.. include:: /index.rst
   :start-after: start_hello_message
   :end-before: end_hello_message

.. _py_thermistor:

2.10 Thermistor
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**Einführung**

Ein Thermistor ist ein temperaturabhängiger Widerstand, der häufig in Anwendungen zur Temperaturmessung und -regelung eingesetzt wird. Im Gegensatz zu Fotowiderständen, die Licht erkennen, reagieren Thermistoren auf Temperaturänderungen, indem sich ihr Widerstand verändert. Dadurch eignen sie sich ideal für Projekte wie Hitzealarme, Thermostate und Temperaturüberwachungssysteme. In diesem Projekt verwenden wir einen Thermistor, um die Umgebungstemperatur zu messen und sowohl in Celsius als auch in Fahrenheit anzuzeigen.

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**Benötigte Komponenten**

Für dieses Projekt werden die folgenden Komponenten benötigt:

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - KOMPONENTENBESCHREIBUNG
        - KAUFLINK

    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_thermistor`
        - |link_thermistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_fusion_hat`
        - \- 
    *   - Raspberry Pi
        - \-

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**Schaltplan**

Die folgenden Schaltpläne zeigen, wie der Thermistor mit dem Fusion HAT+ verbunden wird:

.. image:: img/fzz/2.2.2_sch.png

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**Verdrahtungsdiagramm**

Bauen Sie die Schaltung wie im folgenden Verdrahtungsdiagramm gezeigt auf:

.. image:: img/fzz/2.2.2_bb.png
   :width: 80%
   :align: center

Stellen Sie sicher, dass:

* der Thermistor korrekt mit dem Fusion HAT+ verbunden ist.
* Strom- und Masseverbindungen sicher angeschlossen sind.
* alle Verdrahtungen mit dem Diagramm übereinstimmen, um eine korrekte Funktion zu gewährleisten.

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**Beispiel ausführen**

Der gesamte Beispielcode, der in diesem Tutorial verwendet wird, befindet sich im Verzeichnis ``ai-lab-kit``.  
Führen Sie das Beispiel mit den folgenden Schritten aus:

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: shell
   
   cd ~/ai-lab-kit/python/
   sudo python3 2.10_Thermistor.py 

Dieses Python-Skript liest ein analoges Signal von einem Thermistor über den Fusion HAT+ und berechnet die entsprechende Temperatur. Beim Ausführen passiert Folgendes:

1. Das Skript liest kontinuierlich die Spannung.
2. Es berechnet den Thermistor-Widerstand (``Rt``) und bestimmt daraus die Temperatur in Kelvin, Celsius und Fahrenheit.
3. Die berechneten Temperaturen werden in der Konsole sowohl in Celsius als auch in Fahrenheit ausgegeben, auf zwei Dezimalstellen formatiert, als ``Celsius: <value> C  Fahrenheit: <value> F``.
4. Der Vorgang wiederholt sich alle 0,2 Sekunden, bis das Skript mit ``Ctrl+C`` unterbrochen wird.

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**Code**

Unten befindet sich der Python-Code, der in diesem Projekt verwendet wird:


.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: python

   #!/usr/bin/env python3
   # -*- coding: utf-8 -*-

   from fusion_hat.adc import ADC
   import time
   import math

   thermistor = ADC('A3')

   # Run the process in a try-except block
   try:
      while True:
         # Read the voltage from the sensor
         Vr = thermistor.read_voltage()
         # Calculate the resistance of the thermistor
         if 3.3 - Vr < 0.1:
               print("Please check the sensor")
               continue
         else:
               Rt = 10000 * Vr / (3.3 - Vr)
               # Calculate the temperature in Kelvin
               temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15 + 25)))
               # Convert Kelvin to Celsius
               Cel = temp - 273.15
               # Convert Celsius to Fahrenheit
               Fah = Cel * 1.8 + 32
               # Print the temperature in both Celsius and Fahrenheit
               print('Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F' % (Cel, Fah))
               # Wait for 0.2 seconds before the next read
               time.sleep(0.2)

   # Handle KeyboardInterrupt for graceful termination
   except KeyboardInterrupt:
      pass

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**Den Code verstehen**

1. **Importe:**

   .. code-block:: python

      from fusion_hat.adc import ADC
      import time
      import math


   Dieses Skript importiert die notwendigen Module: ``ADC`` aus der ``fusion_hat``-Bibliothek zum Lesen der Spannung, ``time`` für die Sleep-Funktion und ``math`` für mathematische Berechnungen.


2. **Initialisierung:**

   .. code-block:: python

      thermistor = ADC('A3')

   Initialisiert das ADC-Objekt am Pin A3.

3. **Datenverarbeitung:**

   .. code-block:: python

      while True:
         # Spannung vom Sensor lesen
         Vr = thermistor.read_voltage()
         # Widerstand des Thermistors berechnen
         if 3.3 - Vr < 0.1:
            print("Please check the sensor")
            continue
         else:
            Rt = 10000 * Vr / (3.3 - Vr)
            temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15 + 25))) # Temperatur in Kelvin berechnen
            Cel = temp - 273.15 # Kelvin in Celsius umrechnen
            Fah = Cel * 1.8 + 32 # Celsius in Fahrenheit umrechnen

   - Liest die Spannung vom Thermistor.
   - Berechnet den Widerstand des Thermistors.
   - Verwendet die Steinhart-Hart-Gleichung zur Berechnung der Temperatur in Kelvin.
   - Wandelt Kelvin in Celsius und Fahrenheit um.


4. **Ausgabe:**

   .. code-block:: python

      print('Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F' % (Cel, Fah))
      time.sleep(0.2)

   Die berechnete Temperatur wird sowohl in Celsius als auch in Fahrenheit auf dem Bildschirm angezeigt. Eine kurze Verzögerung sorgt dafür, dass sich die Messwerte stabilisieren und verhindert eine übermäßige CPU-Auslastung.



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**Fehlerbehebung**


1. **Temperaturwerte sind falsch oder instabil**:

   - **Ursache**: Falsche Thermistorparameter oder ein verrauschtes Eingangssignal.
   - **Lösung**:

     - Stellen Sie sicher, dass der Widerstand des Thermistors bei 25 °C (``10000`` in diesem Skript) und der ``3950``-B-Wert zu Ihrem Thermistormodell passen.
     - Fügen Sie einen Kondensator oder eine Software-Filterung hinzu, um Signalrauschen zu reduzieren.

2. **Divide-by-Zero-Fehler**:

   - **Ursache**: Die Spannung ``Vr`` liegt zu nahe bei 0 oder 3,3 V, wodurch bei der Widerstandsberechnung eine Division durch Null entsteht.
   - **Lösung**: Stellen Sie sicher, dass die ADC-Eingangsspannung im Bereich von 0–3,3 V liegt, und prüfen Sie die Verbindungen auf Kurzschlüsse oder Unterbrechungen.

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**Erweiterungsideen**

1. **Temperatur auf einem LCD- oder OLED-Display anzeigen**: Verwenden Sie ein LCD- oder OLED-Display, um die Temperaturwerte dynamisch anzuzeigen.

2. **Datenprotokollierung**: Speichern Sie die Temperaturmesswerte zur Analyse in einer Datei:
     
   .. code-block:: python

      with open("temperature_log.txt", "a") as log_file:
         log_file.write(f"Celsius: {Cel:.2f}, Fahrenheit: {Fah:.2f}\n")

3. **Schwellwertbasierte Warnungen**: Lösen Sie eine Warnung aus, wenn die Temperatur einen festgelegten Schwellenwert überschreitet:
     
   .. code-block:: python

      if Cel > 30:
         print("Warning: High temperature!")

4. **LED- oder Buzzer-Feedback**: Geben Sie visuelles oder akustisches Feedback abhängig von der Temperatur:
     
   .. code-block:: python

      from fusion_hat import Pin
      led = Pin(27.Pin.OUT)
      if Cel > 30:
            led.on()
      else:
            led.off()


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**Fazit**

Dieses Experiment zeigt, wie ein Thermistor zusammen mit dem Fusion HAT+ verwendet werden kann, um die Umgebungstemperatur präzise zu messen. Durch das Verständnis der Analog-Digital-Umwandlung und der Steinhart-Hart-Gleichung können Sie fortgeschrittene Systeme zur Temperaturüberwachung und -steuerung für verschiedene Anwendungen entwickeln.