Arduino Uno, ESP32 – przesyłanie pliku tekstowego z PC na kartę SD przez port szeregowy

Pytanie

przesłanie pliku tekstowego z komputera do arduino i do karty SD

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Najpewniejszą metodą przesłania pliku tekstowego z komputera do Arduino jest wysłanie jego zawartości przez port szeregowy (USB-COM).
• Arduino odbiera strumień bajtów i zapisuje je do pliku na karcie SD przy użyciu biblioteki SD.h lub nowocześniejszej SdFat.
  Kluczowe kroki:

1. Aplikacja na PC otwiera plik, nawiązuje łączność szeregową i wysyła dane w małych porcjach.
2. Szkic Arduino inicjalizuje SPI i kartę SD, reaguje na komendę START, odbiera dane i po komendzie END zamyka plik.
3. Po stronie PC można użyć gotowego terminala z funkcją “Send file” (TeraTerm, RealTerm) lub własny skrypt (Python, C#, Delphi).

Szczegółowa analiza problemu

1. Architektura rozwiązania

PC (nadajnik) ⇄ USB/COM ⇄ Arduino + czytnik SD (odbiornik)

• Medium: UART-USB (typowo 115 200 baud; testy pokazują, że 230 400–921 600 baud działają z SdFat na AVR/ESP32).
• Protokół: tekstowe znaczniki START:nazwa.txt, blok danych (<=64 B), END, opcjonalnie CRC32.

2. Sprzęt

3. Kod – strona Arduino (AVR)

#include <SPI.h>
#include <SD.h>
const byte CS = 10;          // Chip-Select SD
File f;
bool rx = false;
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  if (!SD.begin(CS))  { Serial.println("ERR:SD"); while (1); }
  Serial.println("READY");
}
void loop() {
  if (Serial.available()) {
    String s = Serial.readStringUntil('\n'); s.trim();
    if (s.startsWith("START:")) {
      if (f) f.close();
      f = SD.open(s.substring(6), FILE_WRITE);
      if (f) { rx = true; Serial.println("OK"); } else Serial.println("ERR:OPEN");
    } 
    else if (s == "END") {
      if (rx) { f.close(); rx = false; Serial.println("OK:EOF"); }
    } 
    else if (rx) { f.println(s); Serial.println("K"); }      // echa sterujące
  }
}

• Bufor można przyspieszyć (f.write(buf, len)) dla bloków 64–128 B.
• Dla plików > 4 MB warto przejść na SdFat i “pre-allocate()”.

4. Kod – strona PC (Python 3.x)

import serial, time, zlib, sys
PORT='COM3'; BAUD=115200
FILE='plik.txt'; TARGET='dane.txt'
ser = serial.Serial(PORT, BAUD, timeout=2); time.sleep(2)
def expect(t):                                   # proste oczekiwanie
    if ser.readline().decode().strip()!=t: sys.exit("Rx mismatch")
ser.write(f"START:{TARGET}\n".encode()); expect("OK")
with open(FILE,'r',encoding='utf-8') as fp:
    for ln in fp:
        ser.write((ln.rstrip('\n')+'\n').encode())
        expect("K")
ser.write(b"END\n"); expect("OK:EOF")
ser.close(); print("Transfer OK")

W Delphi/Lazarus analogicznie: TComPort.WriteStr, OnRxChar.

5. Rozszerzenia i warianty

• ESP32/ESP8266: HTTP POST /upload → SD.open() – ~1 MB/s przy Wi-Fi N.
• X/Y/ZMODEM: gotowe “Send file” z terminala; minimalny kod na Arduino (xm_receive()).
• Połączenie bezprzewodowe BLE lub LoRaWAN – tylko dla małych plików (kilka KB).

6. Diagnostyka

• Brak READY → błąd zasilania SD, sprawdzić CS & poziomy logiczne.
• Plik uszkodzony / brak CR → nie domykasz pliku (f.close), zbyt szybkie odłączenie zasilania.
• ERR:OPEN przy dużych plikach → karta w trybie tylko do odczytu lub brak miejsca.

Aktualne informacje i trendy

• Biblioteka SdFat v2.x (Bill Greiman) obsługuje UHS-I i taktowanie SPI 50 MHz na ESP32-S3, skracając czas zapisu o >80 %.
• Coraz częściej stosuje się TinyUSB MSC na RP2040 – mikro-SD jest widoczna jako dysk USB-MSC, co eliminuje potrzebę własnego transferu.
• W projektach IoT popularne jest OTA File-Push (MQTT z payloadem binarnym + SPIFFS/SD).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Arduino pełni rolę „serwera plików” o bardzo małej pamięci. Dlatego zamiast buforować cały plik przesyła się go strumieniowo – podobnie jak woda płynie rurą, a nie jest wlewana najpierw do wiadra.
• Suma kontrolna (CRC32) dodana po END pozwala zweryfikować integralność:
  \[
  CRC{PC} = \text{zlib.crc32(bytes)};\quad CRC{Arduino} = f.crc32()
  \]
• Użycie Serial.flush() po stronie PC (Python ser.flush()) wymusza wysłanie bufora przed kolejnymi operacjami.

Aspekty etyczne i prawne

• Upewnij się, że przesyłane pliki nie naruszają praw autorskich.
• Zachowaj poufność – brak szyfrowania oznacza, że każdy mający fizyczny dostęp do linii RX może podsłuchać treść. Dla danych wrażliwych użyj AES-CBC przed wysyłką.

Praktyczne wskazówki

• Rozpocznij od małego pliku (kilka wierszy), obserwuj log w monitorze szeregowym.
• Dodaj diodę LED sygnalizującą stan RX (miganie przy zapisie) – pozwala szybko zauważyć zawieszenie.
• Przy dużych plikach (>512 KB) zwiększ prędkość do 250–500 kBd lub przejdź na ESP32 Wi-Fi.
• Po zapisie odmontuj kartę (przytrzymaj przycisk reset) przed wyjęciem – zapobiega utracie cache FAT.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• AVR UNO ma tylko 2 kB SRAM – brak miejsca na duże bufory; stosuj zapis bezpośredni lub blok 64 B.
• Karty SD klasy 10 mogą wprowadzać długie (>200 ms) stalle podczas zapisu – w krytycznych zastosowaniach użyj industrial SLC.
• Alternatywa: bezpośrednie włożenie karty SD do czytnika PC; metoda szeregowa jest przydatna, gdy karta pozostaje zamknięta w urządzeniu.

Sugestie dalszych badań

• Implementacja YMODEM na Arduino (ymodem_receive.ino) – większe okno transmisji i CRC16.
• Integracja szyfrowania end-to-end (ArduinoCrypto + Python PyCryptodome).
• Test wydajności SdFat vs SD.h na różnych kartach i magistralach SPI-HW vs SPI-DMA (ESP32-S3).

Krótkie podsumowanie

Przesłanie pliku na kartę SD w Arduino sprowadza się do:

1. Zbudowania prostego protokołu tekstowego (START/DATA/END).
2. Wysłania zawartości pliku przez port szeregowy z aplikacji PC.
3. Strumieniowego zapisu w szkicu Arduino przy użyciu biblioteki SD/SdFat.
   Metoda jest niezawodna dla plików od kilku bajtów do kilku megabajtów, o ile zadbamy o handshake, małe bufory i poprawne zamykanie pliku. W zastosowaniach wymagających większej szybkości warto przejść na ESP32 i HTTP/FTP upload.