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作为工程师/开发人员，我们总是会依靠收集的数据来设计或改进系统。记录数据并进行分析是大多数行业的常见做法，在这里我们将制作一个Arduino数据记录仪项目，通过该项目我们将学习如何在一段特定时间间隔内记录数据。我们将使用一个Arduino开发板读取一些数据（温度、湿度、日期和时间），并且将它们保存在SD卡和计算机上。
保存的数据可以在Excel表格中轻松打开，并进一步分析。为了保留日期和时间，我们将使用通用的RTC模块DS3231，并且使用DHT11传感器获得温度和湿度。在项目的末尾时，您将学习到如何将日期、时间和传感器值等数据记录到SD卡中以及如何通过串行通讯将数据直接写入到Excel表格中。
需要的设备
● 面包板
● Arduino UNO开发板
● DHT11温度传感器
● DS3231 RTC模块
● SD卡模块和SD卡
● 连接导线
● 台式计算机或笔记本
电路原理图
Arduino温度数据记录仪项目的电路图如下所示。
如电路图所示，连接非常简单，由于我们使用的是模块，因此可以直接在面包板上进行制作。详细的连接方式如下表所示： 温度传感器 - DHT11 Arduino开发板引脚 | 模块引脚 | VCC | 5V | GND | GND | NC | NC | OUT | 7脚 |
RTC模块DS3231 Arduino开发板引脚 | 模块引脚 | VCC | 5V | GND | GND | SCL | A5引脚 | SDA | A4引脚 |
SD卡模块 Arduino开发板引脚 | 模块引脚 | VCC | 5V | GND | GND | MSIO | 12引脚 | MOSI | 引脚11 | SCK | 引脚13 | CS | 引脚4 |
您可以使用任何传感器来代替DHT11温度传感器。可以参考使用LM35和Arduino读取温度。
RTC模块DS3231使用I2C通信（SCL、SDA）与Arduino连接，SD卡模块使用SPI通信（MISO、MOSI、SCK、CS）进行接口连接。引脚4和引脚7由Arduino程序定义为CS引脚和输出引脚，如果需要，可将其更改为任何其他引脚。。
Arduino程序说明：
我们需要写出以下的Arduino程序：
1. 从DTH11传感器读取数据。
2. 初始化I2C总线以从RTC模块读取数据。
3. 初始化SPI总线，将SD卡模块连接到Arduino接口。
4. 将日期、时间、温度和湿度等数据存入SD卡。
5. 将日期、时间、温度和湿度等数据存储在运行在计算机/笔记本电脑上的Excel工作表上。
上述步骤可能听起来很复杂，但是实现起来非常容易，因为我们可以使用库来帮我们做这些事情。你需要下载以下两个库：
1. GitHub的DHT11传感器库 2. Rinky-Dink Electronics的DS3231 RTC模块库
一旦你下载了这个库，可以通过以下方式将它们添加到你的Arduino IDE中
- Sketch->Include Library -> Add .ZIP Library
要将Arduino的数据从电脑中提取到Excel表格中，我们还需要安装由Parallax Inc.提供的PLX-DAQ软件。请按照链接下载文件并根据操作系统进行安装。这应该在桌面上创建一个名为PLS-DAQ的文件夹。稍后在我们将会介绍具体的操作。
现在加入这两个库，安装完软件后，可以使用完整代码，并将其上传到您的Arduino开发板。
1. 从DS3231读取数据：
DS3231是一个RTC（实时时钟）模块。它用于保持日期和时间。该模块具有自己的电池电源，即使在主电源被去除或MCU已经通过硬件复位时，它也能保持日期和时间。所以一旦我们在这个模块中设置日期和时间，它将始终保持。
使用这个模块是非常容易的，因为其由Arduino提供的库。 - // Init the DS3231 using the hardware interface
- DS3231 rtc(SDA, SCL);
- void Initialize_RTC()
- {
- // Initialize the rtc object
- rtc.begin();
- //#### the following lines can be uncommented to set the date and time for the first time###
- /*
- rtc.setDOW(FRIDAY); // Set Day-of-Week to SUNDAY
- rtc.setTime(18, 46, 45); // Set the time to 12:00:00 (24hr format)
- rtc.setDate(6, 30, 2017); // Set the date to January 1st, 2014
- */
- }
注意：首次使用本模块时，必须设置日期和时间。可以通过简单地删除上述的注释并编写日期和时间来完成。确保您将其注释并上传，否则每次运行电路板时，将再次设置日期和时间。
2. 从DHT11读取数据：
DHT11是温湿度传感器。它通过模块的输出引脚将温度和湿度值作为8位数据串行发送。该库通过使用Arduino的软件串行功能读取此数据。 - #define DHT11_PIN 7 //Sensor output pin is connected to pin 7
- dht DHT; //Sensor object named as DHT
- void Read_DHT11()
- {
- int chk = DHT.read11(DHT11_PIN);
- }
这里我将输出引脚连接到引脚7，也可以选择任何支持软件串行的引脚。调用DHT.read（引脚号）;将读取温度和湿度的值，并将其存储在参数DHT.temperature和DHT.Humidity中。
3. 初始化SC卡模块： - void Initialize_SDcard()
- {
- // 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;
- }
- // 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("LoggerCD.txt", FILE_WRITE);
- // if the file is available, write to it:
- if (dataFile) {
- dataFile.println("Date,Time,Temperature,Humidity"); //Write the first row of the excel file
- dataFile.close();
- }
- }
Arduino使用SD卡很容易，因为Arduino IDE默认添加了SD卡库。在SD卡初始化功能中，我们将创建一个名为“LoggerCD.txt”的文本文件，并写入我们内容的第一行。这里我们使用“，”作为分隔符分隔值。这意味着我们必须移动到Excel表格中的下一个单元格。
4. 将数据写入SD卡 - void Write_SDcard()
- {
- // 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("LoggerCD.txt", FILE_WRITE);
- // if the file is available, write to it:
- if (dataFile) {
- dataFile.print(rtc.getDateStr()); //Store date on SD card
- dataFile.print(","); //Move to next column using a ","
- dataFile.print(rtc.getTimeStr()); //Store date on SD card
- dataFile.print(","); //Move to next column using a ","
- dataFile.print(DHT.temperature); //Store date on SD card
- dataFile.print(","); //Move to next column using a ","
- dataFile.print(DHT.humidity); //Store date on SD card
- dataFile.print(","); //Move to next column using a ","
- dataFile.println(); //End of Row move to next row
- dataFile.close(); //Close the file
- }
- else
- Serial.println("OOPS!! SD card writing failed");
- }
如前所述，我们的目的是将日期、时间、温度和湿度保存在我们的SD卡中。在DS3231库和DHT11库的帮助下，我们的Arduino将能够读取所有这四个参数并将其存储到以下参数中，如下表所示: | 日期 | rtc.getDateStr（）; | | 时间 | rtc.getTimeStr（）; | | 温度 | DHT.temperature | | 湿度 | DHT.humidity
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现在我们可以直接使用这些参数，使用打印行将它们存储在SD卡上
- dataFile.print（parameter）;
您可以注意到，每个参数用逗号分隔，使其看起来清晰可见，并且dataFile.println（）;用于指示行的结尾。
5. 将数据写入PLX-DAQ
PLX-DAQ软件是Microsoft Excel插件，可帮助我们将Arduino的值直接写入笔记本电脑或PC上的Excel文件。我比较喜欢这个软件，主要是因为两个原因：
1. 您可以同时写入和监控数据，并可以根据这些数据绘制图形。
2. 您不需要像DS3231这样的RTC模块来跟踪日期和时间。您只需使用笔记本电脑/计算机上运行的日期和时间，并将其直接保存在Excel中。
要想将此软件与Arduino一起使用，我们必须以特定的模式串行发送数据，就像在串行监视器上显示值一样。主要内容如下：
- void Initialize_PlxDaq()
- {
- Serial.println("CLEARDATA"); //clears up any data left from previous projects
- Serial.println("LABEL,Date,Time,Temperature,Humidity"); //always write LABEL, to indicate it as first line
- }
- void Write_PlxDaq()
- {
- Serial.print("DATA"); //always write "DATA" to Inidicate the following as Data
- Serial.print(","); //Move to next column using a ","
- Serial.print("DATE"); //Store date on Excel
- Serial.print(","); //Move to next column using a ","
- Serial.print("TIME"); //Store date on Excel
- Serial.print(","); //Move to next column using a ","
- Serial.print(DHT.temperature); //Store date on Excel
- Serial.print(","); //Move to next column using a ","
- Serial.print(DHT.humidity); //Store date on Excel
- Serial.print(","); //Move to next column using a ","
- Serial.println(); //End of Row move to next row
- }
该软件可以识别LABEL、DATA、TIME、DATE等关键字。如初始化函数中所示，关键字“LABEL”用于写入Excel表格的第一个ROW。在写函数后面，我们使用关键字“DATA”来表示以下信息应被视为DATA。为了表明我们必须移动到下一行，我们必须使用逗号（“，”）。为了指示行的结尾，我们必须发送一个Serial.println（）;
如前所述，我们可以通过分别发送关键字“DATE”和“TIME”来写入系统日期和时间，如上所示。
注意：使用此PLX_DAQ软件时，请勿使用串口监视器。
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发表于 2017-7-7 13:29:32
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