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.. _2.2.2_py_pi5_mcp3008:

2.2.2 Thermistor (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
----------

Ähnlich wie ein Fotowiderstand Licht messen kann, ist ein Thermistor ein temperaturabhängiges elektronisches Bauteil,  
das zur Realisierung von Temperaturregelungsfunktionen wie z. B. einem Hitzewarnsystem eingesetzt werden kann.

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

In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten. 

.. image:: ../python_pi5/img/list2_2.2.2_thermistor.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

.. image:: ../python_pi5/img/schematic_2.2.2_thermistor_mcp3008.png

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

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

.. image:: ../python_pi5/img/july24_2.2.2_thermistor_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 2.2.2-2_Thermistor_zero.py

Nach dem Start des Codes misst der Thermistor die Umgebungstemperatur, die nach der Berechnung auf dem Bildschirm angezeigt wird.

.. 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
    # -*- coding: utf-8 -*-

    import spidev
    import time
    import math

    # SPI für MCP3008 initialisieren (Bus 0, CE0)
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # Bus 0, Gerät 0 (CE0)
    spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

    def read_adc(channel):
        """
        Analogen Wert vom MCP3008-Kanal lesen (0–7)
        """
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        # MCP3008-Kommunikationsformat
        adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
        return value

    try:
        while True:
            # Analogen Wert von CH0 des MCP3008 lesen
            analogVal = read_adc(0)

            # In Spannung umrechnen (Referenz 3,3 V)
            Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0

            # Thermistor-Widerstand berechnen
            Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr)

            # Temperatur in Kelvin berechnen (Steinhart–Hart-Näherung)
            tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0)))

            # In Celsius und Fahrenheit umrechnen
            Cel = tempK - 273.15
            Fah = Cel * 1.8 + 32

            # Temperatur ausgeben
            print('Celsius: %.2f °C  Fahrenheit: %.2f °F' % (Cel, Fah))

            # Kurze Pause vor der nächsten Messung
            time.sleep(0.2)

    except KeyboardInterrupt:
        spi.close()

**Code-Erklärung**

#. Importiert das Modul ``spidev`` für die Kommunikation mit dem MCP3008-ADC über SPI, das Modul ``time`` für Verzögerungen und das Modul ``math`` für die logarithmischen Berechnungen bei der Temperaturumrechnung.

   .. code-block:: python

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

       import spidev
       import time
       import math

#. Initialisiert die SPI-Schnittstelle für den MCP3008 auf Bus 0 und Gerät 0 (CE0) und setzt die maximale SPI-Taktfrequenz auf 1 MHz.

   .. code-block:: python

       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)  # Bus 0, Gerät 0 (CE0)
       spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

#. Definiert eine Funktion zum Auslesen analoger Werte von einem angegebenen MCP3008-Kanal (0–7). Die Kommunikation erfolgt über das SPI-Protokoll, und es wird ein 10-Bit-Integer-Wert (0–1023) zurückgegeben.

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           if channel < 0 or channel > 7:
               return -1
           adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
           value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
           return value

#. Implementiert eine Schleife, die kontinuierlich den analogen Wert eines Thermistors an CH0 des MCP3008 ausliest.  
   Der Rohwert wird in eine Spannung (3,3 V Referenz), dann in einen Widerstand und schließlich in eine Temperatur umgerechnet.  
   Die Temperatur wird sowohl in Grad Celsius als auch in Fahrenheit ausgegeben. Zwischen den Messungen gibt es eine kurze Verzögerung.

   .. code-block:: python

       try:
           while True:
               analogVal = read_adc(0)
               Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0
               Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr)
               tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0)))
               Cel = tempK - 273.15
               Fah = Cel * 1.8 + 32
               print('Celsius: %.2f °C  Fahrenheit: %.2f °F' % (Cel, Fah))
               time.sleep(0.2)

#. Fängt einen ``KeyboardInterrupt`` (Strg + C) ab, um das Programm sauber zu beenden, und schließt dabei die SPI-Schnittstelle.

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           spi.close()