.. note::

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.. _2.2.1_py_pi5_mcp3008:

2.2.1 Fotowiderstand (MCP3008)
===============================

.. note::

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

   Je nach Kit-Version bitte prüfen, ob **ADC0834** oder **MCP3008** enthalten ist, und mit dem entsprechenden Abschnitt fortfahren.

Einführung
----------

Ein Fotowiderstand ist ein häufig verwendetes Bauteil zur Erfassung der Umgebungslichtintensität.  
Er hilft dem Controller, Tag und Nacht zu erkennen, und ermöglicht Lichtsteuerungsfunktionen wie z. B. eine Nachtlampe.  
Dieses Projekt ist dem Potentiometer sehr ähnlich – auch hier wird die Spannung verändert, allerdings zur Lichtmessung.

Benötigte Komponenten
----------------------

In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten. 

.. image:: ../python_pi5/img/list2_2.2.1_photoresistor.png

Schaltplan
----------

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

    *   - T-Board-Name
        - Physical
        - WiringPi
        - BCM

    *   - SPICE0
        - pin24
        - 10
        - 8
    *   - SPIMOSI
        - pin19
        - 12
        - 10
    *   - SPIMISO
        - pin21
        - 13
        - 9
    *   - SPISCLK
        - pin23
        - 14
        - 11
    *   - GPIO22
        - pin15
        - 3
        - 22

.. image:: ../python_pi5/img/schematic_2.2.1_photoresistor_mcp3008.png

Experimentelle Schritte
-----------------------

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

.. image:: ../python_pi5/img/july24_2.2.1_photoresistor_mcp3008.png

**Schritt 2:** Richte die SPI-Schnittstelle ein und installiere die ``spidev``-Bibliothek (siehe :ref:`spi_configuration` für detaillierte Anweisungen). Falls diese Schritte bereits erledigt sind, kannst du sie überspringen.

**Schritt 3:** Wechsle in den Ordner mit dem Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

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

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 2.2.1-2_Photoresistor_zero.py

Während der Code läuft, ändert sich die Helligkeit der LED entsprechend der Lichtintensität, die der Fotowiderstand misst.

.. warning::

    Falls die Fehlermeldung ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` erscheint, siehe :ref:`faq_soc`.

**Code**

.. note::

    Du kannst den folgenden Code **Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen**.  
    Vorher musst du jedoch in das Quellcode-Verzeichnis (z. B. ``davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5``) wechseln.  
    Nach einer Änderung kannst du den Code direkt ausführen, um das Ergebnis zu sehen.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3
    import spidev
    import time
    from gpiozero import PWMLED

    # PWM-LED an GPIO-Pin 22 initialisieren
    led = PWMLED(22)

    # SPI-Kommunikation initialisieren (Bus 0, CE0 -> GPIO8)
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # Bus 0, CS0
    spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

    # Funktion zum Auslesen eines MCP3008-Kanals (0–7)
    def read_adc(channel):
        """
        Analogen Wert vom MCP3008 lesen (0–1023)
        """
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        # MCP3008-Protokoll: Startbit, Single-Ended-Modus, Kanal (3 Bit), Füllbyte
        r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
        return value

    # Funktion zur Umrechnung eines Wertes von einem Bereich in einen anderen
    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

    # Hauptschleife zum Auslesen des ADC-Werts und Steuern der LED-Helligkeit
    def loop():
        while True:
            # Analogen Wert von Kanal 0 des MCP3008 lesen
            analogVal = read_adc(0)
            print('value = %d' % analogVal)

            # Bereich 0–1023 auf PWM-Bereich 0.0–1.0 abbilden
            led.value = analogVal / 1023.0

            # 0,2 Sekunden warten
            time.sleep(0.2)

    # Hauptschleife ausführen und KeyboardInterrupt für sauberes Beenden behandeln
    try:
        loop()
    except KeyboardInterrupt:
        led.value = 0  # LED ausschalten

**Code-Erklärung**

#. Importiert die Klasse ``PWMLED`` aus der Bibliothek ``gpiozero`` zur Steuerung von PWM-LEDs, ``spidev`` für die SPI-Kommunikation mit dem MCP3008 und ``time`` für Warte-/Pausenfunktionen.

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3
       import spidev
       import time
       from gpiozero import PWMLED

#. Initialisiert eine PWM-LED an GPIO-Pin 22 und richtet die SPI-Schnittstelle für den MCP3008 (Bus 0, CE0) ein. Die SPI-Taktfrequenz wird auf 1 MHz gesetzt.

   .. code-block:: python

       # PWM-LED an GPIO-Pin 22 initialisieren
       led = PWMLED(22)

       # SPI-Kommunikation initialisieren (Bus 0, CE0 -> GPIO8)
       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)  # Bus 0, CS0
       spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

#. Definiert eine Funktion zum Auslesen eines bestimmten MCP3008-ADC-Kanals.  
   Es wird ein 3-Byte-Befehl über SPI gesendet und aus der Antwort ein 10-Bit-Wert (0–1023) extrahiert.

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           """
           Analogen Wert vom MCP3008 lesen (0–1023)
           """
           if channel < 0 or channel > 7:
               return -1
           r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
           value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
           return value

#. Definiert die Hilfsfunktion ``MAP()``, die einen Wert von einem Bereich in einen anderen umrechnet – nützlich, um ADC-Rohwerte in passende PWM-Werte zu konvertieren.

   .. 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

#. Implementiert eine Schleife, die wiederholt den analogen Wert von Kanal 0 des MCP3008 liest, diesen auf eine PWM-Helligkeit (0.0–1.0) abbildet und an die LED weitergibt. Zwischen den Messungen wird jeweils 0,2 Sekunden pausiert.

   .. code-block:: python

       def loop():
           while True:
               analogVal = read_adc(0)
               print('value = %d' % analogVal)
               led.value = analogVal / 1023.0
               time.sleep(0.2)

#. Führt die Schleife aus und behandelt ``KeyboardInterrupt`` für ein sauberes Beenden.  
   Bei Strg+C wird die LED vor dem Beenden ausgeschaltet.

   .. code-block:: python

       try:
           loop()
       except KeyboardInterrupt:
           led.value = 0