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.. _3.1.5_c_mcp3008:

3.1.5 Indicatore di Batteria (MCP3008)
======================================

.. note::

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

   A seconda della versione del kit, verifica se possiedi **ADC0834** o **MCP3008** e procedi con la sezione corrispondente.

Introduzione
------------

In questo progetto, realizzeremo un dispositivo indicatore di batteria che può mostrare visivamente il livello della batteria sul LED Bargraph.

.. warning::

    Non utilizzare componenti della batteria che superino i 3,3 V per evitare sovraccarichi che potrebbero danneggiare il chip o il Raspberry Pi.

Componenti necessari
--------------------

Per questo progetto, abbiamo bisogno dei seguenti componenti.

.. image:: img/list2_Battery_Indicator.png
    :align: center


Schema elettrico
----------------

============ ======== ======== ===
T-Board Name fisico   wiringPi BCM
SPICE0       Pin 24   10       8
SPIMOSI      Pin 19   12       10
SPIMISO      Pin 21   13       9
SPISCLK      Pin 23   14       11
GPIO25       Pin 22   6        25
GPIO12       Pin 32   26       12
GPIO16       Pin 36   27       16
GPIO20       Pin 38   28       20
GPIO21       Pin 40   29       21
GPIO5        Pin 29   21       5
GPIO6        Pin 31   22       6
GPIO13       Pin 33   23       13
GPIO19       Pin 35   24       19
GPIO26       Pin 37   25       26
============ ======== ======== ===

.. image:: img/schematic_battery_indicator_mcp3008.png
   :align: center

Procedure sperimentali
----------------------

**Passo 1:** Montare il circuito.

.. image:: img/july24_3.1.5_battery_indicator_mcp3008.png

**Per utenti linguaggio C**
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

**Passo 2:** Accedere alla cartella del codice.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/3.1.5-2/

**Passo 3:** Compilare il codice.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    gcc 3.1.5_BatteryIndicator.c -lwiringPi

**Passo 4:** Eseguire il file eseguibile.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo ./a.out

Dopo l'esecuzione del programma, collega separatamente un filo dal 3° pin di MCP3008 e un filo dal GND ai due poli della batteria. Potrai vedere il LED corrispondente sul LED Bargraph accendersi per mostrare il livello della batteria (intervallo di misurazione: 0-5V).

.. note::

    Se non funziona dopo l'esecuzione, o compare l'errore: "wiringPi.h: No such file or directory", fare riferimento a :ref:`install_wiringpi`.

Codice
------


.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <wiringPiSPI.h>
    #include <stdio.h>

    #define SPI_CHANNEL 0
    #define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz
    #define VREF        3.3      

    int pins[10] = {6, 26, 27, 28, 29, 21, 22, 23, 24, 25};

    int read_ADC(int channel)
    {
        if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;  // Start bit
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;  // Single-ended mode
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
        return value;
    }

    void LedBarGraph(int value) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i < value)
            digitalWrite(pins[i], HIGH);  
        else
            digitalWrite(pins[i],LOW);
        }
    }

    int main(void)
    {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("setup wiringPi failed!\n");
            return 1;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("SPI setup failed!\n");
            return 1;
        }

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pinMode(pins[i], OUTPUT);
            digitalWrite(pins[i], HIGH);
        }

        while (1) {
            int analogVal = read_ADC(0);  // MCP3008 CH0
            if (analogVal < 0) continue;


            float voltage = analogVal * VREF / 1023.0;
            int level = analogVal * 10 / 1024;  
            if (level > 10) level = 10;  

            LedBarGraph(level);

            printf("ADC Value: %d\tVoltage: %.2f V\tLevel: %d\n", analogVal, voltage, level);

            delay(200);
        }

        return 0;
    }

Spiegazione del codice
----------------------

.. code-block:: c

    int read_ADC(int channel)
    {
        if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;  // Start bit
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;  // Modalità single-ended, CH0~CH7
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];  // Combina il risultato a 10 bit
        return value;
    }

Questa funzione legge valori analogici dal chip MCP3008 tramite SPI.  
Il parametro ``channel`` seleziona uno degli 8 ingressi analogici (CH0–CH7).  
L’MCP3008 restituisce un valore digitale a 10 bit compreso tra 0 e 1023, che rappresenta la tensione analogica.

.. code-block:: c

    void LedBarGraph(int value) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i < value)
                digitalWrite(pins[i], HIGH);  // Accende il LED (cablaggio attivo HIGH)
            else
                digitalWrite(pins[i], LOW);   // Spegne il LED
        }
    }

Questa funzione controlla una barra LED a 10 segmenti.  
Ogni LED rappresenta 1/10 dell’intervallo di tensione.  
I LED vengono accesi in ordine fino al livello specificato.  

Nota: Questa versione presuppone che gli anodi dei LED siano collegati ai GPIO e i catodi a GND (attivo HIGH).

.. code-block:: c

    int main(void)
    {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("setup wiringPi failed!\n");
            return 1;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("SPI setup failed!\n");
            return 1;
        }

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pinMode(pins[i], OUTPUT);
            digitalWrite(pins[i], HIGH);  // Inizializza tutti i LED su ON
        }

        while (1) {
            int analogVal = read_ADC(0);  // Legge la tensione su CH0
            if (analogVal < 0) continue;

            float voltage = analogVal * VREF / 1023.0;
            int level = analogVal * 10 / 1024;  // Mappa a livelli 0–10
            if (level > 10) level = 10;

            LedBarGraph(level);  // Mostra il livello sui LED

            printf("ADC Value: %d\tVoltage: %.2f V\tLevel: %d\n", analogVal, voltage, level);

            delay(200);  // Frequenza di aggiornamento: 5 Hz
        }

        return 0;
    }

Logica principale del programma:

- Inizializza wiringPi e la comunicazione SPI.
- Imposta i pin GPIO come uscite per controllare la barra LED a 10 segmenti.
- Legge continuamente la tensione analogica tramite MCP3008 (CH0).
- Converte la lettura in tensione usando ``VREF = 3.3V``.
- Scala la tensione su un livello da 0 a 10 e accende i LED corrispondenti.
- Mostra il valore ADC grezzo, la tensione (in volt) e il livello LED sulla console seriale.

Questo progetto funge da indicatore visivo del livello di batteria o da voltmetro analogico.

**Per utenti linguaggio Python**
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

**Passo 2:** Configurare l'interfaccia SPI e installare la libreria ``spidev`` (vedere :ref:`spi_configuration` per le istruzioni dettagliate). Se hai già completato questi passaggi, puoi saltarli.

**Passo 3:** Accedere alla cartella del codice.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

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

**Passo 4:** Eseguire il file.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 3.1.5-2_BatteryIndicator.py

Dopo l'esecuzione del programma, collega separatamente un filo dal 3° pin di ADC0834 e un filo dal GND ai due poli della batteria. Potrai vedere il LED corrispondente sul LED Bargraph accendersi per mostrare il livello della batteria (intervallo di misurazione: 0-5V).

.. warning::

    Se appare l'errore ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address``, fare riferimento a :ref:`faq_soc` 

**Codice**

.. note::
    Puoi **Modificare/Reimpostare/Copiare/Eseguire/Interrompere** il codice qui sotto. Ma prima, devi andare nel percorso del codice sorgente come ``davinci-kit-for-raspberry-pi/python``. Dopo aver modificato il codice, puoi eseguirlo direttamente per vedere l'effetto.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python


    #!/usr/bin/env python3

    import RPi.GPIO as GPIO
    import spidev
    import time

    # GPIO pins connected to 10 LEDs, ordered from left to right
    led_pins = [25, 12, 16, 20, 21, 5, 6, 13, 19, 26]  # BCM numbering

    # GPIO setup
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    for pin in led_pins:
        GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
        GPIO.output(pin, GPIO.LOW)

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

    # Read value from MCP3008 channel 
    def read_adc(channel):
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        value = ((r[1] & 0x03) << 8) | r[2]
        return value

    # Light up LED bar graph according to value 
    def led_bar_graph(level):
        for i, pin in enumerate(led_pins):
            if i < level:
                GPIO.output(pin, GPIO.HIGH)
            else:
                GPIO.output(pin, GPIO.LOW)

    # Main loop
    try:
        while True:
            analog_val = read_adc(0)  # Read from MCP3008 channel 0
            level = int(analog_val * 10 / 1023)  
            led_bar_graph(level)
            print(f"ADC: {analog_val}, Level: {level}")
            time.sleep(0.2)

    except KeyboardInterrupt:
        pass

    finally:
        for pin in led_pins:
            GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
        GPIO.cleanup()
        spi.close()


Spiegazione del codice
----------------------

Questo programma legge la tensione analogica da un MCP3008 ADC e mostra il risultato su un LED Bargraph a 10 LED utilizzando un Raspberry Pi (layout pin BCM).

1. **Importazione moduli**

   - ``RPi.GPIO`` controlla i pin GPIO del Raspberry Pi.
   - ``spidev`` comunica con MCP3008 tramite SPI.
   - ``time`` fornisce funzionalità di ritardo/pausa.

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3

       import RPi.GPIO as GPIO
       import spidev
       import time

2. **Configurazione GPIO per i LED**

   Viene definita una lista di 10 pin GPIO per il controllo dei LED. Questi pin sono configurati come uscita e inizializzati a LOW (spenti).

   .. code-block:: python

       # GPIO pins connected to 10 LEDs, ordered from left to right
       led_pins = [25, 12, 16, 20, 21, 5, 6, 13, 19, 26]  # BCM numbering

       GPIO.setmode(GPIO.BCM)
       for pin in led_pins:
           GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
           GPIO.output(pin, GPIO.LOW)


3. **Inizializzazione SPI**

   Inizializza il bus SPI 0 e il chip enable 0 (CE0) per comunicare con MCP3008.
   La velocità di comunicazione è impostata a 1 MHz.

   .. code-block:: python

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

4. **Funzione di lettura ADC**

   Legge un valore analogico da un canale specificato di MCP3008 (0–7). La funzione invia un comando SPI di 3 byte e decodifica il risultato a 10 bit.

   .. code-block:: python

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

5. **Funzione LED Bar Graph**

   Accende i LED in base al livello analogico. Se il livello è 7, i primi 7 LED saranno accesi e i restanti spenti.

   .. code-block:: python

       def led_bar_graph(level):
           for i, pin in enumerate(led_pins):
               if i < level:
                   GPIO.output(pin, GPIO.HIGH)
               else:
                   GPIO.output(pin, GPIO.LOW)


6. **Ciclo principale**

   Legge continuamente l'ingresso analogico dal canale 0, scala il risultato a un valore da 0 a 10 e aggiorna il display LED di conseguenza. Stampa i valori ADC e di livello per il monitoraggio.

   .. code-block:: python

       try:
           while True:
               analog_val = read_adc(0)
               level = int(analog_val * 10 / 1023)
               led_bar_graph(level)
               print(f"ADC: {analog_val}, Level: {level}")
               time.sleep(0.2)


7. **Pulizia all'uscita**

   Quando si preme ``Ctrl+C``, il programma spegne tutti i LED, ripristina lo stato dei GPIO e chiude l'interfaccia SPI.

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           pass

       finally:
           for pin in led_pins:
               GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
           GPIO.cleanup()
           spi.close()