.. note::

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.. _3.1.4_py_pi5_mcp3008:

3.1.4 Ventilatore Intelligente (MCP3008)
=========================================

.. note::

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

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

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

In questo progetto utilizzeremo motori, pulsanti e termistori per realizzare un ventilatore intelligente manuale + automatico con velocità regolabile.

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

In questo progetto, avremo bisogno dei seguenti componenti.

.. image:: ../python_pi5/img/list2_Smart_Fan.png
    :width: 800
    :align: center

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

============ ======== ======== ===
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
============ ======== ======== ===

.. image:: ../python_pi5/img/schematic_3.1.4_smart_fan_mcp3008.png
    :align: center
    :width: 800

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

**Passo 1:** Montare il circuito.

.. image:: ../python_pi5/img/july24_3.1.4_smart_fan_mcp3008.png
    :width: 800

.. note::
    Il modulo di alimentazione può utilizzare una batteria da 9V con il connettore per batteria da 9V incluso nel kit.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.10_smart_fan_battery.jpeg
    :align: center

**Passo 2:** Configurare l’interfaccia SPI e installare la libreria ``spidev`` (vedi :ref:`spi_configuration` per 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-pi5

**Passo 4:** Eseguire.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo python3 3.1.4-2_SmartFan_zero.py

Quando il codice viene eseguito, avvia il ventilatore premendo il pulsante. Ogni volta che premi, il livello di velocità aumenta o diminuisce di 1 grado. Ci sono **5** livelli di velocità: **0~4**. Quando si imposta al 4\ :sup:`o` livello e si preme di nuovo il pulsante, il ventilatore si ferma con velocità **0**.

Quando la temperatura aumenta o diminuisce di oltre 2℃, la velocità viene regolata automaticamente aumentando o diminuendo di 1 livello.

Codice
------

.. note::
    Puoi **Modificare/Reimpostare/Copiare/Eseguire/Fermare** il codice qui sotto. Prima, però, devi andare nel percorso del codice sorgente, ad esempio ``davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5``. Dopo aver modificato il codice, puoi eseguirlo direttamente per vedere l’effetto.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

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

    # Inizializza SPI per MCP3008
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # Bus 0, CE0 (GPIO8 / pin fisico 24)
    spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

    # Inizializza i pin GPIO per pulsante e controllo motore
    BtnPin = Button(22)  # GPIO22 (pin fisico 15)
    motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13)  # GPIO5, GPIO6, GPIO13

    # Variabili per livello velocità motore e temperature
    level = 0
    currentTemp = 0
    markTemp = 0

    def read_adc(channel):
        """
        Legge il valore analogico dal canale 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():
        """
        Legge e calcola la temperatura corrente dal sensore.
        Ritorna:
            float: Temperatura attuale in gradi Celsius.
        """
        analogVal = read_adc(0)  # Termistore connesso a CH0
        Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0  # Per sistema a 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):
        """
        Regola la velocità del motore in base al livello specificato.
        Args:
            level (int): Livello di velocità desiderato.
        Returns:
            int: Livello di velocità regolato.
        """
        if level == 0:
            motor.stop()
            return 0
        if level >= 4:
            level = 4
        motor.forward(speed=float(level / 4))
        return level

    def changeLevel():
        """
        Cambia il livello di velocità quando si preme il pulsante e aggiorna la temperatura di riferimento.
        """
        global level, currentTemp, markTemp
        print("Pulsante premuto")
        level = (level + 1) % 5
        markTemp = currentTemp

    # Associa l’evento di pressione del pulsante alla funzione changeLevel
    BtnPin.when_pressed = changeLevel

    def main():
        """
        Funzione principale per monitorare e rispondere ai cambiamenti di 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)

    # Esegue la funzione principale e gestisce KeyboardInterrupt
    try:
        main()
    except KeyboardInterrupt:
        motor.stop()
        spi.close()

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

#. Importa le librerie per il controllo del motore e del pulsante, la comunicazione SPI con MCP3008 e i calcoli matematici. La libreria ``gpiozero`` è usata per controllare i dispositivi GPIO, ``spidev`` per la comunicazione SPI con MCP3008 e ``math`` per il calcolo della temperatura a partire dalla resistenza.

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3

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

#. Inizializza la comunicazione SPI sul bus 0, dispositivo 0 (CE0), collegato al chip MCP3008 ADC.

   .. code-block:: python

       # Initialize SPI for MCP3008
       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)  # Bus 0, CE0 (GPIO8 / physical pin 24)
       spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz


#. Configura il GPIO22 come input per il pulsante e il motore con GPIO5 (avanti), GPIO6 (indietro) e GPIO13 (enable). Dichiara anche variabili globali per il livello di velocità e il monitoraggio della temperatura.

   .. code-block:: python

       # Initialize GPIO pins for the button and motor control
       BtnPin = Button(22)  # GPIO22 (physical pin 15)
       motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13)  # GPIO5, GPIO6, GPIO13

       # Initialize variables to track the motor speed level and temperatures
       level = 0
       currentTemp = 0
       markTemp = 0

#. Definisce una funzione per leggere valori analogici dall’MCP3008 su un canale specifico utilizzando SPI. Il valore restituito è un numero a 10 bit (0–1023).

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           """
           Reads analog value from MCP3008 channel (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

#. Definisce una funzione per leggere la temperatura dal termistore connesso a MCP3008 canale 0. Converte il valore ADC in tensione, calcola la resistenza e poi la converte in temperatura Celsius con l’approssimazione di Steinhart-Hart.

   .. code-block:: python

       def temperature():
           """
           Reads and calculates the current temperature from the sensor.
           Returns:
               float: The current temperature in Celsius.
           """
           analogVal = read_adc(0)  # Assuming thermistor connected to CH0
           Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0  # For 3.3V system
           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

#. Una funzione per controllare la velocità del motore in base al ``level`` (0–4). Il motore si ferma a livello 0, e per i livelli 1–4 la velocità PWM è impostata proporzionalmente.

   .. code-block:: python

       def motor_run(level):
           """
           Adjusts the motor speed based on the specified level.
           Args:
               level (int): Desired motor speed level.
           Returns:
               int: Adjusted motor speed level.
           """
           if level == 0:
               motor.stop()
               return 0
           if level >= 4:
               level = 4
           motor.forward(speed=float(level / 4))
           return level

#. Definisce un gestore di evento per il pulsante che incrementa il livello di velocità del motore da 0 a 4 in ciclo. Aggiorna anche la temperatura di riferimento quando il livello cambia.

   .. code-block:: python

       def changeLevel():
           """
           Changes the motor speed level when the button is pressed and updates the reference temperature.
           """
           global level, currentTemp, markTemp
           print("Button pressed")
           level = (level + 1) % 5
           markTemp = currentTemp

       # Bind the button press event to changeLevel function
       BtnPin.when_pressed = changeLevel

#. La logica principale legge continuamente la temperatura e la confronta con il valore di riferimento (``markTemp``). Se la differenza è ±2°C, la velocità del motore viene regolata di conseguenza. Aggiorna il motore a ogni ciclo e introduce un breve ritardo per evitare commutazioni rapide.

   .. code-block:: python

       def main():
           """
           Main function to continuously monitor and respond to temperature changes.
           """
           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)

#. Esegue la funzione principale in un blocco try-except e garantisce che il motore si fermi e la connessione SPI venga chiusa correttamente se interrotta con Ctrl+C.

   .. code-block:: python

       # Run the main function and handle KeyboardInterrupt
       try:
           main()
       except KeyboardInterrupt:
           motor.stop()
           spi.close()