.. note::

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.. _2.2.2_py_pi5_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
------------

Genau wie ein Fotowiderstand Licht wahrnehmen kann, ist ein Thermistor ein temperatur­empfindliches elektronisches Bauteil, das zur Realisierung von Temperaturregelungsfunktionen verwendet werden kann, wie z. B. für einen Hitzewarnmelder.

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

In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten: 

.. image:: ../python_pi5/img/list2_2.2.2_thermistor.png

Es ist auf jeden Fall 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 diese 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:: ../python_pi5/img/schematic_2.2.2_thermistor_mcp3008.png

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

**Schritt 1:** Bauen Sie die Schaltung auf.

.. image:: ../python_pi5/img/july24_2.2.2_thermistor_mcp3008.png

**Schritt 2:** Richten Sie die SPI-Schnittstelle ein und installieren Sie die ``spidev``-Bibliothek (siehe :ref:`spi_configuration` für detaillierte Anweisungen). Wenn Sie diese Schritte bereits abgeschlossen haben, können Sie diesen Schritt überspringen.

**Schritt 3:** Wechseln Sie in den Ordner mit dem Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/raphael-kit/python-pi5

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

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo python3 2.2.2-2_Thermistor_zero.py

Sobald der Code ausgeführt wird, erkennt der Thermistor die Umgebungstemperatur, die auf dem Bildschirm ausgegeben wird, sobald die Programmberechnung abgeschlossen ist.

.. warning::

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

**Code**

.. note::

    Sie können den untenstehenden Code **Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen**.  
    Vorher müssen Sie jedoch zum Quellcodepfad wie ``raphael-kit/python-pi5`` wechseln.  
    Nach dem Ändern des Codes können Sie ihn 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

    # Initialisiere SPI für MCP3008 (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
        # MCP3008-Kommunikationsformat
        adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
        return value

    try:
        while True:
            # Analogen Wert von CH0 des MCP3008 lesen
            analogVal = read_adc(0)

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

            # Thermistorwiderstand berechnen
            Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr)

            # Temperatur in Kelvin mit Steinhart–Hart-Approximation berechnen
            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

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

            # Vor nächster Messung warten
            time.sleep(0.2)

    except KeyboardInterrupt:
        spi.close()

**Code-Erklärung**

#. Dieser Abschnitt importiert das Modul ``spidev`` für die Kommunikation mit dem MCP3008-ADC über SPI, das Modul ``time`` für Verzögerungen und das Modul ``math`` für die Logarithmusberechnungen, die für die Temperaturumrechnung erforderlich sind.

   .. code-block:: python

       import spidev
       import time
       import math

#. Initialisiert die SPI-Schnittstelle für den MCP3008 auf Bus 0 und Gerät 0 (CE0) und setzt die maximale SPI-Taktrate auf 1 MHz.

   .. code-block:: python

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

#. Definiert eine Funktion zum Lesen analoger Werte von einem bestimmten MCP3008-Kanal (0–7). Das SPI-Protokoll wird verwendet, um mit dem MCP3008 zu kommunizieren, und ein 10-Bit-Integer (0–1023) wird zurückgegeben.

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
           value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
           return value

#. Implementiert eine Schleife, die kontinuierlich analoge Werte von einem Thermistor liest, der an CH0 des MCP3008 angeschlossen ist. Sie wandelt den Rohwert in eine Spannung (basierend auf 3,3 V Referenz), dann in einen Widerstand und schließlich mit der Steinhart–Hart-Gleichung in eine Temperatur um. Die Temperatur wird sowohl in Celsius als auch in Fahrenheit ausgegeben. Zwischen den Messungen wird eine kurze Verzögerung eingefügt.

   .. code-block:: python

       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)

#. Fängt einen KeyboardInterrupt (Ctrl+C) ab, um das Programm sauber zu beenden, und schließt die SPI-Schnittstelle.

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           spi.close()