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.. _4.1.10_py_pi5_mcp3008:

4.1.7 Ventilatore intelligente (MCP3008)
==========================================

.. note::

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

   A seconda della versione del 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, la cui velocità del vento è regolabile.

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

In questo progetto, abbiamo bisogno dei seguenti componenti.

.. image:: ../python_pi5/img/list2_Smart_Fan.png
    :width: 800
    :align: center

È sicuramente comodo 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_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:: ../python_pi5/img/schematic_3.1.4_smart_fan_mcp3008.png
    :align: center
    :width: 800

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

**Passo 1:** Costruisci il circuito.

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

.. note::
    Il modulo di alimentazione può utilizzare una batteria da 9V con la clip batteria da 9V inclusa nel kit.

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

**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-pi5

**Passo 4:** Esegui.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 4.1.10-2_SmartFan_zero.py

Quando il codice è in esecuzione, avvia il ventilatore premendo il pulsante. Ogni volta che lo premi, la velocità aumenta o diminuisce di un livello.  
Ci sono **5** tipi di velocità: **0~4**. Quando è impostata la quarta velocità e premi il pulsante, il ventilatore si ferma con velocità **0**.

Una volta che la temperatura aumenta o diminuisce di oltre 2℃, la velocità si regola automaticamente di un livello superiore o inferiore.

Codice
--------

.. note::
    Puoi **Modificare/Resettare/Copiare/Eseguire/Fermare** il codice qui sotto.  
    Prima, però, devi andare al percorso del codice sorgente, ad esempio ``raphael-kit/python-pi5``.  
    Dopo aver modificato il codice, puoi eseguirlo direttamente per vederne l'effetto.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3

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

    # Inizializza SPI per MCP3008
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # Bus 0, CE0 (GPIO8 / pin fisico 24)
    spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

    # Inizializza GPIO per il pulsante e il controllo del motore
    BtnPin = Button(22)  # GPIO22 (pin fisico 15)
    motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13)  # GPIO5, GPIO6, GPIO13

    # Variabili per tracciare il livello di velocità del motore e le temperature
    level = 0
    currentTemp = 0
    markTemp = 0

    def read_adc(channel):
        """
        Legge il valore analogico dal canale 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():
        """
        Legge e calcola la temperatura corrente dal sensore.
        Ritorna:
            float: Temperatura attuale in Celsius.
        """
        analogVal = read_adc(0)  # Termistore collegato a CH0
        Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0  # Sistema a 3,3V
        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):
        """
        Regola la velocità del motore in base al livello specificato.
        Argomenti:
            level (int): livello di velocità desiderato.
        Ritorna:
            int: livello di velocità regolato.
        """
        if level == 0:
            motor.stop()
            return 0
        if level >= 4:
            level = 4
        motor.forward(speed=float(level / 4))
        return level

    def changeLevel():
        """
        Cambia il livello di velocità del motore quando si preme il pulsante e aggiorna la temperatura di riferimento.
        """
        global level, currentTemp, markTemp
        print("Pulsante premuto")
        level = (level + 1) % 5
        markTemp = currentTemp

    # Associa l'evento di pressione del pulsante alla funzione changeLevel
    BtnPin.when_pressed = changeLevel

    def main():
        """
        Funzione principale per monitorare continuamente e rispondere alle variazioni di 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)

    # Esegue la funzione principale e gestisce KeyboardInterrupt
    try:
        main()
    except KeyboardInterrupt:
        motor.stop()
        spi.close()

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

#. Importa le librerie per il controllo di motore e pulsante, la comunicazione SPI con MCP3008 e i calcoli matematici.  
   ``gpiozero`` viene utilizzata per controllare i dispositivi GPIO, ``spidev`` per la comunicazione SPI con MCP3008 e ``math`` per calcolare la temperatura dalla resistenza.

   .. code-block:: python

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

#. Inizializza la comunicazione SPI sul bus 0, dispositivo 0 (CE0), collegato al chip ADC MCP3008.

   .. code-block:: python

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

#. Configura GPIO22 come input per il pulsante e definisce il motore con GPIO5 (avanti), GPIO6 (indietro) e GPIO13 (enable). Dichiara variabili globali per il livello di velocità del motore e il monitoraggio della temperatura.

   .. code-block:: python

       BtnPin = Button(22)
       motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13)
       level = 0
       currentTemp = 0
       markTemp = 0

#. Funzione per leggere valori analogici dall'MCP3008 su un canale specificato tramite SPI. Il valore restituito è un numero a 10 bit (0–1023).

   .. 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

#. Funzione per leggere la temperatura dal termistore. Converte il valore ADC in tensione, calcola la resistenza e poi la temperatura in Celsius usando l'approssimazione Steinhart–Hart.

   .. code-block:: python

       def temperature():
           analogVal = read_adc(0)
           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

#. Funzione per controllare la velocità del motore in base al livello (0–4). A livello 0, il motore si ferma; per i livelli 1–4, la velocità PWM viene impostata proporzionalmente.

   .. code-block:: python

       def motor_run(level):
           if level == 0:
               motor.stop()
               return 0
           if level >= 4:
               level = 4
           motor.forward(speed=float(level / 4))
           return level

#. Gestore dell'evento del pulsante per incrementare il livello della velocità ciclicamente da 0 a 4. Aggiorna anche la temperatura di riferimento quando cambia il livello.

   .. code-block:: python

       def changeLevel():
           global level, currentTemp, markTemp
           level = (level + 1) % 5
           markTemp = currentTemp

       BtnPin.when_pressed = changeLevel

#. Logica principale che legge continuamente la temperatura e la confronta con un valore di riferimento (``markTemp``). Se la differenza di temperatura è ±2°C, il livello di velocità viene regolato di conseguenza. Il motore viene aggiornato in ogni ciclo, con un piccolo ritardo per evitare commutazioni rapide.

   .. 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)
               sleep(0.2)

#. Il programma viene eseguito all'interno di un blocco try-except e garantisce che il motore si fermi e la connessione SPI venga chiusa correttamente in caso di interruzione con Ctrl+C.

   .. code-block:: python

       try:
           main()
       except KeyboardInterrupt:
           motor.stop()
           spi.close()