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3.1.4 Ventilador Inteligente (MCP3008)

Nota

Dependiendo de la versión de tu kit, identifica si tienes ADC0834 o MCP3008 y procede con la sección correspondiente.

Introducción

En este proyecto, usaremos motores, botones y termistores para hacer un ventilador inteligente manual + automático cuya velocidad de viento es ajustable.

Componentes necesarios

En este proyecto, necesitamos los siguientes componentes.

Diagrama esquemático

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
GPIO5	Pin 29	21	5
GPIO6	Pin 31	22	6
GPIO13	Pin 33	23	13

../_images/schematic_3.1.4_smart_fan_mcp30081.png

Procedimientos experimentales

Paso 1: Construir el circuito.

../_images/july24_3.1.4_smart_fan_mcp30081.png

Nota

El módulo de alimentación puede usar una batería de 9V con el conector para batería de 9V incluido en el kit.

../_images/4.1.10_smart_fan_battery.jpeg

Paso 2: Configurar la interfaz SPI e instalar la librería spidev (consulta Configuración de SPI para instrucciones detalladas). Si ya has completado estos pasos, puedes saltar este paso.

Paso 3: Ir a la carpeta del código.

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

Paso 4: Ejecutar.

sudo python3 3.1.4-2_SmartFan_zero.py

Cuando se ejecute el código, inicia el ventilador presionando el botón. Cada vez que lo presiones, se ajustará una velocidad más alta o más baja. Hay 5 niveles de velocidad: 0~4. Cuando se establece en el 4^to nivel de velocidad y presionas el botón, el ventilador se detiene con velocidad 0.

Cuando la temperatura suba o baje más de 2℃, la velocidad se ajustará automáticamente un nivel más rápido o más lento.

Código

Nota

Puedes Modificar/Restablecer/Copiar/Ejecutar/Detener el código de abajo. Antes de eso, debes ir a la ruta del código fuente como davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5. Después de modificarlo, puedes ejecutarlo directamente para ver el efecto.

#!/usr/bin/env python3

from gpiozero import Motor, Button
from time import sleep
import spidev
import math

# Inicializar SPI para MCP3008
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)  # Bus 0, CE0 (GPIO8 / pin físico 24)
spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

# Inicializar pines GPIO para el botón y control del motor
BtnPin = Button(22)  # GPIO22 (pin físico 15)
motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13)  # GPIO5, GPIO6, GPIO13

# Variables para el nivel de velocidad del motor y seguimiento de temperaturas
level = 0
currentTemp = 0
markTemp = 0

def read_adc(channel):
    """
    Lee valor analógico del canal MCP3008 (0–7).
    """
    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

def temperature():
    """
    Lee y calcula la temperatura actual desde el sensor.
    Retorna:
        float: Temperatura en Celsius.
    """
    analogVal = read_adc(0)  # Termistor conectado a CH0
    Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0  # Sistema de 3.3V
    Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr)
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)))
    Cel = temp - 273.15
    return Cel

def motor_run(level):
    """
    Ajusta la velocidad del motor según el nivel.
    Args:
        level (int): Nivel de velocidad deseado.
    Retorna:
        int: Nivel ajustado de velocidad.
    """
    if level == 0:
        motor.stop()
        return 0
    if level >= 4:
        level = 4
    motor.forward(speed=float(level / 4))
    return level

def changeLevel():
    """
    Cambia el nivel de velocidad del motor al presionar el botón y actualiza la temperatura de referencia.
    """
    global level, currentTemp, markTemp
    print("Botón presionado")
    level = (level + 1) % 5
    markTemp = currentTemp

# Vincular el evento de pulsación de botón con la función changeLevel
BtnPin.when_pressed = changeLevel

def main():
    """
    Función principal para monitorear y responder a cambios de temperatura.
    """
    global level, currentTemp, markTemp
    markTemp = temperature()
    while True:
        currentTemp = temperature()
        if level != 0:
            if currentTemp - markTemp <= -2:
                level -= 1
                markTemp = currentTemp
            elif currentTemp - markTemp >= 2:
                if level < 4:
                    level += 1
                markTemp = currentTemp
        level = motor_run(level)
        sleep(0.2)

# Ejecutar la función principal y manejar interrupción por teclado
try:
    main()
except KeyboardInterrupt:
    motor.stop()
    spi.close()

Explicación del código

Importa librerías para control de motor y botón, comunicación SPI con MCP3008 y cálculos matemáticos. gpiozero se usa para controlar dispositivos GPIO, spidev para SPI, y math para calcular la temperatura a partir de la resistencia.
```
#!/usr/bin/env python3

from gpiozero import Motor, Button
from time import sleep
import spidev
import math
```

Inicializa comunicación SPI en bus 0, dispositivo 0 (CE0), conectado al MCP3008.

spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)  # Bus 0, CE0 (GPIO8 / pin físico 24)
spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

Configura GPIO22 como entrada para el botón y establece los pines del motor (GPIO5 hacia adelante, GPIO6 hacia atrás, GPIO13 enable). También define variables globales para el seguimiento de velocidad y temperatura.
```
BtnPin = Button(22)
motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13)

level = 0
currentTemp = 0
markTemp = 0
```
Define función para leer valores analógicos de un canal MCP3008 mediante SPI. Devuelve un entero de 10 bits (0–1023).
```
def read_adc(channel):
    ...
    return value
```
Función para leer la temperatura desde el termistor, convirtiendo el valor ADC a voltaje, luego a resistencia y finalmente a Celsius usando la aproximación de Steinhart-Hart.
```
def temperature():
    ...
    return Cel
```
Función para controlar la velocidad del motor según el nivel (0–4). Nivel 0 detiene el motor, y niveles 1–4 ajustan la velocidad PWM proporcionalmente.
```
def motor_run(level):
    ...
    return level
```
Manejador de evento para el botón que incrementa el nivel de velocidad y actualiza la temperatura de referencia.
```
def changeLevel():
    ...
BtnPin.when_pressed = changeLevel
```
Bucle principal que compara la temperatura actual con la referencia y ajusta el nivel del motor si la diferencia es de ±2°C. Actualiza el motor en cada ciclo y agrega un retardo.
```
def main():
    ...
    sleep(0.2)
```
Ejecuta la función principal en un bloque try-except para manejar interrupción por teclado, deteniendo el motor y cerrando SPI de forma segura.
```
try:
    main()
except KeyboardInterrupt:
    motor.stop()
    spi.close()
```