.. note::

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.. _2.2.2_c_mcp3008:

2.2.2 Thermistor (MCP3008)
============================


.. note::

    .. image:: ../img/mcp3008_and_adc0834.jpg
        :width: 25%
        :align: left
        
    Abhängig von Ihrer Kit-Version identifizieren Sie bitte, ob Sie **ADC0834** oder **MCP3008** haben, und fahren Sie mit dem entsprechenden Abschnitt fort.

Einführung
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Genauso wie ein Fotowiderstand Licht messen kann, ist ein Thermistor ein temperatursensitives elektronisches Bauteil, das zur Temperaturmessung und für Temperaturregelungsfunktionen wie z. B. Wärmealarm verwendet werden kann.

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

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten: 

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

Es ist definitiv bequem, ein komplettes Kit zu kaufen. Hier ist der Link: 

.. list-table::
    :widths: 20 20 20
    :header-rows: 1

    *   - Name	
        - ELEMENTE IN DIESEM KIT
        - LINK
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Sie können die Komponenten auch einzeln über die folgenden Links kaufen:

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - KOMPONENTENBESCHREIBUNG
        - KAUFLINK

    *   - :ref:`cpn_gpio_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_thermistor`
        - |link_thermistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_mcp3008`
        - \-

Schaltplan
-----------------

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

    *   - T-Board-Name
        - physikalisch
        - WiringPi
        - BCM

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

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

Experimentelle Verfahren
-------------------------------------------------

**Schritt 1:** Schließen Sie den Stromkreis an.

.. image:: ../img/july24_2.2.2_thermistor_mcp3008.png

**Schritt 2:** Wechseln Sie in den Code-Ordner.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/c/2.2.2-2/

**Schritt 3:** Kompilieren Sie den Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 2.2.2_Thermistor.c -o Thermistor -lwiringPi -lm

.. note::
    -lm lädt die Mathematikbibliothek. Nicht weglassen, da sonst ein Fehler auftritt.

**Schritt 4:** Führen Sie die ausführbare Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    ./Thermistor

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

.. note::

    Wenn es nach dem Ausführen nicht funktioniert oder die Fehlermeldung „wiringPi.h: No such file or directory“ erscheint, lesen Sie bitte :ref:`install_wiringpi`.

**Code**

.. code-block:: c

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

    #define SPI_CHANNEL 0  // CE0
    #define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz

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

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;  // Startbit
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;  // Single-Ended-Modus + Kanal
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

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

    int main(void) {
        int analogVal;
        double Vr, Rt, temp, cel, Fah;

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

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

        while (1) {
            analogVal = read_ADC(0);  // Lesen von CH0

            // MCP3008 ist ein 10-Bit-ADC (0–1023)
            Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0;  // Vref = 3.3V
            Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr); // Spannungsteiler, 10k Widerstand
            temp = 1 / ((log(Rt / 10000.0) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)));
            cel = temp - 273.15;
            Fah = cel * 1.8 + 32;

            printf("Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F\n", cel, Fah);
            delay(1000);
        }

        return 0;
    }

Code-Erklärung
--------------------

.. code-block:: c

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

Diese Headerdateien binden Bibliotheken für GPIO-Steuerung (``wiringPi.h``), SPI-Kommunikation (``wiringPiSPI.h``), Standard-I/O-Funktionen (``stdio.h``) und mathematische Funktionen (``math.h``) in C ein.

.. code-block:: c

    #define SPI_CHANNEL 0
    #define SPI_SPEED   1000000

Definiert Konstanten für den SPI-Kanal und die SPI-Geschwindigkeit. Hier wird SPI-Kanal 0 (CE0) mit einer Taktrate von 1 MHz verwendet.

.. code-block:: c

    int read_ADC(int channel)

Diese Funktion liest analoge Daten von einem bestimmten Kanal des MCP3008-ADC aus.

.. code-block:: c

    buffer[0] = 1;
    buffer[1] = (8 + channel) << 4;
    buffer[2] = 0;

Diese Zeilen formatieren den SPI-Befehl entsprechend dem MCP3008-Protokoll: Startbit, Konfiguration für den Single-Ended-Modus und Kanalnummer.

.. code-block:: c

    wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

Überträgt den SPI-Befehl und empfängt die 10-Bit-ADC-Daten vom MCP3008.

.. code-block:: c

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

Extrahiert und kombiniert das 10-Bit-ADC-Ergebnis aus dem zurückgegebenen SPI-Puffer.

.. code-block:: c

    if (wiringPiSetup() == -1) { ... }
    if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) { ... }

Diese Zeilen initialisieren WiringPi und konfigurieren SPI. Falls die Initialisierung fehlschlägt, beendet das Programm die Ausführung.

.. code-block:: c

    analogVal = read_ADC(0);

Liest das analoge Signal vom MCP3008-Kanal 0, an dem der Thermistor-Spannungsteiler angeschlossen ist.

.. code-block:: c

    Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0;

Wandelt den digitalen ADC-Wert in eine analoge Spannung um. Der ADC-Bereich ist 0–1023 bei 3,3 V Referenzspannung.

.. code-block:: c

    Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr);

Berechnet den Widerstand des Thermistors anhand der Spannungsteiler-Formel. Es wird ein 10kΩ-Widerstand in Reihe mit dem Thermistor angenommen.

.. code-block:: c

    temp = 1 / ((log(Rt / 10000.0) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)));

Verwendet die B-Parameter-Gleichung, um den Widerstand des Thermistors in eine Temperatur in Kelvin umzuwandeln. 
 
**T(K) = 1 / [ln(Rt/R₀)/B + 1/T₀]**, wobei  
- R₀ = 10kΩ  
- B = 3950  
- T₀ = 25°C = 298,15K

.. code-block:: c

    cel = temp - 273.15;

Wandelt die Temperatur von Kelvin in Grad Celsius um.

.. code-block:: c

    Fah = cel * 1.8 + 32;

Wandelt die Celsius-Temperatur in Fahrenheit um.

.. code-block:: c

    printf("Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F\n", cel, Fah);

Gibt die Temperatur sowohl in Celsius als auch in Fahrenheit mit zwei Nachkommastellen im Terminal aus.