้นไปที่การเขียนข้อมูลลงไป เราอยากเก็บค่าอุณหภูมิในสถานที่หนึ่งทุกชั่วโมง หากเราต้องนั่งจดทุกชั่วโมงคงไม่ต้องไปทำงานทำการกันแล้ว และอีกเรื่องที่ต้องรู้ในการใช้งานคือเราจะสามารถเปิดไฟล์ได้ทีละ 1 ไฟล์เท่านั้น ใครจะแยกไฟล์ความร้อน ไฟล์ความชื้น แบบนี้ 2 ไฟล์ก็ใช้ได้ครับ แต่เพียงแค่เปิดขึ้นมาได้ทีละ 1 ในการเขียนโค้ดทั่วไปจึงนิยมปิดไฟล์ทุกครั้ง เปิดเช็ดแล้วปิด เขียนเสร็จแล้วปิด อ่านเสร็จแล้วปิด เพื่อป้องกันการลืมปิดไฟล์ หากมีไฟล์เปิดค้างอยู่ เวลาเรียกไฟล์อื่นขึ้นมา จะไม่สามารถเปิดไฟล์ขึ้นมาทำงานได้ ส่วนเรื่องคำสั่งต่าง ๆ ที่มีให้ใช้งานหลัก ๆ เรียบเรียงมาดังต่อไปนี้

คำสั่ง	รูปแบบ	อธิบาย - ตัวอย่างการเขียนคำสั่ง
begin()	begin(CSpin)	เรียกใช้ตอนแรกสุดเพื่อเริ่มการทำงาน : CSpin คือขาที่ต่อกับ CS ไว้ ตัวอย่าง SD.begin(10)
open()	open(directory, mode)	เปิดไฟล์ขึ้นมาใช้งาน : directory คือตำแหน่งไฟล์ , mode(มีหรือไม่มีก็ได้) คือโหมดของการเขียน FILE_READ หรือ FILE_WRITE หากไม่กำหนดไว้ default จะเป็น FILE_READ ตัวอย่าง open("myFile.txt", FILE_READ) , open("/fileLocation/testFile.txt" , FILE_WRITE)
print() และ println()	print(text) , println(any_data)	เขียนข้อมูลต่าง ๆ ลงไปในไฟล์ ตัวอย่าง print("12345") , println("ABCDE")
read()	read()	อ่านข้อมูลในไฟล์ ตัวอย่าง myFile.read()
write()	write(any_data)	เขียนข้อมูลต่าง ๆ ลงไปในไฟล์ ตัวอย่าง write("12345")
close()	clase()	ปิดไฟล์เมื่อใช้งานเสร็จ การไม่เปิดไฟล์ค้างไว้จะทำให้การใช้ RAM น้อยลงด้วย ตัวอย่าง myFile.close()
exists()	exists(filename)	ตรวจสอบการมีอยู่ของไฟล์ ตัวอย่าง SD.existes("myFile.txt")
remove()	remove(filename)	ลบไฟล์ทิ้ง ควรแน่ใจก่อนใช้คำสั่งลบไฟล์ เพราะลบแล้วจะเป็นการลบไฟล์ถาวร ไม่สามารถกู้คืนได้ ตัวอย่าง SD.remove("myFile.txt")
mkdir()	mkdir(filename)	สร้าง directory ตัวอย่าง SD.mkdir("myFolder/tempFolder/fileFolder")
rmdir()	rmdir(filename)	ลบ directory ตัวอย่าง SD.rmdir("myFolder/tempFolder/fileFolder")
name()	name()	แสดงชื่อไฟล์ ตัวอย่าง myFile.name()
available()	available()	ตรวจสอบความพร้อมของไฟล์ว่าเป็นไฟล์ที่มีข้อมูลหรือไม่ ตัวอย่าง myFile.avilable()
flush()	flush()	ตรวจสอบว่าข้อมูลทั้งหมดถูกเขียนลงไฟล์ครบแล้ว,จะถูกทำโดยอัตดนมัติเมื่อปิดไฟล์
peek()	peek()	อ่านไบต์จากไฟล์โดยไม่เลื่อนไปที่ตำแหน่งถัดไป ตัวอย่าง myFile.peek()
seek()	seek(position)	ไปทีตำแหน่งในไฟล์ที่กำหนด ตัวอย่าง myFile.seek(100)
position()	position()	แสดงตำแหน่งในไฟล์ที่กำลังทำงานอยู่ ตัวอย่าง myFile.position()
size()	size()	แสดงขนาดของไฟล์ ตัวอย่าง myFile.size()
isDirectory()	isDirectory()	ตรวจสอบว่าเป็น directory หรือไม่ ตัวอย่าง myFile.isDirectory()
openNextFile()	openNextFile()	เปิดไฟล์หรือโฟลเดอร์ใน directory ถัดไป ตัวอย่าง myFile.openNextFile()
rewindDirectory()	rewindDirectory()	กลับไปที่ directory เริ่มต้นที่อยู่อันแรกสุด ตัวอย่าง myFile.rewindDirectory()

ตัวอย่าง Mini Project จดข้อมูลอุณหภูมิ-ความชื้น ทุก 15 นาที โดย Arduino+RTC+SD Card Module
ตัวอย่างการใช้งานอีกอย่าง ขอทำเป็น Mini Project ไปเลยนะครับ ง่าย ๆ ใช้อุปกรณ์แค่ (1).Arduino UNO (2).DHT11 หรือ DHT22 (3).SD Card Module (4).RTC Module ซึ่งที่ทำตัวอย่างให้ดูนี้ผู้เขียนได้ใช้ Mini Data Logger ที่เป็นโมดูล RTC DS1307 Module กับ Micro SD Card Module รวมอยู่บนบอร์ดเดียวกัน และวัดอุณหภูมิกับความชื้นด้วย DHT11 จ่ายไฟด้วยอแดปเตอร์ 5V ของโทรศัพท์แอนดรอยด์จีนธรรมดา เซ็ตอุปกรณ์ได้ตามรูปนี้ครับ

ออกแบบโปรแกรมโดยการเขียนเป็น Flowchart ได้ดังนี้

จากนั้นจึงแปลง Flowchart เป็นโค้ด

อัพโหลดโค้ดลงไป เสียบไฟทิ้งไว้ให้มันทำงานซักระยะหนึ่ง วัน สองวัน สามวัน จากนั้นดึง SD Card ออกมาดูผลลัพธ์จะเห็นค่าอุณหภูมิและความชื้นที่ถูกบันทึกเอาไว้ทุก ๆ 15 นาทีตามความต้องการของเราครับ

เป็นไงบ้างครับสำหรับการใช้งาน SD Card หวังว่าทุกท่านคงนำไปใช้งานกันต่อได้ และเหมือนเดิมครับ mini project นี้เขียนขึ้นโดยเน้นความง่าย ตรงไปตรงมา หากท่านอื่นมีวิธีทำแบบสูงขึ้นไปอย่างการตัดเข้า sleep เพื่อประหยัดพลังงานก็ดัดแปลงได้ตามสะดวก ตามที่ผู้เขียนย้ำโดยตลอดว่าอยากให้ได้ทดลอง มือใหม่ก็ไม่ต้องกลัวผิด งมเขียนโค้ดไปเถอะครับ ผิดก็แค่อัพโหลดใหม่ ตัวบอร์ดเราเขียนโปรแกรมลงไปซ้ำ ๆ ได้เป็นหมื่นเป็นแสนครั้ง เขียนผิดครั้งเดียวเสียเงินค่าเสื่อมสภาพของบอร์ดซัก 1 สตางค์ เป็นค่าประสบการณ์ที่ราคาถูกมาก (บอร์ดของผู้เขียนที่ใช้ทดลองก็อัพโค้ดลงซ้ำ ๆ บางทีชั่วโมงละเป็นสิบครั้ง อยู่มา 5 ปีแล้วก็ยังใช้งานได้อยู่ปกติ) สำหรับบทความหน้าจะเป็นเรื่องอะไรนั้นติดตามกันต่อนะครับ สวัสดี

tutorial, SD, sd card, Arduino, สอนใช้งาน, ใช้งาน sd card, arduino sd card, data logger