.. note::

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.. _4.1.10_py_mcp3008:

4.1.10 Ventilador Inteligente (MCP3008)
=======================================

.. note::

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

   Dependiendo de la versión de tu kit, identifica si tienes **ADC0834** o **MCP3008** y procede con la sección correspondiente.

Introducción
------------

En este proyecto, utilizaremos motores, botones y termistores para hacer un
ventilador inteligente manual + automático cuya velocidad de viento es ajustable.

Componentes requeridos
----------------------

En este proyecto, necesitamos los siguientes componentes.

.. image:: ../img/list2_Smart_Fan.png
    :width: 800
    :align: center

Es definitivamente conveniente comprar un kit completo, aquí tienes el enlace: 

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

    *   - Nombre	
        - ELEMENTOS EN ESTE KIT
        - ENLACE
    *   - Kit Raphael
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

También puedes comprarlos por separado en los siguientes enlaces.

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

    *   - INTRODUCCIÓN DEL COMPONENTE
        - ENLACE DE COMPRA

    *   - :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_power_module`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_thermistor`
        - |link_thermistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_l293d`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_mcp3008`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_button`
        - |link_button_buy|
    *   - :ref:`cpn_motor`
        - |link_motor_buy|

Diagrama esquemático
--------------------

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

   * - Nombre
     - T-Board
     - WiringPi
     - BCM
   * - SPICE0
     - Pin 24
     - 10
     - 8
   * - SPIMOSI
     - Pin 19
     - 12
     - 10
   * - SPIMISO
     - Pin 21
     - 13
     - 9
   * - SPISCLK
     - Pin 23
     - 14
     - 11
   * - GPIO22
     - Pin 15
     - 3
     - 22
   * - GPIO5
     - Pin 29
     - 21
     - 5
   * - GPIO6
     - Pin 31
     - 22
     - 6
   * - GPIO13
     - Pin 33
     - 23
     - 13


.. image:: ../img/schematic_3.1.4_smart_fan_mcp3008.png
   :align: center

Procedimientos experimentales
-----------------------------

**Paso 1:** Construir el circuito.

.. image:: ../img/july24_3.1.4_smart_fan_mcp3008.png

.. note::
    El módulo de alimentación puede usar una batería de 9V con el conector de batería de 9V incluido en el kit. Inserta el jumper del módulo de alimentación en las líneas de bus de 5V de la protoboard.

.. image:: ../img/image118.jpeg
   :align: center

**Paso 2:** Configura la interfaz SPI e instala la librería ``spidev`` (consulta :ref:`spi_configuration` para instrucciones detalladas).  
Si ya has completado estos pasos, puedes omitirlos.

**Paso 3:** Entra a la carpeta del código.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python

**Paso 4:** Ejecuta.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 4.1.10-2_SmartFan.py

Al ejecutar el código, inicia el ventilador presionando el botón. Cada vez que lo presiones, se ajustará la velocidad en un nivel arriba o abajo.  
Hay **5** niveles de velocidad: **0~4**. Cuando se ajusta al **4°** nivel y presionas de nuevo el botón, el ventilador se detiene con velocidad **0**.

Una vez que la temperatura suba o baje más de 2℃, la velocidad automáticamente aumenta o disminuye un nivel.

Código
------

.. note::
    Puedes **Modificar/Restablecer/Copiar/Ejecutar/Detener** el código siguiente.  
    Pero antes de eso, necesitas ir a la ruta del código fuente como ``raphael-kit/python``.  
    Después de modificar el código, puedes ejecutarlo directamente para ver el efecto.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

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

    # Configuración de pines
    BTN_PIN = 22            # Botón GPIO (pin físico 15)
    MOTOR_IN1 = 5           # Motor hacia adelante
    MOTOR_IN2 = 6           # Motor hacia atrás
    MOTOR_EN = 13           # Pin de habilitación PWM

    # Configuración GPIO
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(BTN_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
    GPIO.setup(MOTOR_IN1, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(MOTOR_IN2, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(MOTOR_EN, GPIO.OUT)

    # Configuración PWM para control de velocidad del motor
    pwm = GPIO.PWM(MOTOR_EN, 1000)  # Frecuencia 1kHz
    pwm.start(0)

    # Inicializar SPI para MCP3008
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # Bus 0, CE0
    spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

    # Variables globales
    level = 0
    currentTemp = 0
    markTemp = 0

    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

    def temperature():
        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
        return Cel

    def motor_run(level):
        if level == 0:
            GPIO.output(MOTOR_IN1, GPIO.LOW)
            GPIO.output(MOTOR_IN2, GPIO.LOW)
            pwm.ChangeDutyCycle(0)
            return 0
        if level >= 4:
            level = 4
        GPIO.output(MOTOR_IN1, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(MOTOR_IN2, GPIO.LOW)
        pwm.ChangeDutyCycle(level * 25)  # Mapea nivel (1–4) a 25%–100%
        return level

    def changeLevel(channel):
        global level, currentTemp, markTemp
        print("Botón presionado")
        level = (level + 1) % 5
        markTemp = currentTemp

    # Detección de evento para pulsación del botón
    GPIO.add_event_detect(BTN_PIN, GPIO.FALLING, callback=changeLevel, bouncetime=300)

    def main():
        global level, currentTemp, markTemp
        markTemp = temperature()
        while True:
            currentTemp = temperature()
            if level != 0:
                if currentTemp - markTemp <= -2:
                    level -= 1
                    markTemp = currentTemp
                elif currentTemp - markTemp >= 2:
                    if level < 4:
                        level += 1
                    markTemp = currentTemp
            level = motor_run(level)
            time.sleep(0.2)

    try:
        main()
    except KeyboardInterrupt:
        pass
    finally:
        pwm.stop()
        GPIO.cleanup()
        spi.close()

Explicación del código
----------------------

#. Importar los módulos requeridos:

   - ``RPi.GPIO`` para control de GPIO (botón y motor),
   - ``spidev`` para comunicación con el MCP3008,
   - ``time`` para retardos,
   - ``math`` para el cálculo de temperatura usando funciones logarítmicas.

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3

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

#. Configurar pines GPIO:

   - Botón en GPIO22 (con resistencia pull-up interna),
   - Control de motor usando GPIO5 (adelante), GPIO6 (atrás) y GPIO13 (habilitación PWM).

   .. code-block:: python

       BTN_PIN = 22
       MOTOR_IN1 = 5
       MOTOR_IN2 = 6
       MOTOR_EN = 13

       GPIO.setmode(GPIO.BCM)
       GPIO.setup(BTN_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
       GPIO.setup(MOTOR_IN1, GPIO.OUT)
       GPIO.setup(MOTOR_IN2, GPIO.OUT)
       GPIO.setup(MOTOR_EN, GPIO.OUT)

       pwm = GPIO.PWM(MOTOR_EN, 1000)
       pwm.start(0)

#. Inicializar comunicación SPI con MCP3008 (Bus 0, Chip Enable 0) a 1 MHz.

   .. code-block:: python

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

#. Definir función ``read_adc()`` para leer un valor analógico de 10 bits (0–1023) del canal MCP3008 especificado (0–7).

   .. 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

#. Definir función ``temperature()`` para:

   - Convertir voltaje analógico a resistencia,
   - Aplicar la ecuación Steinhart–Hart simplificada para calcular temperatura en Celsius.

   .. code-block:: python

       def temperature():
           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
           return Cel

#. Definir ``motor_run()`` para:

   - Detener el motor en nivel 0,
   - Ejecutar el motor hacia adelante con mayor velocidad según nivel 1–4, con ciclo de trabajo PWM de 25% a 100%.

   .. code-block:: python

       def motor_run(level):
           if level == 0:
               GPIO.output(MOTOR_IN1, GPIO.LOW)
               GPIO.output(MOTOR_IN2, GPIO.LOW)
               pwm.ChangeDutyCycle(0)
               return 0
           if level >= 4:
               level = 4
           GPIO.output(MOTOR_IN1, GPIO.HIGH)
           GPIO.output(MOTOR_IN2, GPIO.LOW)
           pwm.ChangeDutyCycle(level * 25)
           return level

#. Definir función de callback ``changeLevel()`` para el botón:

   - Aumentar el nivel del motor cíclicamente (0 a 4),
   - Registrar la temperatura actual como nueva referencia.

   .. code-block:: python

       def changeLevel(channel):
           global level, currentTemp, markTemp
           print("Botón presionado")
           level = (level + 1) % 5
           markTemp = currentTemp

       GPIO.add_event_detect(BTN_PIN, GPIO.FALLING, callback=changeLevel, bouncetime=300)

#. Definir bucle ``main()`` para:

   - Monitorear cambios de temperatura respecto a la temperatura de referencia,
   - Disminuir el nivel si la temperatura baja 2°C o más,
   - Aumentar el nivel si la temperatura sube 2°C o más,
   - Ajustar la velocidad del motor cada 0,2 segundos.

   .. code-block:: python

       def main():
           global level, currentTemp, markTemp
           markTemp = temperature()
           while True:
               currentTemp = temperature()
               if level != 0:
                   if currentTemp - markTemp <= -2:
                       level -= 1
                       markTemp = currentTemp
                   elif currentTemp - markTemp >= 2:
                       if level < 4:
                           level += 1
                       markTemp = currentTemp
               level = motor_run(level)
               time.sleep(0.2)

#. Ejecutar la función principal y asegurar limpieza al presionar Ctrl+C (detener motor, limpiar GPIO, cerrar SPI).

   .. code-block:: python

       try:
           main()
       except KeyboardInterrupt:
           pass
       finally:
           pwm.stop()
           GPIO.cleanup()
           spi.close()