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.. _4.1.13_py_mcp3008:

4.1.13 Monitor di Surriscaldamento (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
-------------------

Potresti voler realizzare un dispositivo di monitoraggio del surriscaldamento applicabile a varie situazioni, ad esempio in fabbrica, per attivare un allarme e spegnere automaticamente la macchina quando si verifica un surriscaldamento di un circuito.  
In questo progetto useremo termistore, joystick, buzzer, LED e LCD per realizzare un dispositivo intelligente di monitoraggio della temperatura con soglia regolabile.

Componenti richiesti
------------------------------

In questo progetto, abbiamo bisogno dei seguenti componenti.

.. image:: ../img/list2_Overheat_Monitor.png
    :width: 800
    :align: center

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

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

    *   - Nome	
        - ARTICOLI IN QUESTO KIT
        - LINK
    *   - Raphael Kit
        - 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_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`
        - \-

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
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

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

**Passo 1:** Costruisci il circuito.

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

**Passo 2:** Configura l'interfaccia SPI e installa la libreria ``spidev`` (vedi :ref:`spi_configuration` per istruzioni dettagliate).  
Se hai già completato questi passaggi, puoi saltarli.

**Passo 3:** Vai nella cartella del codice.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python

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

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 4.1.13-2_OverheatMonitor.py

Quando il codice è in esecuzione, la temperatura attuale e la soglia di alta temperatura **40** vengono visualizzate su **I2C LCD1602**.  
Se la temperatura corrente è superiore alla soglia, il buzzer e il LED vengono attivati per avvisarti.

Il **Joystick** serve per regolare la soglia di temperatura elevata. Spostando il **Joystick** lungo l'asse X e Y è possibile aumentare o diminuire la soglia corrente. Premendo nuovamente il **Joystick** si ripristina la soglia al valore iniziale.

.. note::

    * Se ricevi l'errore ``FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1'``, fai riferimento a :ref:`i2c_config` per abilitare l'I2C.
    * Se ricevi l'errore ``ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2'``, esegui ``sudo apt install python3-smbus2``.
    * Se appare l'errore ``OSError: [Errno 121] Remote I/O error``, significa che il modulo è collegato male o guasto.
    * Se il codice e i collegamenti sono corretti ma l'LCD non mostra contenuti, ruota il potenziometro sul retro per aumentare il contrasto.

.. warning::

    Se compare il messaggio di errore ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address``, fai riferimento a :ref:`faq_soc`

**Codice**

.. note::
    Puoi **Modificare/Resettare/Copiare/Eseguire/Fermare** il codice qui sotto.  
    Prima però devi andare nel percorso del codice sorgente come ``raphael-kit/python``.  
    Dopo aver modificato il codice, puoi eseguirlo direttamente per vedere l'effetto.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

    import RPi.GPIO as GPIO
    import spidev
    import time
    import math
    import LCD1602

    # Pin GPIO
    JOY_BTN_PIN = 22  # Pulsante joystick
    BUZZER_PIN = 23   # Pin buzzer
    LED_PIN = 24      # Pin LED

    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)

    upperTem = 40

    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)
    spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

    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()

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

1. **Importazione librerie**

   Carica le librerie richieste per GPIO, SPI, LCD, gestione del tempo e operazioni matematiche.

   .. code-block:: python

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

2. **Configurazione GPIO e dispositivi**

   Definisce i pin per joystick, buzzer e LED e imposta la modalità GPIO.

   .. 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. **Inizializzazione SPI e LCD**

   Avvia l'interfaccia SPI per MCP3008 e inizializza l'LCD1602 con indirizzo I2C 0x27.

   .. code-block:: python

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

       LCD1602.init(0x27, 1)

4. **Funzione lettura ADC**

   Legge valori analogici da MCP3008 (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

5. **Rilevamento movimento joystick**

   Controlla gli assi X/Y del joystick e restituisce un valore per modificare la soglia.

   .. 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. **Impostazione soglia**

   Mostra “Upper Adjust” su LCD e aggiorna la soglia in base al 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. **Calcolo temperatura**

   Converte la lettura analogica in tensione, resistenza e poi temperatura (°C) con l’equazione 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. **Monitoraggio temperatura**

   Visualizza temperatura e soglia; attiva buzzer e LED se si supera la soglia.

   .. 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. **Logica principale**

   Alterna tra modalità monitoraggio e modalità impostazione soglia premendo il 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. **Pulizia in uscita**

    Spegne correttamente GPIO, LCD e SPI alla chiusura del programma.

    .. code-block:: python

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