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.. _4.1.13_py_pi5_mcp3008:

4.1.10 Monitor di surriscaldamento (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
-------------------

Potresti voler realizzare un dispositivo di monitoraggio del surriscaldamento applicabile a diverse situazioni, ad esempio in fabbrica, per avere un allarme e lo spegnimento automatico della macchina quando c'è un surriscaldamento del circuito.  
In questo progetto, utilizzeremo 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:: ../python_pi5/img/list2_Overheat_Monitor.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_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:: ../python_pi5/img/schematic_over_monitor_mcp3008.png
   :align: center

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

**Passo 1:** Costruisci il circuito.

.. image:: ../python_pi5/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-pi5

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

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo python3 4.1.13-2_OverheatMonitor_zero.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 si attiveranno per avvisarti.

Il **Joystick** serve per regolare la soglia di temperatura elevata: muovendolo lungo l'asse X e Y si aumenta o diminuisce la soglia corrente.  
Premendo nuovamente il **Joystick**, la soglia verrà reimpostata al valore iniziale.

.. note::

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

.. warning::

    Se compare l'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 al 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 LCD1602
    from gpiozero import LED, Buzzer, Button
    import spidev
    import time
    import math

    # Inizializza pulsante joystick, buzzer e LED
    Joy_BtnPin = Button(22)  # GPIO22, Pin15
    buzzPin = Buzzer(23)     # GPIO23, Pin16
    ledPin = LED(24)         # GPIO24, Pin18

    # Soglia iniziale di temperatura superiore
    upperTem = 40

    # Inizializza SPI per MCP3008 (Bus 0, CE0 -> GPIO8 / Pin24)
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)
    spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

    # Inizializza LCD (indirizzo I2C 0x27, retroilluminazione attiva)
    LCD1602.init(0x27, 1)

    def read_adc(channel):
        """
        Legge il valore analogico da 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 get_joystick_value():
        """
        Legge i valori del joystick e restituisce un valore di variazione 
        in base alla posizione del joystick.
        """
        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():
        """
        Regola e visualizza la soglia di temperatura superiore sull'LCD.
        """
        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():
        """
        Legge la temperatura corrente dal sensore e la restituisce in Celsius.
        """
        analogVal = read_adc(0)
        Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0
        if Vr == 0:
            return 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 round(Cel, 2)

    def monitoring_temp():
        """
        Monitora e visualizza la temperatura corrente e la soglia impostata. 
        Attiva buzzer e LED se la temperatura supera il limite.
        """
        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:
            buzzPin.on()
            ledPin.on()
        else:
            buzzPin.off()
            ledPin.off()

    # Ciclo principale
    try:
        lastState = 1
        stage = 0
        while True:
            currentState = Joy_BtnPin.value
            if currentState == 1 and lastState == 0:
                stage = (stage + 1) % 2
                time.sleep(0.1)
                LCD1602.clear()
            lastState = currentState
            if stage == 1:
                upper_tem_setting()
            else:
                monitoring_temp()
    except KeyboardInterrupt:
        LCD1602.clear()
        spi.close()

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

#. **Importazione delle librerie richieste:** ``LCD1602`` per la visualizzazione su LCD tramite I2C, ``gpiozero`` per LED, buzzer e pulsante, ``spidev`` per comunicare con MCP3008 e le librerie standard ``time`` e ``math`` per ritardi e calcoli.


   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3

       import LCD1602
       from gpiozero import LED, Buzzer, Button
       import spidev
       import time
       import math

#. **Inizializzazione componenti hardware:**  

   - ``Button(22)`` per il pulsante del joystick  
   - ``Buzzer(23)`` e ``LED(24)`` come indicatori di allarme temperatura.


   .. code-block:: python

       Joy_BtnPin = Button(22)  # GPIO22, Pin15
       buzzPin = Buzzer(23)     # GPIO23, Pin16
       ledPin = LED(24)         # GPIO24, Pin18


#. **Soglia di temperatura e inizializzazione SPI/LCD:**  
   Imposta la soglia di temperatura iniziale a 40°C, inizializza SPI per MCP3008 e il display LCD1602.


   .. code-block:: python

       upperTem = 40

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

       LCD1602.init(0x27, 1)

#. **Funzione di lettura canale ADC:**  
   Restituisce un valore a 10 bit (0–1023) dal canale selezionato 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


#. **Lettura joystick:**  
   Legge le posizioni X e Y dal joystick (canali MCP3008 1 e 2) e restituisce un valore per la regolazione della 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

#. **Regolazione della soglia:**  
   Aggiorna la soglia tramite joystick e la visualizza su LCD.


   .. 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)

#. **Lettura temperatura dal termistore:**  
   Converte il valore ADC in tensione, resistenza e quindi temperatura in Celsius usando l'approssimazione Steinhart–Hart.


   .. code-block:: python

    def temperature():
        """
        Reads the current temperature from the sensor and returns it in Celsius.
        """
        analogVal = read_adc(0)
        Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0  # Voltage across the fixed resistor
        if Vr == 0:
            return 0  # Prevent division by zero
        Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr)  # Adjusted formula: thermistor voltage is (3.3 - Vr)
        temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)))
        Cel = temp - 273.15
        return round(Cel, 2)

#. **Monitoraggio temperatura:**  
   Mostra temperatura e soglia su LCD. Se la temperatura supera la soglia, attiva buzzer e LED.

   .. 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:
               buzzPin.on()
               ledPin.on()
           else:
               buzzPin.off()
               ledPin.off()

#. **Ciclo principale e gestione modalità:**  
   Alterna tra modalità impostazione soglia e modalità monitoraggio. Il pulsante del joystick commuta tra le due modalità.


   .. code-block:: python

       try:
           lastState = 1
           stage = 0
           while True:
               currentState = Joy_BtnPin.value
               if currentState == 1 and lastState == 0:
                   stage = (stage + 1) % 2
                   time.sleep(0.1)
                   LCD1602.clear()
               lastState = currentState
               if stage == 1:
                   upper_tem_setting()
               else:
                   monitoring_temp()


#. **Chiusura sicura:**  
   Cancella il display LCD e chiude la connessione SPI in caso di interruzione da tastiera.


   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           LCD1602.clear()
           spi.close()