Метки времени: RTC плюс SD в одном логе

Два логгера — в подвале и на чердаке — писали температуру всю зиму. В феврале я решил свести оба файла в одну таблицу и сравнить ночи между собой, и тут же упёрся в стену: в первой колонке у обоих были секунды с момента старта. sec=3600 есть и у подвала, и у чердака — и это два разных часа двух разных суток, у которых нет ни дня, ни месяца. Сшить их нечем: millis() не знает ни даты, ни времени суток, он просто считает с момента включения. Файлов было по девять-десять тысяч строк, руками их не разнесёшь: после каждого отключения счётчик обнулялся, и в одном файле соседствовали полдюжины sec=0. Зиму данных я слил в один график с подписью «примерно январь-февраль».

Лечится штампом из часов реального времени, и базовый приём я уже показывал в уроке про логгер со штампами: строка вида YYYY-MM-DD HH:MM:SS, собранная с ведущими нулями. Здесь тот же штамп встанет в CSV-лог SD-карты, но разговор пойдёт о том, о чём тот урок молчал: как часы DS3231 и карта живут в одном скетче, хотя сидят на разных шинах; как синхронизировать часы перед стартом лога; и когда вместо человекочитаемой даты писать unixtime. Штамп встанет в первую колонку, и потому она всегда заполнена: запись без времени в этом скетче просто не случится.

Ко второй половине задания меня подвёл собственный скетч. Я вызывал rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__))) при каждом включении — «чтобы точно не сбилось». Через месяц в логе обнаружились три недели одного и того же дня: каждый сброс питания откатывал часы к моменту компиляции, и записи гордо ставили в файл одну дату. Синхронизация — процедура с условиями, а не строка, которую пишут и забывают.

Карта разговаривает по SPI: MOSI на D11, MISO на D12, такты на D13, выбор кристалла на D10 — разводка разобрана в уроке про SPI-распиновку. DS3231 сидит на I2C: SDA на A4, SCL на A5, адрес 0x68 — урок про DS3231 подключал его к голой плате. Шины разные, протоколы разные, библиотеки друг о друге не знают — конфликтовать нечему, и это не компромисс, а нормальная архитектура: в моём метеологгере на той же I2C жили ещё и дисплей с адресом 0x27.

Питание у обоих модулей общее — вот где нужна осторожность. Часы тянут доли миллиампера, а карта в момент записи хватает импульсы до 150 мА, и просадка в этот момент бьёт по всем, кто делит линию: часы на провале могут сбиться или начать врать. Конденсатор у модуля карты и короткие провода — тема урока про устройство модуля. В скетче оба модуля будятся в setup(): Wire.begin() происходит внутри rtc.begin(), SPI — внутри SD.begin(), руками шины запускать не нужно. Порядок я держу такой: сначала часы и их синхронизация, потом карта — логгер не должен начать писать, пока не уверен во времени.

Попутный бонус DS3231 — собственный термометр: rtc.getTemperature() возвращает температуру кристалла с точностью порядка трёх градусов. Для климата это не прибор, зато бесплатная колонка «сколько было внутри корпуса» — по ней видно, не перегрелась ли плата. Подробно про этот термометр я писал в уроке про термометр DS3231; в скетче ниже он стоит на месте датчика только для примера — в вашем логгере там будет DHT22, DS18B20 или любой другой сенсор, а чтение семи байт даты по шине на 100 кГц не блокирует SPI: между rtc.now() и open файла нет ни ожиданий, ни конфликтов.

Перед первой записью часы обязаны знать правильное время, и проверка тут двухступенчатая. Первая ступень — rtc.lostPower(): микросхема сама ведёт флаг «питание пропадало», и пока он поднят, показаниям верить нельзя. Вторая — rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__))): ставим время компиляции скетча, единственное «сейчас», которое плате известно. После установки строка adjust из рабочего кода уходит — иначе каждый запуск будет откатывать часы к моменту сборки, и мой месяц одинаковых дат вырос именно отсюда. Если батарейка CR2032 живая, часы после первого adjust идут годами сами — ресурс элемента и его ловушки разобраны в уроке про CR2032. Чтение времени само по себе копеечное: по шине на 100 кГц передача семи байт даты занимает доли миллисекунды, поэтому штамп можно брать перед каждой записью — на фоне 10-50 мс на открытие файла он незаметен.

В Serial скетч печатает unix= — и это вторая форма штампа, которую полезно держать в голове. now.unixtime() возвращает секунды с 1970 года: один long вместо девятнадцати символов, из которого даты вычитаются, сортируются и сравниваются обычной арифметикой — сколько секунд прошло между записями, какой день недели, что случилось раньше. Саму эпоху и арифметику дат я разобрал в уроке про unixtime. Человекочитаемый штамп стоит дороже — девятнадцать символов на строку — зато открывается блокнотом и Excel без единого преобразования, а сортируется как текст, потому что поля идут от крупного к мелкому. Против пары дата-время unixtime выигрывает ещё и в хранении: четыре байта против девятнадцати, а переполнение тридцатидвухбитного счётчика в 2038 году — для дачного логгера не аргумент, для чужих парсеров — аргумент.

Моё мнение с условием: файлы, которые я потом кормлю скрипту, получают unixtime — один столбец, ноль парсинга. Файлы, которые смотрю глазами, — ISO-штамп. Когда лог уходит и заказчику, и мне, пишу оба столбца: тридцать лишних байт на строку при минутном интервале — это 43 КБ в месяц, дешевле, чем объяснять по телефону, что за число 1762242423.

Пара слов про CSV и пробел внутри штампа. Разделитель формата — запятая, а пробел в значении разрешён, поэтому 2025-11-04 09:07:03 не требует кавычек и не ломает столбцы; в кавычки значение прячут только когда в нём встречается запятая. Считаем объём: девятнадцать символов штампа, запятая, температура с одним знаком — около 27 байт с переводом строки. Минутный интервал — 525 600 строк в год и порядка 14 МБ: карту на 8 ГБ такой файл не выберет и за пятьсот лет, зато первой строкой идёт шапка stamp,temp, и Excel раскладывает столбцы без приглашения в мастер импорта.

SD в движке не эмулируется — вместо записи в файл скетч печатает строки лога в Serial с пометкой [SD]: на настоящей плате каждая из них ушла бы в log.csv как есть. А вот часы DS3231 эмулируются честно: rtc.now() возвращает живое время, и штамп в строке тикает по-настоящему. Смотрите на пару рядом: ISO-штамп для глаз и unixtime для машины — это одно и то же мгновение в двух форматах, ровно та пара, которую я пишу в файлы, уходящие и людям, и скриптам. В setup симуляторные часы проходят ту же процедуру, что и настоящие: проверка lostPower и, если флаг поднят, adjust временем сборки. Сравните два запуска подряд: штамп продолжается с того места, где остановился в прошлый раз, — часы не сбрасываются вместе со скетчем, в этом и есть весь смысл. Поднимите скорость кнопкой x30 и посмотрите, как за минуту реального времени пролетает полчаса лога. Печать getTemperature в конце строки — попутный термометр из текста выше: посмотрите, как он стоит в колонке данных после запятой.