.. note::

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.. _4.1.10_py_pi5_mcp3008:

4.1.7 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, usaremos 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:: ../python_pi5/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 enlaces siguientes.

.. 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
--------------------

============ ======== ======== ===
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
GPIO22       Pin 15   3        22
GPIO5        Pin 29   21       5
GPIO6        Pin 31   22       6
GPIO13       Pin 33   23       13
============ ======== ======== ===

.. image:: ../python_pi5/img/schematic_3.1.4_smart_fan_mcp3008.png
    :align: center
    :width: 800

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

**Paso 1:** Construir el circuito.

.. image:: ../python_pi5/img/july24_3.1.4_smart_fan_mcp3008.png
    :width: 800

.. note::
    El módulo de alimentación puede utilizar una batería de 9V con el clip de batería de 9V incluido en el kit.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.10_smart_fan_battery.jpeg
    :align: center

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

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

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python-pi5

**Paso 4:** Ejecutar.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 4.1.10-2_SmartFan_zero.py

Al ejecutar el código, inicia el ventilador presionando el botón. Cada vez que lo presiones, se ajusta un nivel de velocidad hacia arriba o hacia abajo. Hay **5** tipos de niveles de velocidad: **0~4**. Cuando se establece en el **4º** nivel y presionas el botón, el ventilador deja de funcionar con velocidad **0**.

Una vez que la temperatura sube o baja más de 2℃, la velocidad aumenta o disminuye automáticamente en un nivel.

Código
------

.. note::
    Puedes **Modificar/Restablecer/Copiar/Ejecutar/Detener** el código a continuación.  
    Pero antes, necesitas ir a la ruta del código fuente como ``raphael-kit/python-pi5``.  
    Después de modificar el código, puedes ejecutarlo directamente para ver el efecto.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

    from gpiozero import Motor, Button
    from time import sleep
    import spidev
    import math

    # Inicializar SPI para MCP3008
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # Bus 0, CE0 (GPIO8 / pin físico 24)
    spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

    # Inicializar pines GPIO para el botón y el control del motor
    BtnPin = Button(22)  # GPIO22 (pin físico 15)
    motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13)  # GPIO5, GPIO6, GPIO13

    # Variables para rastrear el nivel de velocidad del motor y temperaturas
    level = 0
    currentTemp = 0
    markTemp = 0

    def read_adc(channel):
        """
        Lee el valor analógico desde el canal MCP3008 (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

    def temperature():
        """
        Lee y calcula la temperatura actual del sensor.
        Retorna:
            float: La temperatura actual en grados Celsius.
        """
        analogVal = read_adc(0)  # Termistor conectado al CH0
        Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0
        Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr)
        temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)))
        Cel = temp - 273.15
        return Cel

    def motor_run(level):
        """
        Ajusta la velocidad del motor según el nivel especificado.
        Args:
            level (int): Nivel de velocidad deseado del motor.
        Returns:
            int: Nivel ajustado de velocidad del motor.
        """
        if level == 0:
            motor.stop()
            return 0
        if level >= 4:
            level = 4
        motor.forward(speed=float(level / 4))
        return level

    def changeLevel():
        """
        Cambia el nivel de velocidad del motor cuando se presiona el botón 
        y actualiza la temperatura de referencia.
        """
        global level, currentTemp, markTemp
        print("Botón presionado")
        level = (level + 1) % 5
        markTemp = currentTemp

    # Asociar la función changeLevel al evento de presión del botón
    BtnPin.when_pressed = changeLevel

    def main():
        """
        Función principal que monitorea continuamente y responde a cambios de temperatura.
        """
        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)
            sleep(0.2)

    # Ejecutar la función principal y manejar KeyboardInterrupt
    try:
        main()
    except KeyboardInterrupt:
        motor.stop()
        spi.close()

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

#. Importa las librerías para control de motor y botón, comunicación SPI con MCP3008 y cálculos matemáticos. La librería ``gpiozero`` se usa para controlar dispositivos GPIO, ``spidev`` para comunicación SPI con el ADC MCP3008 y ``math`` para cálculos de temperatura a partir de la resistencia.

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3

       from gpiozero import Motor, Button
       from time import sleep
       import spidev
       import math

#. Inicializa la comunicación SPI en el bus 0, dispositivo 0 (CE0), que conecta con el chip ADC MCP3008.


   .. code-block:: python

       # Initialize SPI for MCP3008
       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)  # Bus 0, CE0 (GPIO8 / physical pin 24)
       spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz


#. Configura el pin GPIO22 como entrada para el botón y el motor con los pines GPIO5 (avance), GPIO6 (retroceso) y GPIO13 (habilitación). Además, declara variables globales para rastrear el nivel de velocidad del motor y la temperatura.


   .. code-block:: python

       # Initialize GPIO pins for the button and motor control
       BtnPin = Button(22)  # GPIO22 (physical pin 15)
       motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13)  # GPIO5, GPIO6, GPIO13

       # Initialize variables to track the motor speed level and temperatures
       level = 0
       currentTemp = 0
       markTemp = 0



#. Define una función para leer valores analógicos desde el MCP3008 en un canal específico utilizando SPI. El valor retornado es un número de 10 bits (0–1023).


   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           """
           Reads analog value from MCP3008 channel (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


#. Define una función para leer la temperatura del termistor conectado al canal 0 del MCP3008. Convierte el valor ADC a voltaje, calcula la resistencia y luego la temperatura en grados Celsius usando la aproximación Steinhart-Hart.

   .. code-block:: python

       def temperature():
           """
           Reads and calculates the current temperature from the sensor.
           Returns:
               float: The current temperature in Celsius.
           """
           analogVal = read_adc(0)  # Assuming thermistor connected to CH0
           Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0  # For 3.3V system
           Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr)
           temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)))
           Cel = temp - 273.15
           return Cel

#. Una función para controlar la velocidad del motor según el ``level`` (0–4). El motor se detiene en el nivel 0, y para niveles 1–4, la velocidad PWM se establece proporcionalmente (por ejemplo, nivel 2 significa 50% de velocidad).

   .. code-block:: python

       def motor_run(level):
           """
           Adjusts the motor speed based on the specified level.
           Args:
               level (int): Desired motor speed level.
           Returns:
               int: Adjusted motor speed level.
           """
           if level == 0:
               motor.stop()
               return 0
           if level >= 4:
               level = 4
           motor.forward(speed=float(level / 4))
           return level



#. Define un controlador de evento del botón que incrementa el nivel de velocidad del motor de 0 a 4 en ciclo. También actualiza la temperatura de referencia cuando el nivel cambia.


   .. code-block:: python

       def changeLevel():
           """
           Changes the motor speed level when the button is pressed and updates the reference temperature.
           """
           global level, currentTemp, markTemp
           print("Button pressed")
           level = (level + 1) % 5
           markTemp = currentTemp

       # Bind the button press event to changeLevel function
       BtnPin.when_pressed = changeLevel


#. La lógica principal lee continuamente la temperatura y la compara con un valor de referencia (``markTemp``). Si la diferencia de temperatura es ±2°C, se ajusta el nivel de velocidad del motor. El motor se actualiza en cada ciclo y un breve retraso evita conmutaciones rápidas.


   .. code-block:: python

       def main():
           """
           Main function to continuously monitor and respond to temperature changes.
           """
           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)
               sleep(0.2)

#. Ejecuta la función principal dentro de un bloque try-except y asegura que el motor se detenga y la conexión SPI se cierre correctamente si se interrumpe mediante Ctrl+C.

   .. code-block:: python

       # Run the main function and handle KeyboardInterrupt
       try:
           main()
       except KeyboardInterrupt:
           motor.stop()
           spi.close()