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2.2.2 Thermistor (MCP3008)

Bemerkung

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.

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

Name	ENTHALTENE ARTIKEL	LINK
Raphael Kit	337	Raphael Kit

Du kannst die Komponenten auch einzeln über die folgenden Links kaufen:

KOMPONENTENBESCHREIBUNG	KAUFLINK
GPIO Extension Board	KAUFEN
Steckbrett	KAUFEN
Jumper-Kabel	KAUFEN
Widerstand	KAUFEN
Thermistor	KAUFEN
MCP3008	-

Schaltplan

T-Board-Name	physical	WiringPi	BCM
SPICE0	pin24	10	8
SPIMOSI	pin19	12	10
SPIMISO	pin21	13	9
SPISCLK	pin23	14	11

Experimentelle Schritte

Schritt 1: Baue die Schaltung auf.

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

Schritt 3: Wechsle in den Ordner mit dem Quellcode.

cd ~/raphael-kit/python

Schritt 4: Führe die ausführbare Datei aus.

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.

Warnung

Wenn die Fehlermeldung RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address erscheint, siehe If gpiozero doesn’t work.

Code

Bemerkung

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.

#!/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

1. 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)

   #!/usr/bin/env python3
   # -*- coding: utf-8 -*-
   
   import spidev
   import time
   import math
   import RPi.GPIO as GPIO
   

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

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

3. 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).

   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
   

4. 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.

   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)
   

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

   except KeyboardInterrupt:
       pass
   
   finally:
       spi.close()
       GPIO.cleanup()