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4.1.10 Monitor di surriscaldamento (MCP3008)
Nota
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.
È sicuramente comodo acquistare un kit completo, ecco il link:
Nome |
ARTICOLI IN QUESTO KIT |
LINK |
|---|---|---|
Raphael Kit |
337 |
Puoi anche acquistarli separatamente dai link sottostanti.
INTRODUZIONE COMPONENTE |
LINK DI ACQUISTO |
|---|---|
- |
|
- |
|
- |
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 |
Procedure sperimentali
Passo 1: Costruisci il circuito.
Passo 2: Configura l’interfaccia SPI e installa la libreria spidev (vedi Configurazione SPI per istruzioni dettagliate).
Se hai già completato questi passaggi, puoi saltarli.
Passo 3: Vai nella cartella del codice.
cd ~/raphael-kit/python-pi5
Passo 4: Esegui il file eseguibile.
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.
Nota
Se ottieni l’errore
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1', fai riferimento a Configurazione I²C per abilitare l’I2C.Se appare l’errore
ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2', eseguisudo 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.
Avvertimento
Se compare l’errore RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address, fai riferimento a If gpiozero doesn’t work.
Codice
Nota
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.
#!/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:
LCD1602per la visualizzazione su LCD tramite I2C,gpiozeroper LED, buzzer e pulsante,spidevper comunicare con MCP3008 e le librerie standardtimeemathper ritardi e calcoli.#!/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 joystickBuzzer(23)eLED(24)come indicatori di allarme temperatura.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
except KeyboardInterrupt: LCD1602.clear() spi.close()