.. note::

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.. _4.1.11_py_mcp3008:

4.1.11 Batterieanzeige (MCP3008)
================================

.. note::

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

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

Einführung
----------

In diesem Projekt erstellen wir ein Batterieanzeigegerät, das den Batteriestand visuell auf einer LED-Balkenanzeige darstellt.

.. warning::

    Verwende keine Batteriekomponenten, die 3,3 V überschreiten, um eine Überlastung zu vermeiden, die den Chip oder den Raspberry Pi beschädigen könnte.

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

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten:

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

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 sie auch separat 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_bar_graph`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_mcp3008`
        - \-

Schaltplan
----------

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

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

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

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

**Schritt 2:** Richte die SPI-Schnittstelle ein und installiere die Bibliothek ``spidev`` (siehe :ref:`spi_configuration` für detaillierte Anweisungen). Wenn du diese Schritte bereits abgeschlossen hast, kannst du diesen Schritt überspringen.

**Schritt 3:** Wechsle in den Code-Ordner.

.. 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 4.1.11-2_BatteryIndicator.py

Nachdem das Programm läuft, verbinde den 3. Pin des MCP3008 und GND mit den beiden Polen einer Batterie. Du wirst sehen, dass die entsprechende LED auf der LED-Balkenanzeige aufleuchtet, um den Ladezustand anzuzeigen (Messbereich: 0–5 V).

.. warning::

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

**Code**
--------

.. note::
    Du kannst den untenstehenden Code **Bearbeiten/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen**.  
    Gehe vorher in das Quellcodeverzeichnis wie ``raphael-kit/python``.  
    Nach Änderungen kannst du den Code direkt ausführen, um den Effekt zu sehen.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

    import RPi.GPIO as GPIO
    import spidev
    import time

    # GPIO-Pins für 10 LEDs (von links nach rechts)
    led_pins = [25, 12, 16, 20, 21, 5, 6, 13, 19, 26]  # BCM-Nummerierung

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

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

    # Wert von MCP3008-Kanal lesen 
    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

    # LEDs entsprechend dem Wert steuern 
    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)

    # Hauptschleife
    try:
        while True:
            analog_val = read_adc(0)  # Kanal 0 lesen
            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()

Code-Erklärung
--------------

Dieses Programm liest die analoge Spannung von einem MCP3008-ADC und zeigt das Ergebnis auf einer 10-LED-Balkenanzeige unter Verwendung des Raspberry Pi (BCM-Pinlayout) an.

1. **Module importieren**

   - ``RPi.GPIO`` zur Steuerung der GPIO-Pins des Raspberry Pi.
   - ``spidev`` zur Kommunikation mit dem MCP3008 über SPI.
   - ``time`` für Verzögerungen.

   .. code-block:: python

       import RPi.GPIO as GPIO
       import spidev
       import time

2. **GPIO-LED-Setup**

   Eine Liste mit 10 GPIO-Pins wird für die LED-Steuerung definiert. Diese Pins werden als Ausgang konfiguriert und auf LOW (aus) gesetzt.

   .. code-block:: python

       led_pins = [25, 12, 16, 20, 21, 5, 6, 13, 19, 26]
       GPIO.setmode(GPIO.BCM)
       for pin in led_pins:
           GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
           GPIO.output(pin, GPIO.LOW)

3. **SPI-Initialisierung**

   Initialisiert SPI-Bus 0 und Chip Enable 0 (CE0) zur Kommunikation mit dem MCP3008.  
   Die Geschwindigkeit wird auf 1 MHz eingestellt.

   .. code-block:: python

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

4. **ADC-Lesefunktion**

   Liest einen analogen Wert von einem angegebenen MCP3008-Kanal (0–7). Es wird ein 3-Byte-SPI-Befehl gesendet und das 10-Bit-Ergebnis decodiert.

   .. 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. **LED-Balkenanzeige**

   Schaltet die LEDs je nach Pegel ein. Wenn der Pegel 7 beträgt, leuchten die ersten 7 LEDs, die restlichen sind aus.

   .. 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. **Hauptschleife**

   Liest kontinuierlich den analogen Eingang von Kanal 0, skaliert das Ergebnis auf einen Wert von 0 bis 10 und aktualisiert die LED-Anzeige entsprechend. Außerdem werden ADC- und Pegelwerte zur Überwachung ausgegeben.

   .. code-block:: python

       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. **Aufräumen beim Beenden**

   Bei ``Ctrl+C`` werden alle LEDs ausgeschaltet, die GPIO-Pins zurückgesetzt und die SPI-Schnittstelle geschlossen.

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           pass

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