.. note::

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.. _4.1.13_py_mcp3008:

4.1.13 Monitor de Sobrecalentamiento (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
------------

Puede que desees crear un dispositivo de monitoreo de sobrecalentamiento que se aplique a varias situaciones, por ejemplo, en una fábrica, si queremos tener una alarma y el apagado automático oportuno de la máquina cuando hay un sobrecalentamiento del circuito.  
En este proyecto, utilizaremos un termistor, un joystick, un zumbador, un LED y una pantalla LCD para hacer un dispositivo inteligente de monitoreo de temperatura cuyo umbral sea ajustable.

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

En este proyecto, necesitamos los siguientes componentes.

.. image:: ../img/list2_Overheat_Monitor.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_led`
        - |link_led_buy|
    *   - :ref:`cpn_joystick`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_mcp3008`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_transistor`
        - |link_transistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_i2c_lcd`
        - |link_i2clcd1602_buy|
    *   - :ref:`cpn_thermistor`
        - |link_thermistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_buzzer`
        - \-

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
   * - GPIO23
     - Pin 16
     - 4
     - 23
   * - GPIO24
     - Pin 18
     - 5
     - 24
   * - SDA1
     - Pin 3
     - 
     - 
   * - SCL1
     - Pin 5
     - 
     - 


.. image:: ../img/schematic_over_monitor_mcp3008.png
   :align: center

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

**Paso 1:** Construye el circuito.

.. image:: ../img/july24_3.1.8_overheat_monitor_mcp3008.png

**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:** Ve a la carpeta del código.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python

**Paso 4:** Ejecuta el archivo.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 4.1.13-2_OverheatMonitor.py

Al ejecutar el código, la temperatura actual y el umbral de alta temperatura **40** se muestran en la **I2C LCD1602**.  
Si la temperatura actual es mayor que el umbral, el zumbador y el LED se activan para alertarte.

El **Joystick** se utiliza para ajustar el umbral de alta temperatura. Moviendo el **Joystick** en la dirección de los ejes X y Y puedes subir o bajar el umbral de temperatura. Presiona el **Joystick** nuevamente para restablecer el umbral al valor inicial.

.. note::

    * Si obtienes el error ``FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1'``, debes consultar :ref:`i2c_config` para habilitar el I2C.
    * Si obtienes el error ``ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2'``, ejecuta ``sudo apt install python3-smbus2``.
    * Si aparece el error ``OSError: [Errno 121] Remote I/O error``, significa que el módulo está mal cableado o defectuoso.
    * Si el código y el cableado son correctos, pero la LCD aún no muestra contenido, ajusta el potenciómetro en la parte trasera para aumentar el contraste.

.. warning::

    Si aparece el error ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address``, por favor consulta :ref:`faq_soc`

Código
------

.. note::
    Puedes **Modificar/Restablecer/Copiar/Ejecutar/Detener** el siguiente código.  
    Pero antes de eso, debes 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
    import LCD1602

    # Definiciones de pines GPIO
    JOY_BTN_PIN = 22  # Botón
    BUZZER_PIN = 23   # Zumbador
    LED_PIN = 24      # LED

    # Inicialización de GPIO
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(JOY_BTN_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
    GPIO.setup(BUZZER_PIN, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)

    # Umbral inicial de temperatura
    upperTem = 40

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

    # Inicializar LCD1602
    LCD1602.init(0x27, 1)

    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 get_joystick_value():
        x_val = read_adc(1)
        y_val = read_adc(2)
        if x_val > 800:
            return 1
        elif x_val < 200:
            return -1
        elif y_val > 800:
            return -10
        elif y_val < 200:
            return 10
        else:
            return 0

    def upper_tem_setting():
        global upperTem
        LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ')
        change = int(get_joystick_value())
        upperTem += change
        strUpperTem = str(upperTem)
        LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
        LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, '              ')
        time.sleep(0.1)

    def temperature():
        analogVal = read_adc(0)
        Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0
        if Vr == 0:
            return 0
        Rt = 10000.0 * (3.3 - Vr) / Vr
        tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0)))
        Cel = tempK - 273.15
        return round(Cel, 2)

    def monitoring_temp():
        global upperTem
        Cel = temperature()
        LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
        LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ')
        LCD1602.write(6, 0, str(Cel))
        LCD1602.write(7, 1, str(upperTem))
        time.sleep(0.1)
        if Cel >= upperTem:
            GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.HIGH)
            GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)
        else:
            GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.LOW)
            GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)

    try:
        lastState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN)
        stage = 0
        while True:
            currentState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN)
            if currentState == GPIO.HIGH and lastState == GPIO.LOW:
                stage = (stage + 1) % 2
                time.sleep(0.1)
                LCD1602.clear()
            lastState = currentState

            if stage == 1:
                upper_tem_setting()
            else:
                monitoring_temp()

    except KeyboardInterrupt:
        pass

    finally:
        LCD1602.clear()
        GPIO.cleanup()
        spi.close()

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

1. **Importación de librerías**  

   Carga las librerías necesarias para controlar GPIO, SPI, LCD, retrasos y cálculos matemáticos.


   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3
       import RPi.GPIO as GPIO
       import spidev
       import time
       import math
       import LCD1602


2. **Configuración de pines GPIO**  

   Define los pines GPIO para el botón del joystick, zumbador y LED.

   .. code-block:: python

       JOY_BTN_PIN = 22  # Button pin
       BUZZER_PIN = 23   # Buzzer pin
       LED_PIN = 24      # LED pin

       GPIO.setmode(GPIO.BCM)
       GPIO.setup(JOY_BTN_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
       GPIO.setup(BUZZER_PIN, GPIO.OUT)
       GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)



3. **Inicialización de SPI y LCD**  

   Abre la interfaz SPI para MCP3008 y configura la pantalla LCD1602 en la dirección I2C 0x27.

   .. code-block:: python

       upperTem = 40
       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)
       spi.max_speed_hz = 1000000

       LCD1602.init(0x27, 1)



4. **Lectura ADC**  

   Lee valores analógicos de los canales 0–7 del MCP3008.

   .. 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



5. **Lectura del Joystick**  

   Interpreta la posición del joystick para modificar el umbral.

   .. code-block:: python

       def get_joystick_value():
           x_val = read_adc(1)
           y_val = read_adc(2)
           if x_val > 800:
               return 1
           elif x_val < 200:
               return -1
           elif y_val > 800:
               return -10
           elif y_val < 200:
               return 10
           else:
               return 0



6. **Ajuste del umbral**  

   Muestra “Upper Adjust” en la pantalla y ajusta el umbral según el joystick.


   .. code-block:: python

       def upper_tem_setting():
           global upperTem
           LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ')
           change = int(get_joystick_value())
           upperTem += change
           strUpperTem = str(upperTem)
           LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
           LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, '              ')
           time.sleep(0.1)



7. **Cálculo de temperatura**  

   Convierte el valor analógico del sensor en temperatura (°C) usando la ecuación Steinhart–Hart.

   .. code-block:: python

       def temperature():
           analogVal = read_adc(0)
           Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0
           if Vr == 0:
               return 0
           Rt = 10000.0 * (3.3 - Vr) / Vr
           tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0)))
           Cel = tempK - 273.15
           return round(Cel, 2)


8. **Monitoreo de temperatura**  

   Muestra la temperatura y el umbral en la pantalla, activa el zumbador y el LED si se supera el umbral.

   .. code-block:: python

       def monitoring_temp():
           global upperTem
           Cel = temperature()
           LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
           LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ')
           LCD1602.write(6, 0, str(Cel))
           LCD1602.write(7, 1, str(upperTem))
           time.sleep(0.1)
           if Cel >= upperTem:
               GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.HIGH)
               GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)
           else:
               GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.LOW)
               GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)



9. **Lógica principal**  

   Cambia entre modo de ajuste de umbral y monitoreo al presionar el botón del joystick.

   .. code-block:: python

       try:
           lastState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN)
           stage = 0
           while True:
               currentState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN)
               if currentState == GPIO.HIGH and lastState == GPIO.LOW:
                   stage = (stage + 1) % 2
                   time.sleep(0.1)
                   LCD1602.clear()
               lastState = currentState

               if stage == 1:
                   upper_tem_setting()
               else:
                   monitoring_temp()


10. **Limpieza al salir**  

    Apaga el zumbador, limpia GPIO y cierra la interfaz SPI.

    .. code-block:: python

        except KeyboardInterrupt:
            pass
        finally:
            LCD1602.clear()
            GPIO.cleanup()
            spi.close()