Enregistreur de Données Environnementales Arduino avec Carte SD et RTC

Composants et fournitures

À propos de ce projet

Objectif

Créer un data logger autonome enregistrant sur carte SD les paramètres environnementaux : température, humidité, pression atmosphérique, qualité d'air, luminosité – avec horodatage précis (RTC). Fonctionne sur batterie pour déploiement terrain (serre, cave, station météo, surveillance qualité air intérieur/extérieur).

Architecture

• Arduino : acquisition capteurs, horodatage, écriture SD
• BME280 : T° (±0,5°C), H% (±3%), Pression (±1 hPa) via I2C (0x76/0x77)
• MQ-135 : résistance variable selon concentration gaz → tension sur entrée analogique (calibration nécessaire)
• BH1750 : luminosité 1–65535 lux via I2C (0x23)
• DS3231 : date/heure précises, alimenté par pile CR2032
• Module SD : SPI (broches 10/11/12/13 sur UNO), fichier CSV journalier

Câblage

Bus I2C (partagé BME280 + BH1750 + DS3231)

• SDA → A4 (UNO) / 20 (Mega)
• SCL → A5 (UNO) / 21 (Mega)
• Pull-ups 4,7 kΩ vers 3,3V (si non présentes sur modules)

Module SD (SPI hardware)

• CS → D10
• MOSI → D11
• MISO → D12
• SCK → D13
• VCC → 5V (ou 3,3V selon module), GND → GND

MQ-135

• VCC → 5V, GND → GND
• AOUT → A0 (analogique)
• DOUT (seuil numérique) → non utilisé ici
• Préchauffer 24-48h avant premières mesures fiables

RTC DS3231

• VCC → 3,3V ou 5V, GND → GND
• SDA/SCL → bus I2C partagé
• Pile CR2032 insérée

Format des données (CSV)

Un fichier par jour : YYYYMMDD.CSV

timestamp,temp_C,humidity_%,pressure_hPa,air_quality_raw,lux
2024-01-15 14:30:00,21.4,45.2,1013.25,247,1250
2024-01-15 14:35:00,21.3,45.5,1013.30,245,1180
...

Intervalle d'enregistrement configurable (ex. 5 min = 288 entrées/jour).

Code Arduino

#include <SPI.h>
#include <SD.h>
#include <Wire.h>
#include <RTClib.h>
#include <Adafruit_BME280.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <BH1750.h>

// Configuration
const int SD_CS_PIN = 10;
const int MQ135_PIN = A0;
const unsigned long LOG_INTERVAL_MS = 5UL * 60 * 1000; // 5 minutes

// Objets
RTC_DS3231 rtc;
Adafruit_BME280 bme;
BH1750 lightMeter;
File dataFile;

unsigned long lastLog = 0;
char filename[13];

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

  // RTC
  if (!rtc.begin()) {
    Serial.println("ERREUR: RTC non trouvé !");
    while (1);
  }
  if (rtc.lostPower()) {
    Serial.println("RTC: perte alimentation, remise à l'heure compilation");
    rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));
  }

  // BME280
  if (!bme.begin(0x76)) {
    if (!bme.begin(0x77)) {
      Serial.println("ERREUR: BME280 non trouvé !");
      while (1);
    }
  }

  // BH1750
  if (!lightMeter.begin(BH1750::CONTINUOUS_HIGH_RES_MODE)) {
    Serial.println("ERREUR: BH1750 non trouvé !");
    while (1);
  }

  // Carte SD
  if (!SD.begin(SD_CS_PIN)) {
    Serial.println("ERREUR: Carte SD échec !");
    while (1);
  }
  Serial.println("Initialisation OK");

  // Créer/ouvrir fichier du jour
  updateFilename();
  dataFile = SD.open(filename, FILE_WRITE);
  if (dataFile) {
    // En-tête si fichier vide
    if (dataFile.size() == 0) {
      dataFile.println("timestamp,temp_C,humidity_%,pressure_hPa,air_quality_raw,lux");
    }
    dataFile.close();
  }
}

void loop() {
  unsigned long now = millis();
  if (now - lastLog >= LOG_INTERVAL_MS) {
    lastLog = now;
    logData();
  }

  // Vérifier changement de jour (nouveau fichier)
  static int lastDay = -1;
  DateTime nowDt = rtc.now();
  if (nowDt.day() != lastDay) {
    lastDay = nowDt.day();
    if (dataFile) dataFile.close();
    updateFilename();
  }
}

void updateFilename() {
  DateTime now = rtc.now();
  sprintf(filename, "%04d%02d%02d.CSV", now.year(), now.month(), now.day());
  dataFile = SD.open(filename, FILE_WRITE);
  if (dataFile && dataFile.size() == 0) {
    dataFile.println("timestamp,temp_C,humidity_%,pressure_hPa,air_quality_raw,lux");
  }
}

void logData() {
  DateTime now = rtc.now();
  char timestamp[20];
  sprintf(timestamp, "%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d",
          now.year(), now.month(), now.day(),
          now.hour(), now.minute(), now.second());

  float temp = bme.readTemperature();
  float hum = bme.readHumidity();
  float pres = bme.readPressure() / 100.0F; // Pa → hPa
  int airRaw = analogRead(MQ135_PIN);
  uint16_t lux = lightMeter.readLightLevel();

  // Affichage série
  Serial.print(timestamp);
  Serial.print(" T="); Serial.print(temp, 1);
  Serial.print(" H="); Serial.print(hum, 1);
  Serial.print(" P="); Serial.print(pres, 1);
  Serial.print(" AQ="); Serial.print(airRaw);
  Serial.print(" L="); Serial.println(lux);

  // Écriture SD
  dataFile = SD.open(filename, FILE_WRITE);
  if (dataFile) {
    dataFile.print(timestamp);
    dataFile.print(",");
    dataFile.print(temp, 1); dataFile.print(",");
    dataFile.print(hum, 1); dataFile.print(",");
    dataFile.print(pres, 1); dataFile.print(",");
    dataFile.print(airRaw); dataFile.print(",");
    dataFile.println(lux);
    dataFile.flush(); // Force écriture physique
    dataFile.close();
  } else {
    Serial.println("ERREUR écriture SD !");
  }
}

Bibliothèques requises

• RTClib (Adafruit ou equivalent)
• Adafruit_BME280 + Adafruit_Sensor
• BH1750 (par claws)
• SD (incluse dans Arduino IDE)

Calibration MQ-135 (qualité air)

Le MQ-135 donne une valeur brute (0-1023). Pour obtenir ppm CO2 équivalent :

1. Préchauffer 24-48h en continu
2. Mesurer R0 (résistance capteur dans air pur) :
   R0 = Rload * (1023 - raw) / raw (Rload = 10-20 kΩ selon module)
3. Formule ppm : ppm = 116.602 * (Rs/R0)^-2.769 (approximation CO2)
4. Pour usage relatif (détection pics), la valeur brute suffit souvent

Gestion énergie (autonomie batterie)

• Utiliser Arduino Pro Mini 3,3V 8 MHz (sans régulateur/USB) + LowPower.h
• Mettre en sommeil profond entre mesures : LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF) en boucle
• Alimentation : LiPo 3,7V + régulateur LDO 3,3V (ex. MCP1700) ou 5V boost
• Désactiver LED power-on (couper piste ou dessouder)
• Module SD : certains consomment en veille – ajouter MOSFET coupure VCC

Avec ces optimisations : ~1-2 ans sur 2×AA lithium (3,6V) ou mois sur LiPo 2000 mAh.

Exploitation des données

• Importer CSV dans Excel, LibreOffice Calc, Python (pandas), Grafana
• Graphiques temporels, alertes seuils, corrélations multi-capteurs
• Export vers IoT (MQTT, InfluxDB) si ajout module WiFi/LoRa
Contrôleur de Moteur Pas à Pas Arduino avec A4988 et Joystick Maîtriser le contrôle de moteur à courant continu : Astuces et conseils d'expert