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.. _3.1.4_c_pi5_mcp3008:

3.1.4 Ventilatore Intelligente (MCP3008)
==========================================

.. note::

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

   A seconda della versione del tuo kit, identifica se hai **ADC0834** o **MCP3008** e procedi con la sezione corrispondente.

Introduzione
-----------------

In questo progetto utilizzeremo motori, pulsanti e termistori per realizzare un ventilatore intelligente manuale + automatico con velocità regolabile.

Componenti necessari
------------------------------

In questo progetto sono necessari i seguenti componenti. 

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

È sicuramente conveniente acquistare un kit completo, ecco il link: 

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

    *   - Nome	
        - ELEMENTI IN QUESTO KIT
        - LINK
    *   - Kit Raphael
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Puoi anche acquistarli separatamente dai link sottostanti.

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

    *   - INTRODUZIONE COMPONENTE
        - LINK DI ACQUISTO

    *   - :ref:`cpn_gpio_extension_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|

Schema elettrico
------------------------

============ ======== ======== ===
Nome T-Board fisico   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

Procedure sperimentali
-----------------------------

**Passo 1:** Monta il circuito.

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

.. note::
    Il modulo di alimentazione può utilizzare una batteria da 9V con il connettore per batteria 9V incluso nel kit. Inserisci il ponticello del modulo di alimentazione nel bus a 5V della breadboard.

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

**Passo 2**: Entra nella cartella del codice.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/raphael-kit/c/3.1.4-2/

**Passo 3**: Compila.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    gcc 3.1.4_SmartFan.c -o SmartFan -lwiringPi -lm

**Passo 4**: Esegui il file eseguibile sopra.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    ./SmartFan

Quando il codice è in esecuzione, avvia il ventilatore premendo il pulsante.  
Ogni volta che premi, la velocità aumenta o diminuisce di 1 livello.  
Sono disponibili **5** livelli di velocità: **0~4**.  
Quando è impostata la 4\ :sup:`a` velocità e premi il pulsante, il ventilatore si ferma con velocità **0**.

Una volta che la temperatura sale o scende di oltre 2℃, la velocità viene automaticamente aumentata o diminuita di un livello.

.. note::

    Se non funziona dopo l'esecuzione o compare un errore del tipo: \"wiringPi.h: No such file or directory\", fai riferimento a :ref:`install_wiringpi_pi5`.

Codice
--------

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <wiringPiSPI.h>
    #include <stdio.h>
    #include <softPwm.h>
    #include <math.h>

    #define SPI_CHANNEL 0
    #define SPI_SPEED   1000000
    #define MotorPin1   21
    #define MotorPin2   22
    #define MotorEnable 23
    #define BtnPin      3

    int read_ADC(int channel)
    {
        if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;                      // Bit di avvio
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;     // Modalità single-ended e canale
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int result = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
        return result;
    }

    int temperture()
    {
        int analogVal = read_ADC(0);
        double Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0;  // Usa 3.3V come Vref per MCP3008
        double Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr);
        double temp = 1 / (((log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)));
        double cel = temp - 273.15;
        double Fah = cel * 1.8 + 32;
        printf("Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F\n", cel, Fah);
        return (int)cel;
    }

    int motor(int level)
    {
        if (level == 0) {
            digitalWrite(MotorEnable, LOW);
            return 0;
        }
        if (level >= 4) {
            level = 4;
        }
        digitalWrite(MotorEnable, HIGH);
        softPwmWrite(MotorPin1, level * 25);
        return level;
    }

    void setup()
    {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("setup wiringPi fallito!\n");
            return;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("setup SPI fallito!\n");
            return;
        }

        softPwmCreate(MotorPin1, 0, 100);
        softPwmCreate(MotorPin2, 0, 100);
        pinMode(MotorEnable, OUTPUT);
        pinMode(BtnPin, INPUT);
    }

    int main(void)
    {
        setup();
        int currentState, lastState = 0;
        int level = 0;
        int currentTemp, markTemp = 0;

        while (1) {
            currentState = digitalRead(BtnPin);
            currentTemp = temperture();

            if (currentTemp <= 0) continue;

            if (currentState == 1 && lastState == 0) {
                level = (level + 1) % 5;
                markTemp = currentTemp;
                delay(500);
            }

            lastState = currentState;

            if (level != 0) {
                if (currentTemp - markTemp <= -2) {
                    level = level - 1;
                    markTemp = currentTemp;
                }
                if (currentTemp - markTemp >= 2) {
                    level = level + 1;
                    markTemp = currentTemp;
                }
            }

            level = motor(level);
        }

        return 0;
    }


Spiegazione del codice
----------------------

.. code-block:: c

    int read_ADC(int channel)
    {
        if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;                      // Bit di avvio
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;     // Modalità single-ended e canale
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int result = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
        return result;
    }

Questa funzione legge l'ingresso analogico dal MCP3008 sul canale specificato.  
Invia un comando SPI di 3 byte e restituisce un valore digitale a 10 bit compreso tra 0 e 1023.

.. code-block:: c

    int temperture()
    {
        int analogVal = read_ADC(0);
        double Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0;  // Usa 3.3V come Vref per MCP3008
        double Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr);
        double temp = 1 / (((log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)));
        double cel = temp - 273.15;
        double Fah = cel * 1.8 + 32;
        printf("Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F\n", cel, Fah);
        return (int)cel;
    }

La funzione ``temperture()`` legge il segnale analogico del termistore tramite MCP3008, calcola tensione e resistenza, quindi converte in gradi Celsius e Fahrenheit utilizzando la formula del termistore (approssimazione Steinhart–Hart).

.. code-block:: c

    int motor(int level)
    {
        if (level == 0) {
            digitalWrite(MotorEnable, LOW);
            return 0;
        }
        if (level >= 4) {
            level = 4;
        }
        digitalWrite(MotorEnable, HIGH);
        softPwmWrite(MotorPin1, level * 25);
        return level;
    }

La funzione ``motor()`` controlla la velocità del ventilatore tramite PWM.  
Il livello varia da 0 a 4, dove 0 spegne il ventilatore e ciascun livello aumenta il duty cycle del 25%.

.. code-block:: c

    void setup()
    {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
            printf("setup wiringPi fallito!\n");
            return;
        }

        if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
            printf("setup SPI fallito!\n");
            return;
        }

        softPwmCreate(MotorPin1, 0, 100);
        softPwmCreate(MotorPin2, 0, 100);
        pinMode(MotorEnable, OUTPUT);
        pinMode(BtnPin, INPUT);
    }

La funzione ``setup()`` inizializza WiringPi, configura SPI, imposta PWM e i pin GPIO necessari per il controllo del motore e la lettura del pulsante.

.. code-block:: c

    int main(void)
    {
        setup();
        int currentState, lastState = 0;
        int level = 0;
        int currentTemp, markTemp = 0;

        while (1) {
            currentState = digitalRead(BtnPin);
            currentTemp = temperture();

            if (currentTemp <= 0) continue;

            if (currentState == 1 && lastState == 0) {
                level = (level + 1) % 5;
                markTemp = currentTemp;
                delay(500);
            }

            lastState = currentState;

            if (level != 0) {
                if (currentTemp - markTemp <= -2) {
                    level = level - 1;
                    markTemp = currentTemp;
                }
                if (currentTemp - markTemp >= 2) {
                    level = level + 1;
                    markTemp = currentTemp;
                }
            }

            level = motor(level);
        }

        return 0;
    }

La funzione ``main()`` contiene il ciclo del programma:

1. Controlla continuamente lo stato del pulsante e legge la temperatura corrente.
2. Alla pressione del pulsante, il livello della ventola aumenta (cicli 0–4) e salva la temperatura.
3. Se la temperatura varia di ±2°C, la velocità della ventola viene regolata automaticamente.
4. Chiama ``motor(level)`` per aggiornare l'uscita PWM in base al livello corrente.