Hướng Dẫn Sử Dụng Module Thẻ Micro SD với Arduino

Bạn có bao giờ muốn ghi lại dữ liệu cảm biến theo thời gian thực với Arduino của mình không? Hãy tưởng tượng một trạm thời tiết ghi lại nhiệt độ và độ ẩm mỗi 10 giây, hoặc một hệ thống tưới tiêu thông minh lưu trữ mức độ ẩm của đất suốt cả ngày. Rất nhanh chóng, bạn sẽ nhận ra bộ nhớ tích hợp của Arduino không đủ.

Vậy giải pháp là gì?
👉 Một module thẻ Micro SD - những thẻ lưu trữ nhỏ mà bạn sử dụng trong máy ảnh và điện thoại. Với module đơn giản này, các dự án Arduino của bạn có thể truy cập hàng megabyte (thậm chí gigabyte!) bộ nhớ lưu trữ bên ngoài. Điều này rất tuyệt vời cho các dự án cần ghi dữ liệu, theo dõi hoặc lưu trữ tệp.

Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách kết nối module thẻ Micro SD với Arduino từng bước.

1. Tổng Quan về Phần Cứng Module Thẻ Micro SD

Module thẻ Micro SD không chỉ là một khe cắm thẻ. Nó bao gồm:

• Khe cắm thẻ Micro SD – Nơi bạn chèn thẻ. Hầu hết các module có đánh dấu rõ ràng để tránh việc chèn sai.
• Bộ điều chỉnh điện áp LDO 3.3V – Vì thẻ SD hoạt động ở mức 3.3V, bộ điều chỉnh này giúp giảm điện áp 5V của Arduino xuống 3.3V một cách an toàn, ngăn chặn hư hỏng và giữ điện áp ổn định.
• Bộ chuyển đổi mức logic (74LVC125A) – Đóng vai trò là bộ dịch thuật, chuyển đổi tín hiệu logic 5V của Arduino thành 3.3V cho thẻ SD, đảm bảo giao tiếp an toàn và đáng tin cậy.

2. Chân Kết Nối của Module Thẻ Micro SD

Dưới đây là cấu hình chân bạn sẽ sử dụng khi kết nối với Arduino:

• GND → Kết nối với GND của Arduino
• VCC → Kết nối với chân 5V trên Arduino
• MISO (Master In Slave Out) → Gửi dữ liệu từ thẻ SD đến Arduino
• MOSI (Master Out Slave In) → Gửi dữ liệu từ Arduino đến thẻ SD
• SCK (Serial Clock) → Cung cấp xung đồng hồ từ Arduino
• CS (Chip Select / Slave Select) → Kích hoạt hoặc vô hiệu hóa module trên bus SPI

3. Kết Nối Module Thẻ Micro SD với Arduino

Bây giờ bạn đã hiểu về module và các chân của nó, hãy đưa nó vào hành động. Chúng ta sẽ kết nối module thẻ Micro SD với Arduino UNO và sử dụng LCD I2C để hiển thị thông tin.

3.1. Yêu Cầu Phần Cứng

• Arduino UNO R3
• LCD 16x2 (có I2C)
• Module thẻ Micro SD
• Thẻ Micro SD
• Dây jumper
• Cáp USB Type A to B
• Bộ chuyển đổi 12V

3.2. Kết Nối Dây

Module thẻ Micro SD giao tiếp với Arduino bằng giao thức SPI. Điều này có nghĩa là nó phụ thuộc vào các chân SPI chuyên dụng - MOSI, MISO, SCK, và CS - để trao đổi dữ liệu. Mặc dù thẻ SD cũng có thể hoạt động qua SDIO (Secure Digital Input Output), hướng dẫn này chỉ tập trung vào giao diện dựa trên SPI.

Cùng với các chân giao tiếp này, module cũng cần các kết nối nguồn:

• VCC (5V) – để cấp nguồn cho module
• GND – để hoàn thành mạch

3.3. Kết Nối Giữa Arduino UNO và Đầu Đọc Thẻ SD

3.4. Kết Nối LCD I2C với Arduino

Kết nối LCD I2C với Arduino rất đơn giản.

• Kết nối VCC và GND của LCD với các chân tương ứng VCC và GND trên Arduino.

Hai dây giao tiếp là:

• SCL (Clock) → Kết nối với chân SCL của Arduino (chân Analog A5)
• SDA (Data) → Kết nối với chân SDA của Arduino (chân Analog A4)

Trên bảng điều khiển phía sau của LCD, các chân SCL và SDA cũng được đánh dấu và kết nối với A5 và A4 của Arduino. Trong sơ đồ kết nối cung cấp, dây màu hồng được sử dụng cho SCL và dây màu xanh cho SDA.

⚠️ Lưu Ý Quan Trọng: Đảm bảo rằng các jumper địa chỉ A0, A1 và A2 trên LCD I2C không bị ngắn mạch. Điều này là cần thiết vì trong mã mà chúng ta sẽ sử dụng địa chỉ I2C 0x27, chỉ hoạt động khi các jumper này vẫn mở.

4. Mã Arduino để Kiểm Tra Thông Tin Thẻ Micro SD

/*
Mã để lấy thông tin về thẻ SD và kiểm tra xem nó có hoạt động hay không
bởi platwithcircuit.com
*/
#include <SPI.h>                
#include <SD.h>                 
#include <LiquidCrystal_I2C.h>  
// thiết lập biến sử dụng các hàm thư viện SD
Sd2Card card;
SdVolume volume;
SdFile root;
// Thiết lập địa chỉ LCD là 0x27 cho màn hình 16 ký tự và 2 dòng
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
const int chipSelect = 10;
void setup() {
  // khởi tạo LCD
  lcd.init();
  // Bật đèn nền
  lcd.backlight();
  // Xóa bộ đệm hiển thị
  lcd.clear();
  // In thông điệp lên LCD
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Khởi Tạo");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Thẻ SD...");
  // Mở giao tiếp nối tiếp và chờ cổng mở
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial) {
    ;  // chờ cổng nối tiếp kết nối
  }
  Serial.print("\nKhởi tạo thẻ SD...");
  delay(1000);
  // chúng ta sẽ sử dụng mã khởi tạo từ các thư viện tiện ích
  if (!card.init(SPI_HALF_SPEED, chipSelect)) {
    Serial.println("khởi tạo thất bại. Những điều cần kiểm tra:");
    Serial.println("* có thẻ được chèn vào không?");
    Serial.println("* kết nối của bạn có đúng không?");
    Serial.println("* bạn có thay đổi chân chipSelect để phù hợp với shield hoặc module của bạn không?");
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0, 0);
    lcd.print("Khởi Tạo");
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("Thất Bại");
    while (1)
      ;
  } else {
    Serial.println("Kết nối đúng và có thẻ hiện diện.");
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0, 0);
    lcd.print("Khởi Tạo");
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("Thành Công");
    delay(2000);
  }
  // in loại thẻ
  Serial.println();
  Serial.print("Loại thẻ:         ");
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Loại Thẻ:");
  lcd.setCursor(0, 1);
  switch (card.type()) {
    case SD_CARD_TYPE_SD1:
      Serial.println("SD1");
      lcd.print("SD1");
      break;
    case SD_CARD_TYPE_SD2:
      Serial.println("SD2");
      lcd.print("SD2");
      break;
    case SD_CARD_TYPE_SDHC:
      Serial.println("SDHC");
      lcd.print("SDHC");
      break;
    default:
      Serial.println("Không xác định");
      lcd.print("Không xác định");
  }
  delay(2000);
  // Bây giờ chúng ta sẽ cố gắng mở 'volume'/'partition' - nó nên là FAT16 hoặc FAT32
  if (!volume.init(card)) {
    Serial.println("Không thể tìm thấy phân vùng FAT16/FAT32.\nĐảm bảo rằng bạn đã định dạng thẻ");
    while (1)
      ;
  }
  Serial.print("Số cụm:          ");
  Serial.println(volume.clusterCount());

  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Số Cụm:");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(volume.clusterCount()); 
  delay(2000);
  Serial.print("Khối trên mỗi Cụm:  ");
  Serial.println(volume.blocksPerCluster());
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Khối trên Cụm");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(volume.blocksPerCluster()); 
  delay(2000);
  Serial.print("Tổng Khối:      ");
  Serial.println(volume.blocksPerCluster() * volume.clusterCount());
  Serial.println();
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Tổng Khối:");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(volume.blocksPerCluster() * volume.clusterCount()); 
  delay(2000);
  // in loại và kích thước của phân vùng FAT đầu tiên
  uint32_t volumesize;
  Serial.print("Loại phân vùng là:    FAT");
  Serial.println(volume.fatType(), DEC);
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Loại phân vùng là:");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("FAT");
  lcd.print(volume.fatType(), DEC); 
  delay(2000);

  volumesize = volume.blocksPerCluster();  // cụm là tập hợp các khối
  volumesize *= volume.clusterCount();     // chúng ta sẽ có rất nhiều cụm
  volumesize /= 2;                         // khối thẻ SD luôn là 512 byte (2 khối là 1KB)
  Serial.print("Kích thước phân vùng (KB):  ");
  Serial.println(volumesize);
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Kích thước (KB):");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(volumesize); 
  delay(2000);
  Serial.print("Kích thước phân vùng (MB):  ");
  volumesize /= 1024;
  Serial.println(volumesize);
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Kích thước (MB):");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(volumesize); 
  delay(2000);
  Serial.print("Kích thước phân vùng (GB):  ");
  Serial.println((float)volumesize / 1024.0);
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Kích thước (GB):");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print((float)volumesize / 1024.0); 
  delay(2000);
  Serial.println("\nCác tệp được tìm thấy trên thẻ (tên, ngày và kích thước tính bằng byte): ");
  root.openRoot(volume);
  // liệt kê tất cả các tệp trong thẻ với ngày và kích thước
  root.ls(LS_R | LS_DATE | LS_SIZE);
}
void loop(void) {
}

5. Thực Hành Tốt Nhất

• Kiểm tra kết nối: Trước khi chạy mã, hãy kiểm tra kỹ tất cả các kết nối để đảm bảo không có dây nào bị lỏng hoặc sai vị trí.
• Định dạng thẻ SD: Đảm bảo thẻ SD của bạn được định dạng đúng (FAT32 là lựa chọn tốt nhất).
• Sử dụng thẻ chất lượng: Chọn thẻ SD từ các thương hiệu uy tín để tránh lỗi trong quá trình ghi dữ liệu.

6. Những Cạm Bẫy Thường Gặp

• Thẻ không nhận: Nếu thẻ SD không được nhận, hãy kiểm tra lại chân kết nối và đảm bảo thẻ đã được định dạng đúng.
• Lỗi mã: Đảm bảo mã không có lỗi cú pháp và thư viện đã được cài đặt đầy đủ trong IDE Arduino.

7. Mẹo Tối Ưu Hiệu Suất

• Ghi dữ liệu theo từng khối: Khi ghi dữ liệu, hãy ghi theo từng khối thay vì từng byte để tăng tốc độ ghi.
• Xóa dữ liệu không cần thiết: Thường xuyên xóa các tệp không cần thiết để giải phóng không gian.

8. Giải Quyết Vấn Đề

• Thẻ không hoạt động: Kiểm tra xem thẻ có được chèn đúng cách không, và thử khởi động lại Arduino.
• Lỗi đọc dữ liệu: Đảm bảo rằng mã của bạn không có lỗi và thẻ đã được định dạng đúng.

9. Kết Luận

Trong bài viết này, chúng ta đã khám phá cách sử dụng module thẻ Micro SD với Arduino để ghi lại dữ liệu cảm biến theo thời gian thực. Khả năng mở rộng bộ nhớ của Arduino với module này mở ra nhiều cơ hội cho các dự án sáng tạo. Hãy thử nghiệm và tạo ra các ứng dụng của riêng bạn! Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, hãy để lại bình luận bên dưới và chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn.

FAQs

Q1: Tôi có thể sử dụng thẻ SD nào với module này?
A1: Bạn có thể sử dụng bất kỳ thẻ Micro SD nào, nhưng nên chọn thẻ từ các thương hiệu uy tín để đảm bảo chất lượng.

Q2: Có những thư viện nào tôi cần cài đặt?
A2: Bạn cần cài đặt thư viện SPI và SD từ Arduino IDE.

Q3: Tôi có thể kết nối nhiều cảm biến với Arduino không?
A3: Có, bạn có thể kết nối nhiều cảm biến, nhưng hãy đảm bảo rằng nguồn cấp và chân kết nối đủ cho tất cả các cảm biến.

Hãy bắt đầu với dự án của bạn ngay hôm nay!