Arduinoとリアルタイムクロック -1: 定周期タイマー割り込み & スリープ

秋月電子のRTC8564モジュール

< Arduino と RTC8564 > 畑にセットしていた定点観測データロガーHoneypot。 一週間後にSDカード内のデータをチェックしてみると、タイムスタンプ情報が大幅に狂っていた。 チェックしてみた時刻と14時間近くのずれがある。 どうも気温によってArduinoのクロック振動数がかなり変動してしまうらしい。 1日1分程度のずれが生じるらしく、定期的に正確な時刻カウントを継続させるという用途には向いていない。 正確な計測時刻を継続させるにはハードウェア的に無理がある。 RTC（リアルタイムクロック）は、そのような問題を解決してくれる。 Arduinoとは別系統の正確なクロックモジュールを使用するので、時間系の処理はすべて一任できる。 今回調べてみるまでRTCのバックアップ回路の存在を知らなかったので、観測用シールドに組み込むべくいろいろと調査してみた。 以下の回路では、電源をOFFにしても5.5V 1Fの電気二重層コンデンサに溜められた電力によってRTCはカウントを持続できる。 外部EEPROMにタイムスタンプを記録して無理矢理時刻情報を繋げたり、SDカードと電池交換時のタイムラグが発生したりする問題がすべて解決する。

ArduinoとRTC8564回路図

Sketch: Rtc8564AttachInterruptSleep ▼ /*  * sketch name   : Rtc8564AttachInterruptSleep  * summary       : RTC8564で定周期タイマー割り込み & スリープ  * releases      : 2011/3/15  */ #include <Wire.h> #include <Rtc8564AttachInterrupt.h> #include <Sleep.h> /* RTCタイマ開始日付時刻 */ #define RTC_SEC  0x00  // 秒 #define RTC_MIN  0x18  // 分 #define RTC_HOUR 0x23  // 時 #define RTC_DAY  0x15  // 日 #define RTC_WEEK 0x02  // 曜日(00:日 〜 06:土) #define RTC_MON  0x03  // 月 #define RTC_YEAR 0x11  // 西暦 byte date_time[7] = {    RTC_SEC   ,RTC_MIN   ,RTC_HOUR   ,RTC_DAY   ,RTC_WEEK   ,RTC_MON   ,RTC_YEAR }; /* 電源リセット確認フラグ */ boolean init_flg = false; /* 計測間隔(RTC割り込み間隔) */ #define RTC_INTERRUPT_TERM 10 /* 外部割り込みピン */ #define RTC_INTERRUPT_PIN  2 /* 定周期タイマ間隔設定単位 0:秒/1:分 */ #define RTC_INTERRUPT_MODE 0 void setup() {   Serial.begin(9600);      // 日付時刻初期化   Rtc.initDatetime(date_time);      // RTC開始   Rtc.begin();      // 定周期割り込みタイマ継続確認   if (!Rtc.isInterrupt()) {          // 割り込み設定     Rtc.syncInterrupt(RTC_INTERRUPT_MODE, RTC_INTERRUPT_TERM);   }      // 割り込み設定   pinMode(RTC_INTERRUPT_PIN, INPUT);   digitalWrite(RTC_INTERRUPT_PIN, HIGH); } void loop() {      // 初期化(電源OFF=>ON)すぐ後は計測しない   if (init_flg) ReadRTC();      init_flg = true;      // スリープ開始   SleepClass::powerDownAndWakeupExternalEvent(0); } void ReadRTC() {   Rtc.available();   Serial.print(0x2000 + Rtc.years(), HEX);   Serial.print("/");   Serial.print(Rtc.months(), HEX);   Serial.print("/");   Serial.print(Rtc.days(), HEX);   Serial.print(" ");   Serial.print(Rtc.hours(), HEX);   Serial.print(":");   Serial.print(Rtc.minutes(), HEX);   Serial.print(":");   Serial.print(Rtc.seconds(), HEX);   Serial.print(" ");   Serial.println((int)Rtc.weekdays());   Serial.println(); } スケッチ実行には、以下の二つのライブラリが必要となる。 Sleepライブラリ（なんでも作っちゃう、かも。さんのArduinoで遊ぼう - Arduinoをスリープさせるより） Rtc8564AttachInterruptライブラリ（リアルタイムクロック定周期割り込みタイマーライブラリ） < Arduino RTC8564用定周期タイマー割り込みライブラリ > なんでも作っちゃう、かも。さんのRTC8564のライブラリを使わせて頂きました。 ありがとうございます。 RTC8564用ライブラリには定周期タイマー割り込みのメソッドが含まれていなかったので、改造してみた。 以下は RTC8564ライブラリをもとに僕が追記したRTC8564定周期割り込みタイマーライブラリである。 ■ Rtc8564AttachInterruptライブラリ Download: Rtc8564AttachInterrupt.zip Library Code:     Rtc8564AttachInterrupt.h ▼ #ifndef Rtc8564AttachInterrupt_h #define Rtc8564AttachInterrupt_h #include <inttypes.h> class Rtc8564AttachInterrupt { private: void init(void); uint8_t _seconds; uint8_t _minutes; uint8_t _hours; uint8_t _days; uint8_t _weekdays; uint8_t _months; uint8_t _years; bool _century; public: enum { BCD = 0, Decimal = 1, }; Rtc8564AttachInterrupt();   void begin(void);   void beginWithoutIsValid(void);   void initDatetime(uint8_t date_time[]);   bool isInitDatetime(void);   void sync(uint8_t date_time[],uint8_t size = 7);   void syncInterrupt(unsigned int mode, unsigned long term); bool available(void);   bool isvalid(void);   bool isInterrupt(void); uint8_t seconds(uint8_t format = Rtc8564AttachInterrupt::BCD) const; uint8_t minutes(uint8_t format = Rtc8564AttachInterrupt::BCD) const; uint8_t hours(uint8_t format = Rtc8564AttachInterrupt::BCD) const; uint8_t days(uint8_t format = Rtc8564AttachInterrupt::BCD) const; uint8_t weekdays() const; uint8_t months(uint8_t format = Rtc8564AttachInterrupt::BCD) const; uint8_t years(uint8_t format = Rtc8564AttachInterrupt::BCD) const; bool century() const; }; extern Rtc8564AttachInterrupt Rtc; #endif     Rtc8564AttachInterrupt.cpp ▼ extern "C" {   #include <stdlib.h>   #include <string.h>   #include <inttypes.h> } #include <WConstants.h> #include <Wire.h> #include "Rtc8564AttachInterrupt.h" #define RTC8564_SLAVE_ADRS  (0xA2 >> 1) #define BCD2Decimal(x)    (((x>>4)*10)+(x&0xf)) // Constructors //////////////////////////////////////////////////////////////// Rtc8564AttachInterrupt::Rtc8564AttachInterrupt()   : _seconds(0), _minutes(0), _hours(0), _days(0), _weekdays(0), _months(0), _years(0), _century(0) { } void Rtc8564AttachInterrupt::init(void) {   delay(1000);   Wire.beginTransmission(RTC8564_SLAVE_ADRS);   Wire.send(0x00); // write reg addr 00   Wire.send(0x20); // 00 Control 1, STOP=1   Wire.send(0x00); // 01 Control 2   Wire.send(0x00); // 02 Seconds   Wire.send(0x00); // 03 Minutes   Wire.send(0x09); // 04 Hours   Wire.send(0x01); // 05 Days   Wire.send(0x01); // 06 Weekdays   Wire.send(0x01); // 07 Months   Wire.send(0x01); // 08 Years   Wire.send(0x00); // 09 Minutes Alarm   Wire.send(0x00); // 0A Hours Alarm   Wire.send(0x00); // 0B Days Alarm   Wire.send(0x00); // 0C Weekdays Alarm   Wire.send(0x00); // 0D CLKOUT   Wire.send(0x00); // 0E Timer control   Wire.send(0x00); // 0F Timer   Wire.send(0x00); // 00 Control 1, STOP=0   Wire.endTransmission(); } // Public Methods ////////////////////////////////////////////////////////////// void Rtc8564AttachInterrupt::begin(void) {   Wire.begin();   if(isvalid() == false) {          // RTC初期設定     init();          // 日付時刻プロパティがセットされていたら、その時刻をセット     if (isInitDatetime()) {       byte date_time[7];       date_time[0] = _seconds;       date_time[1] = _minutes;       date_time[2] = _hours;       date_time[3] = _days;       date_time[4] = _weekdays;       date_time[5] = _months;       date_time[6] = _years;       sync(date_time);     }   } } // RTC日付時刻継続確認なしの日付時刻初期化 void Rtc8564AttachInterrupt::beginWithoutIsValid(void) {   Wire.begin();      // RTC初期設定   init();      // 日付時刻プロパティがセットされていたら、その時刻をセット   if (isInitDatetime()) {     byte date_time[7];     date_time[0] = _seconds;     date_time[1] = _minutes;     date_time[2] = _hours;     date_time[3] = _days;     date_time[4] = _weekdays;     date_time[5] = _months;     date_time[6] = _years;     sync(date_time);   } } // 日付時刻のプロパティセット void Rtc8564AttachInterrupt::initDatetime(uint8_t date_time[]) {   _seconds  = (date_time[0]) ? date_time[0] : 0x00;   _minutes  = (date_time[1]) ? date_time[1] : 0x00;   _hours    = (date_time[2]) ? date_time[2] : 0x09;   _days     = (date_time[3]) ? date_time[3] : 0x01;   _weekdays = (date_time[4]) ? date_time[4] : 0x01;   _months   = (date_time[5]) ? date_time[5] : 0x01;   _years    = (date_time[6]) ? date_time[6] : 0x01; } // 日付時刻プロパティセット確認 bool Rtc8564AttachInterrupt::isInitDatetime(void) {   bool flg = false;   if ((_seconds & 0x00) != 0x00) flg = true;   if ((_minutes & 0x00) != 0x00) flg = true;   if ((_hours & 0x09) != 0x09) flg = true;   if ((_days & 0x01) != 0x01) flg = true;   if ((_weekdays & 0x01) != 0x01) flg = true;   if ((_months & 0x01) != 0x01) flg = true;   if ((_years & 0x01) != 0x01) flg = true;   return flg; } // 日付時刻の初期化 void Rtc8564AttachInterrupt::sync(uint8_t date_time[],uint8_t size) {   // 時計機能ストップ   Wire.beginTransmission(RTC8564_SLAVE_ADRS);   Wire.send(0x00); // Control1 アドレス   Wire.send(0x20); // 00 Control 1, STOP=1   Wire.endTransmission();      // 日付時刻設定   Wire.beginTransmission(RTC8564_SLAVE_ADRS);   Wire.send(0x02); // Seconds アドレス   Wire.send(date_time, size); // 日付時刻セット   Wire.endTransmission();      // 時計機能スタート   Wire.beginTransmission(RTC8564_SLAVE_ADRS);   Wire.send(0x00); // Control1 アドレス   Wire.send(0x00); // 00 Control 1, STOP=0   Wire.endTransmission(); } // 定周期割り込みタイマの初期化 // param //  mode: 割り込み周期モード選択フラグ / 0: 1秒(1Hz)周期, 1: 1分(60Hz)周期 //  term: 割り込み周期(0〜255)  mode:0 選択時は単位は「秒」、mode:1 選択時は単位は「分」 void Rtc8564AttachInterrupt::syncInterrupt(unsigned int mode, unsigned long term) {   // Control2レジスタ(定周期タイマの繰り返し・割り込み時の信号発信設定)   Wire.beginTransmission(RTC8564_SLAVE_ADRS);   Wire.send(0x01); // Control2 address   Wire.send(0x11); // TI/TP:1(繰り返し割り込みモード),TIE:1(定周期割り込み時、Lレベルの割り込み信号を発生させる)   Wire.endTransmission();      // 定周期タイマ設定   byte buf[2];   if (mode == 1) {     buf[0] = 0x83;  // TE:1(タイマON), TD1:TD0/1;1(カウントダウン周期を60Hz/1分に設定)   } else {     buf[0] = 0x82;  // TE:1(タイマON), TD1:TD0/1;0(カウントダウン周期を1Hz/1秒に設定)   }   buf[1] = term;    // タイマ周期を設定   Wire.beginTransmission(RTC8564_SLAVE_ADRS);   Wire.send(0x0E); // Timer Control address   Wire.send(buf, 2);   Wire.endTransmission(); } bool Rtc8564AttachInterrupt::available(void) {   uint8_t buff[7];      Wire.beginTransmission(RTC8564_SLAVE_ADRS);   Wire.send(0x02); // write reg addr 02   Wire.endTransmission();      Wire.requestFrom(RTC8564_SLAVE_ADRS, 7);      for(int i=0; i<7; i++){     if(Wire.available()){       buff[i] = Wire.receive();     }   }      _seconds  = buff[0] & 0x7f;   _minutes  = buff[1] & 0x7f;   _hours    = buff[2] & 0x3f;   _days     = buff[3] & 0x3f;   _weekdays = buff[4] & 0x07;   _months   = buff[5] & 0x1f;   _years    = buff[6];   _century  = (buff[5] & 0x80) ? 1 : 0;   return (buff[0] & 0x80 ? false : true); } bool Rtc8564AttachInterrupt::isvalid(void) {   Wire.beginTransmission(RTC8564_SLAVE_ADRS);   Wire.send(0x02); // write reg addr 02   Wire.endTransmission();   Wire.requestFrom(RTC8564_SLAVE_ADRS, 1);   if(Wire.available()){     uint8_t buff = Wire.receive();     return (buff & 0x80 ? false : true);   }   return false; } // 定周期割り込みタイマの継続確認 bool Rtc8564AttachInterrupt::isInterrupt(void) {   Wire.beginTransmission(RTC8564_SLAVE_ADRS);   Wire.send(0x01);   Wire.endTransmission();   Wire.requestFrom(RTC8564_SLAVE_ADRS, 1);   if(Wire.available()){     return ((Wire.receive() & 0x04) != 0x04 ? false : true);   }   return false; } uint8_t Rtc8564AttachInterrupt::seconds(uint8_t format) const {   if(format == Decimal) return BCD2Decimal(_seconds);   return _seconds; } uint8_t Rtc8564AttachInterrupt::minutes(uint8_t format) const {   if(format == Decimal) return BCD2Decimal(_minutes);   return _minutes; } uint8_t Rtc8564AttachInterrupt::hours(uint8_t format) const {   if(format == Decimal) return BCD2Decimal(_hours);   return _hours; } uint8_t Rtc8564AttachInterrupt::days(uint8_t format) const {   if(format == Decimal) return BCD2Decimal(_days);   return _days; } uint8_t Rtc8564AttachInterrupt::weekdays() const {   return _weekdays; } uint8_t Rtc8564AttachInterrupt::months(uint8_t format) const {   if(format == Decimal) return BCD2Decimal(_months);   return _months; } uint8_t Rtc8564AttachInterrupt::years(uint8_t format) const {   if(format == Decimal) return BCD2Decimal(_years);   return _years; } bool Rtc8564AttachInterrupt::century() const {   return _century; } // Preinstantiate Objects ////////////////////////////////////////////////////// Rtc8564AttachInterrupt Rtc = Rtc8564AttachInterrupt(); Rtc8564AttachInterrupt.zip をダウンロード & 解凍し、Arduino/libraries/Rtc8564AttachInterrupt として保存する。 追加したメソッドは以下。 メソッド名 処理内容  beginWithoutIsValid (void)  RTC日付時刻継続確認なしに日付時刻を初期化する。  initDatetime (uint8_t date_time[])  日付時刻のプロパティをセットする。  isInitDatetime (void)  日付時刻プロパティがセットされているか確認する。  syncInterrupt (unsigned int mode, unsigned long term)  定周期割り込みタイマの設定を初期化する。  isInterrupt (void)  定周期割り込みタイマがセットされているかの確認をする。 次回は、RTC8564についてもうちょっと詳しく書いてみる。