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.. _3.1.8_c_pi5_mcp3008:

3.1.8 Überhitzungsmonitor (MCP3008)
===================================

.. note::

   .. image:: ../img/mcp3008_and_adc0834.jpg
      :width: 25%
      :align: left
    

   Je nach deiner Kit-Version überprüfe bitte, ob du **ADC0834** oder **MCP3008** hast, und fahre mit dem entsprechenden Abschnitt fort.

Einführung
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Vielleicht möchtest du ein Überhitzungsüberwachungsgerät bauen, das in verschiedenen Situationen einsetzbar ist – z. B. in einer Fabrik, wenn man einen Alarm und ein automatisches rechtzeitiges Abschalten der Maschine bei Überhitzung einer Schaltung benötigt.  
In diesem Projekt verwenden wir einen Thermistor, einen Joystick, einen Summer, eine LED und ein LCD, um ein intelligentes Temperaturüberwachungsgerät zu bauen, dessen Schwellenwert einstellbar ist.

Benötigte Komponenten
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In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

.. image:: ../img/list2_Overheat_Monitor.png
    :align: center

Schaltplan
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============ ======== ======== ===
T-Board-Name Physical WiringPi BCM
SPICE0       Pin 24   10       8
SPIMOSI      Pin 19   12       10
SPIMISO      Pin 21   13       9
SPISCLK      Pin 23   14       11
GPIO22       Pin 15   3        22
GPIO23       Pin 16   4        23
GPIO24       Pin 18   5        24
SDA1         Pin 3              
SCL1         Pin 5              
============ ======== ======== ===

.. image:: ../img/Schematic_three_one8.png
   :align: center

Experimentelle Schritte
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**Schritt 1:** Baue die Schaltung auf.

.. image:: ../img/july24_3.1.8_overheat_monitor_mcp3008.png

**Schritt 2:** Gehe in den Code-Ordner.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/3.1.8-2/

**Schritt 3:** Kompiliere den Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    gcc 3.1.8_OverheatMonitor.c -lm -lwiringPi

**Schritt 4:** Führe die erstellte Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo ./a.out

Während der Code läuft, werden die aktuelle Temperatur und der Hochtemperatur-Schwellenwert **40** auf dem **I2C LCD1602** angezeigt.  
Wenn die aktuelle Temperatur höher als der Schwellenwert ist, werden Summer und LED aktiviert, um dich zu warnen.

Der **Joystick** dient hier zur Einstellung des Hochtemperatur-Schwellenwerts.  
Durch Kippen des **Joysticks** entlang der X- und Y-Achse kannst du den aktuellen Schwellenwert erhöhen oder verringern.  
Durch erneutes Drücken des **Joysticks** wird der Schwellenwert auf den Anfangswert zurückgesetzt.

.. note::

    * Wenn die Fehlermeldung ``wiringPi.h: No such file or directory`` erscheint, siehe :ref:`install_wiringpi`.
    * Wenn die Fehlermeldung ``Unable to open I2C device: No such file or directory`` erscheint, musst du I2C aktivieren (siehe :ref:`i2c_config`) und die Verkabelung überprüfen.
    * Wenn Code und Verkabelung korrekt sind, das LCD aber trotzdem nichts anzeigt, kannst du das Potentiometer auf der Rückseite drehen, um den Kontrast zu erhöhen.

Code-Erklärung
--------------

.. code-block:: c

    int read_ADC(int channel) {
        if (channel < 0 || channel > 7) return -1;
        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;
        buffer[2] = 0;
        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);
        return ((buffer[1] & 0x03) << 8) | buffer[2];
    }

Liest einen 10-Bit-Analogwert vom MCP3008-Kanal (CH0–CH7) über SPI und gibt einen ganzzahligen Wert von 0 bis 1023 zurück.

.. code-block:: c

    int get_joystick_value() {
        int x = read_ADC(1);
        int y = read_ADC(2);

        if (x > 900)      return 1;   // Rechts
        else if (x < 100) return -1;  // Links
        else if (y > 900) return -10; // Hoch
        else if (y < 100) return 10;  // Runter
        else              return 0;
    }

Liest die analogen X- und Y-Werte des Joysticks von CH1 und CH2.  
Gibt eine Ganzzahl zurück, die die Bewegungsrichtung anhand von Schwellwerten angibt.

.. code-block:: c

    void upper_tem_setting() {
        write_lcd(0,0, "Upper Adjust:");

        int change = get_joystick_value();

        if (change != 0 && change != lastJoystickChange) {
            upperTem += change;
            lastJoystickChange = change;
        }
        else if (change == 0) {
            lastJoystickChange = 0;
        }

        char str[6];
        snprintf(str, sizeof(str), "%d", upperTem);
        write_lcd(0,1, str);
        write_lcd(strlen(str),1, "            ");

        delay(100);
    }

Ermöglicht dem Benutzer, den Hochtemperatur-Schwellenwert mit dem Joystick einzustellen.  
Verhindert wiederholte Änderungen, wenn die Richtung gehalten wird.

.. code-block:: c

    double temperature() {
        int raw = read_ADC(0);
        double Vr = 3.3 * ((double)raw / 1023.0);
        double Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr);
        double tempK = 1.0 / ((log(Rt/10000.0)/3950.0) + 1.0/(273.15+25.0));
        return tempK - 273.15;
    }

Liest den analogen Wert von CH0 (verbunden mit dem Thermistor).  
Verwendet die Steinhart–Hart-Gleichung, um die Temperatur in Grad Celsius zu berechnen.

.. code-block:: c

    void monitoring_temp() {
        char str[6];
        double cel = temperature();
        snprintf(str, sizeof(str), "%.2f", cel);
        write_lcd(0,0, "Temp: ");
        write_lcd(6,0, str);

        snprintf(str, sizeof(str), "%d", upperTem);
        write_lcd(0,1, "Upper: ");
        write_lcd(7,1, str);
        delay(100);

        if (cel >= upperTem) {
            digitalWrite(buzzPin, HIGH);
            digitalWrite(LedPin,  HIGH);
        } else {
            digitalWrite(buzzPin, LOW);
            digitalWrite(LedPin,  LOW);
        }
    }

Liest kontinuierlich die aktuelle Temperatur und zeigt sie zusammen mit dem Schwellenwert an.  
Wenn die Temperatur den Schwellenwert überschreitet, werden Summer und LED aktiviert.

.. code-block:: c

    void setup_all() {
        fd = wiringPiI2CSetup(LCDAddr);
        lcd_init();
        if (wiringPiSetup() == -1 || wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("Setup failed!\n");
            return;
        }
        pinMode(Joy_BtnPin, INPUT);
        pullUpDnControl(Joy_BtnPin, PUD_UP);
        pinMode(buzzPin, OUTPUT);
        pinMode(LedPin,  OUTPUT);
    }

Initialisiert LCD, SPI und die GPIO-Pins für Joystick-Taste, Summer und LED.  
Setzt außerdem einen Pull-up-Widerstand für die Joystick-Taste.

.. code-block:: c

    int main(void) {
        setup_all();

        int lastBtnState = HIGH;
        int stage = 0;

        while (1) {
            int curBtn = digitalRead(Joy_BtnPin);
            if (curBtn == HIGH && lastBtnState == LOW) {
                stage = (stage + 1) % 2;
                lastJoystickChange = 0;
                delay(100);
                lcd_clear();
            }
            lastBtnState = curBtn;

            if (stage == 1)
                upper_tem_setting();
            else
                monitoring_temp();
        }

        return 0;
    }

Die Hauptschleife wechselt zwischen zwei Modi:

1. Temperaturüberwachung.  
2. Einstellung des oberen Grenzwerts über den Joystick.

Der Moduswechsel erfolgt, wenn die Joystick-Taste losgelassen wird (Flanken-Trigger).