.. note::

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.. _2.2.2_py_mcp3008:

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

.. note::

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

   Je nach deiner Kit-Version überprüfe bitte, ob du **ADC0834** oder **MCP3008** hast, und fahre mit dem entsprechenden Abschnitt fort.

Einführung
----------

Genauso wie ein Fotowiderstand Licht erfassen kann, ist der Thermistor ein temperatur­empfindliches elektronisches Bauteil, das zur Realisierung von Temperatursteuerungen verwendet werden kann – zum Beispiel für einen Hitzewarnmelder.

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

In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

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

Es ist auf jeden Fall praktisch, ein komplettes Kit zu kaufen. Hier ist der Link:

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

    *   - Name	
        - ENTHALTENE ARTIKEL
        - LINK
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Du kannst 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
----------

.. .. image:: ../img/2.2.2_thermistor_schematic_1.png

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

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

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

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

**Schritt 2:** Richte die SPI-Schnittstelle ein und installiere die Bibliothek ``spidev`` (siehe :ref:`spi_configuration` für eine detaillierte Anleitung). Wenn du dies bereits erledigt hast, kannst du diesen Schritt überspringen.

**Schritt 3:** Wechsle in den Ordner mit dem Quellcode.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python

**Schritt 4:** Führe die ausführbare Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 2.2.2-2_thermistor.py

Wenn das Programm läuft, misst der Thermistor die Umgebungstemperatur, die nach der Berechnung durch das Programm auf dem Bildschirm angezeigt wird.

.. warning::

    Wenn die Fehlermeldung ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` erscheint, siehe :ref:`faq_soc`

**Code**

.. note::

    Du kannst den folgenden Code **Bearbeiten/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen**. Wechsle vorher in den Quellcodepfad wie ``raphael-kit/python``. Nach dem Ändern 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
    import RPi.GPIO as GPIO

    # GPIO-Modus festlegen
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)

    # 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):
        """
        Lese analogen Wert vom MCP3008-Kanal (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

    try:
        while True:
            # Analogen Wert vom Kanal 0 lesen
            analogVal = read_adc(0)

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

            # Widerstand des Thermistors berechnen (R2 im Spannungsteiler = 10kΩ)
            Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr)

            # Steinhart–Hart-Berechnung
            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

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

            time.sleep(0.2)

    except KeyboardInterrupt:
        pass

    finally:
        spi.close()
        GPIO.cleanup()

**Code-Erklärung**

#. Dieser Abschnitt importiert die benötigten Bibliotheken:

   - ``spidev`` für die SPI-Kommunikation mit dem MCP3008
   - ``time`` für zeitliche Verzögerungen
   - ``math`` für logarithmische Berechnungen in der Steinhart–Hart-Formel
   - ``RPi.GPIO`` für die Initialisierung und Aufräumarbeiten der GPIOs (aus Gründen der Vollständigkeit enthalten)

   .. code-block:: python

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

       import spidev
       import time
       import math
       import RPi.GPIO as GPIO

#. Initialisiert den GPIO-Modus als BCM und konfiguriert die SPI-Schnittstelle auf Bus 0, Gerät 0 (CE0) mit einer Geschwindigkeit von 1 MHz.

   .. code-block:: python

       GPIO.setmode(GPIO.BCM)

       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)
       spi.max_speed_hz = 1000000

#. Definiert eine Funktion ``read_adc(channel)``, um analoge Werte von einem bestimmten Kanal des MCP3008 zu lesen (0–7). Eine 3-Byte SPI-Nachricht wird gesendet und ein 10-Bit-Wert empfangen (0–1023).

   .. 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

#. Hauptschleife: Liest den analogen Wert vom Thermistor am Kanal 0, berechnet daraus den Widerstand, wendet die Steinhart–Hart-Gleichung an und berechnet die Temperatur in Celsius und Fahrenheit. Gibt die Werte alle 0,2 Sekunden aus.

   .. 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)

#. Der ``finally``-Block sorgt für ein sauberes Beenden: Die SPI-Schnittstelle wird geschlossen und die GPIOs werden aufgeräumt.

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           pass

       finally:
           spi.close()
           GPIO.cleanup()