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

.. _py_potentiometer:

2.8 Potentiometer  
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**Einführung**

Die ADC-Funktion (Analog-Digital-Wandler) ist entscheidend, um analoge Signale in digitale Signale umzuwandeln. In diesem Experiment verwenden wir den Fusion HAT+, um diese Umwandlung mithilfe eines Potentiometers durchzuführen. Das Potentiometer verändert die Spannung – eine physikalische Größe – die anschließend vom ADC digitalisiert wird. Dieses Experiment zeigt außerdem, wie das Potentiometer zur Steuerung der Helligkeit einer LED verwendet werden kann.

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**Benötigte Komponenten**

Für dieses Projekt werden die folgenden Komponenten benötigt:

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

    *   - COMPONENT INTRODUCTION
        - PURCHASE LINK

    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_led`
        - |link_led_buy|
    *   - :ref:`cpn_potentiometer`
        - |link_potentiometer_buy|
    *   - :ref:`cpn_fusion_hat`
        - \- 
    *   - Raspberry Pi
        - \-

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**Schaltplan**

Unten sind die Schaltpläne für dieses Projekt dargestellt:

.. image:: img/fzz/2.1.7_sch.png
   :width: 80%
   :align: center

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**Verdrahtungsdiagramm**

Bauen Sie die Schaltung wie in der folgenden Abbildung gezeigt auf:

.. image:: img/fzz/2.1.7_bb.png
   :width: 80%
   :align: center

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**Beispiel ausführen**

Der gesamte Beispielcode dieses Tutorials 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 2.8_Potentiometer.py

Dieses Python-Skript verwendet den Fusion HAT+, um ein analoges Eingangssignal zu lesen und damit die Helligkeit einer PWM-LED zu steuern. Beim Ausführen passiert Folgendes:

1. Der Fusion HAT+ liest kontinuierlich ein analoges Signal und wandelt es in einen digitalen Wert zwischen 0 und 4095 um.
2. Dieser Wert wird auf einen Bereich zwischen 0 und 100 abgebildet, der den Helligkeitsprozentsatz der LED darstellt.
3. Die Helligkeit der PWM-LED wird dynamisch anhand dieses Wertes angepasst.
4. Der rohe ADC-Wert sowie die Spannung werden in Echtzeit im Terminal ausgegeben.
5. Das Programm läuft unbegrenzt weiter, bis es mit ``Ctrl+C`` beendet wird. Anschließend wird die LED ausgeschaltet.

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**Code**

Unten befindet sich der Code für dieses Experiment:



.. raw:: html

   <run></run>


.. code-block:: python

   #!/usr/bin/env python3

   from fusion_hat.adc import ADC
   from fusion_hat.pwm import PWM
   import time

   # Set up the potentiometer
   pot = ADC(0)

   # Initialize a PWM LED
   led = PWM(0)

   def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):

      return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

   try:
      while True:
         # Get the current reading from the ADC port
         result = pot.read()
         voltage = pot.read_voltage()
         print('result = %d voltage = %.2f' %(result,voltage))

         # Map the ADC value to a range suitable for setting LED brightness
         value = MAP(result, 0, 4095, 0, 100)

         # Set the LED brightness
         led.pulse_width_percent(value)

         # Wait for 1 seconds before reading again
         time.sleep(0.2)

   # Graceful exit when 'Ctrl+C' is pressed
   except KeyboardInterrupt: 
      led.pulse_width_percent(0)  # Turn off the LED




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**Code verstehen**

1. **Importe:**

   .. code-block:: python

      from fusion_hat.adc import ADC
      from fusion_hat.pwm import PWM
      import time

   Das Skript verwendet ``fusion_hat`` zur Steuerung der PWM-LED und zur Analog-Digital-Umwandlung, während ``time`` für Zeitverzögerungen genutzt wird.

2. **Initialisierung:**

   .. code-block:: python

      # Potentiometer einrichten
      pot = ADC(0)

      # PWM-LED initialisieren
      led = PWM(0)

   Das Skript initialisiert eine PWM-LED an Pin ``P0`` und einen ADC an Pin ``A0``.

3. **MAP-Funktion:**

   .. code-block:: python

       def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
           return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

   Die Funktion ``MAP`` wandelt Werte von einem Bereich in einen anderen um. Dies ist notwendig, um ADC-Messwerte auf die LED-Helligkeit abzubilden.

4. **Hauptschleife:**

   .. code-block:: python

      try:
         while True:
            # Aktuellen Wert vom ADC-Port lesen
            result = pot.read()
            voltage = pot.read_voltage()
            print('result = %d voltage = %.2f' %(result,voltage))

            # ADC-Wert auf einen Bereich für die LED-Helligkeit abbilden
            value = MAP(result, 0, 4095, 0, 100)

            # LED-Helligkeit einstellen
            led.pulse_width_percent(value)

            # 0.2 Sekunden warten, bevor erneut gelesen wird
            time.sleep(0.2)

      # Sauberes Beenden bei 'Ctrl+C'
      except KeyboardInterrupt: 
         led.pulse_width_percent(0)  # LED ausschalten

   - Liest kontinuierlich ADC-Werte.
   - Wandelt ADC-Messwerte (0–4095) in Helligkeitswerte (0–100) um.
   - Passt die LED-Helligkeit entsprechend an und wartet 0.2 Sekunden vor der nächsten Messung.

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**Fehlerbehebung**

1. **LED reagiert nicht**

   - **Ursache**: Falsche Verkabelung oder GPIO-Pin-Konfiguration.  
   - **Lösung**: Stellen Sie sicher, dass die LED mit PWM 0 und einem geeigneten Vorwiderstand verbunden ist.

2. **ADC-Werte sind immer Null**

   - **Ursache**: Falsche Verdrahtung des Sensors.  
   - **Lösung**: Überprüfen Sie die Sensorverbindungen und stellen Sie sicher, dass der Eingangssensor korrekt funktioniert.

3. **Fehler bei der Werteabbildung**

   - **Ursache**: Falsche Parameter in der ``MAP()``-Funktion.  
   - **Lösung**: Stellen Sie sicher, dass der Eingangsbereich (``in_min``, ``in_max``) korrekt auf 0–4095 gesetzt ist und der Ausgangsbereich (``out_min``, ``out_max``) für die LED-Helligkeitssteuerung (0–100) geeignet ist.

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**Erweiterungsideen**

1. **Schwellwertbasierte Steuerung**

   Fügen Sie eine Logik hinzu, die die LED basierend auf bestimmten ADC-Schwellenwerten ein- oder ausschaltet:

   .. code-block:: python

      if result > 2048:
         led.on()
      else:
         led.off()

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**Fazit**

Dieses Experiment zeigt, wie der Fusion HAT+ zusammen mit einem Potentiometer verwendet werden kann, um die Helligkeit einer LED zu steuern. Durch das Verständnis der Analog-Digital-Umwandlung und der PWM-Steuerung können Sie dieses Wissen erweitern und komplexere interaktive Systeme entwickeln.