ArduinoでSDカードにCSV保存する方法｜配線・書き込みコードを解説

01なぜSDカードにログを残すのか

シリアルモニタの限界

これまでの記事では、シリアルモニタを使ってきました。センサーの値を表示して確認する方法です。この方法は、動作確認には便利です。ただし、弱点もあります。シリアルモニタは、パソコンとArduinoをUSBケーブルでつないでいる間しか使えません。ウィンドウを閉じると、それまでの表示内容は失われます。長時間のデータを記録し、あとからじっくり分析したい場合には、この方式は不向きです。

SDカードなら電源が入っている間ずっと記録できる

SDカードモジュールを使うと、状況が変わります。パソコンとの接続を切っても構いません。Arduinoに電源さえ入っていれば、記録を続けられるのです。屋外での長時間計測や、パソコンから離れた場所での実験にも対応できます。記録したファイルは、あとでパソコンに挿してExcelなどで開いて分析できます。

02基礎知識｜SPI通信とCSVファイル形式

SDカードモジュールの通信方式

SDカードモジュールは、SPIという通信方式でArduinoとやり取りします。RC522のRFIDモジュールと同じ方式です。Arduino公式のSDガイドを確認してみましょう。SCK・MOSI・MISOという3本の信号線があります。これらは、ハードウェアSPIピン（多くのボードで13・11・12番）に固定されています。もう1本、カードを選択するためのCSピンが必要です。

CSVとは何か

CSVは「Comma-Separated Values」の略です。データをカンマで区切って並べる、シンプルなテキスト形式です。例えば「12:00:00,25.3,512」のように書きます。この形式のファイルには利点があります。Excelなどの表計算ソフトでそのまま開けるのです。開くと、自動的に列に分かれて表示されます。研究や分析の場面で扱いやすい、定番のデータ形式です。

03配線方法：Arduino UnoとSDカードモジュール

配線手順

SDカードモジュールには、複数のピンがあります。CS・MOSI・MISO・SCK・VCC・GNDです。Arduino Unoの場合、CSはD10に、MOSIはD11につなぎます。MISOはD12に、SCKはD13につなぎます。多くの市販モジュールには電圧レギュレータが搭載されています。そのため、VCCはArduinoの5Vに、GNDはArduinoのGNDにつなげば動作します。

SDカードのフォーマットに関する注意

配線の前に、確認しておきたいことがあります。SDカード自体のフォーマット形式です。Arduinoの標準SDライブラリが対応しているのは、FAT16またはFAT32のみです。32GBを超えるカードには注意が必要です。多くの場合、購入時exFATでフォーマットされています。この場合、パソコンで事前にFAT32へ再フォーマットしておく必要があります。

04基本のコード｜ファイルを作成して書き込む

SD.begin()での初期化

SDライブラリはArduino IDEに標準搭載されています。追加のインストールは不要です。SD.begin()にCSピンの番号を渡してみましょう。SDカードが正しく認識できているか確認できます。初期化に失敗する場合は、フォーマット形式や配線を見直してください。

ファイルへの書き込みコード

// SDカードにファイルを作成して書き込む最小構成コード
#include <SPI.h>
#include <SD.h>

const int chipSelect = 10;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  Serial.print("SDカードを初期化しています...");
  if (!SD.begin(chipSelect)) {
    Serial.println("初期化に失敗しました");
    while (1); // 失敗した場合はここで停止
  }
  Serial.println("初期化に成功しました");

  File dataFile = SD.open("TEST.TXT", FILE_WRITE);

  if (dataFile) {
    dataFile.println("Hello, SD card!");
    dataFile.close(); // 必ずcloseする
    Serial.println("書き込みが完了しました");
  } else {
    Serial.println("ファイルを開けませんでした");
  }
}

void loop() {
  // 何もしない
}

close()を忘れてはいけない理由

このコードには重要な点があります。dataFile.close()を必ず呼び出すことです。書き込んだデータは、いったんメモリ上のバッファに蓄えられます。close()を呼ぶまで、SDカードには確定して保存されません。これを忘れると、書き込んだはずのデータが失われることがあります。

05センサー値をCSV形式で記録する

ヘッダー行を書き込む

CSVファイルの1行目には、工夫を加えておくと便利です。各列が何のデータかを示す「ヘッダー行」を入れておくのです。あとでファイルを開いたときに、内容がひと目で分かります。ファイルがまだ存在しない場合にだけヘッダーを書き込む、という処理にしてみましょう。

センサー値の記録コード

// 可変抵抗の値をCSV形式で記録するコード
#include <SPI.h>
#include <SD.h>

const int chipSelect = 10;
const int potPin = A0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  if (!SD.begin(chipSelect)) {
    Serial.println("SDカードの初期化に失敗しました");
    while (1);
  }

  // ファイルがまだなければヘッダー行を書き込む
  if (!SD.exists("DATA.CSV")) {
    File dataFile = SD.open("DATA.CSV", FILE_WRITE);
    if (dataFile) {
      dataFile.println("time_ms,pot_value");
      dataFile.close();
    }
  }
}

void loop() {
  int value = analogRead(potPin);

  File dataFile = SD.open("DATA.CSV", FILE_WRITE);
  if (dataFile) {
    dataFile.print(millis());
    dataFile.print(",");
    dataFile.println(value);
    dataFile.close();
  }

  delay(500);
}

カンマ区切りがCSVのポイント

カンマ（,）で値を区切りながら書き込むのが、CSV形式のポイントです。可変抵抗の値の読み取り方については、下記の記事も参考にしてください。

06実践例：一定間隔で記録するデータロガー

millis()でタイミングを管理する

研究用途では、正確な間隔でデータを記録したい場面が多くあります。ここで工夫が必要です。delay()ではなくmillis()を使いましょう。他の処理を止めずに、一定間隔での記録が可能になります。ここでは、1秒ごとにセンサー値を記録する例を紹介します。

実装コード

// millis()を使って1秒ごとにデータを記録するコード
#include <SPI.h>
#include <SD.h>

const int chipSelect = 10;
const int potPin = A0;

unsigned long lastLogTime = 0;
const unsigned long logInterval = 1000; // 1000ミリ秒＝1秒ごと

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  if (!SD.begin(chipSelect)) {
    Serial.println("SDカードの初期化に失敗しました");
    while (1);
  }

  if (!SD.exists("LOG.CSV")) {
    File dataFile = SD.open("LOG.CSV", FILE_WRITE);
    if (dataFile) {
      dataFile.println("time_ms,pot_value");
      dataFile.close();
    }
  }
}

void loop() {
  unsigned long currentTime = millis();

  if (currentTime - lastLogTime >= logInterval) {
    lastLogTime = currentTime;

    int value = analogRead(potPin);

    File dataFile = SD.open("LOG.CSV", FILE_WRITE);
    if (dataFile) {
      dataFile.print(currentTime);
      dataFile.print(",");
      dataFile.println(value);
      dataFile.close();
      Serial.println("記録しました");
    }
  }

  // ここに他の処理を書いても、記録のタイミングは崩れない
}

他のセンサーへの応用

この構成をベースにすれば、応用が効きます。可変抵抗の値をMPU6050の加速度・角速度に置き換えるだけです。動作データを記録するロガーになります。記録したCSVファイルをPythonで可視化する方法については、下記の記事も参考にしてください。

07よくあるトラブルと対処法

症状別の対処早見表

原因を素早く切り分けるコツ

08よくある質問

基本のQ&A

応用のQ&A