.. note::

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.. _3.1.5_c_mcp3008:

3.1.5 バッテリーインジケーター (MCP3008)
==================================================

.. note::

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

   キットのバージョンによって **ADC0834** または **MCP3008** が含まれています。  
   該当するセクションを選択してください。

はじめに
--------------

このプロジェクトでは、LED バーグラフを使用してバッテリー残量を視覚的に表示するバッテリーインジケーター装置を作成します。

.. warning::

    3.3V を超えるバッテリーを使用しないでください。過負荷によりチップや Raspberry Pi が損傷する可能性があります。

必要な部品
------------------------------

このプロジェクトには以下の部品が必要です。

.. image:: ../img/list2_Battery_Indicator.png
    :align: center

部品をまとめて購入するのが便利です。リンクはこちら:

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

    *   - 名前	
        - キット内数量
        - リンク
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

以下から個別に購入することもできます。

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

    *   - 部品紹介
        - 購入リンク

    *   - :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_bar_graph`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_mcp3008`
        - \-

回路図
-------------------

============ ======== ======== ===
T-Board 名   physical wiringPi BCM
SPICE0       Pin 24   10       8
SPIMOSI      Pin 19   12       10
SPIMISO      Pin 21   13       9
SPISCLK      Pin 23   14       11
GPIO25       Pin 22   6        25
GPIO12       Pin 32   26       12
GPIO16       Pin 36   27       16
GPIO20       Pin 38   28       20
GPIO21       Pin 40   29       21
GPIO5        Pin 29   21       5
GPIO6        Pin 31   22       6
GPIO13       Pin 33   23       13
GPIO19       Pin 35   24       19
GPIO26       Pin 37   25       26
============ ======== ======== ===

.. image:: ../img/schematic_battery_indicator_mcp3008.png
   :align: center

実験手順
-------------------------

**ステップ 1:** 回路を組み立てます。

.. image:: ../img/july24_3.1.5_battery_indicator_mcp3008.png

**ステップ 2:** コードのあるフォルダに移動します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/raphael-kit/c/3.1.5-2/

**ステップ 3:** コードをコンパイルします。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    gcc 3.1.5_BatteryIndicator.c -lwiringPi

**ステップ 4:** 実行ファイルを実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo ./a.out

プログラムが実行されたら、MCP3008 の 3 番ピンと GND からそれぞれ導線を取り出し、バッテリーの両極に接続します。  
すると LED バーグラフの対応する LED が点灯し、電圧レベル (測定範囲: 0-5V) が表示されます。

.. note::

    実行しても動作しない、または「wiringPi.h: No such file or directory」というエラーが出た場合は :ref:`install_wiringpi` を参照してください。

コード
--------

.. code-block:: c

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

    #define SPI_CHANNEL 0
    #define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz
    #define VREF        3.3      

    int pins[10] = {6, 26, 27, 28, 29, 21, 22, 23, 24, 25};

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

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;  // 開始ビット
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;  // シングルエンドモード
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

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

    void LedBarGraph(int value) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i < value)
                digitalWrite(pins[i], HIGH);  
            else
                digitalWrite(pins[i], LOW);
        }
    }

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

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

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pinMode(pins[i], OUTPUT);
            digitalWrite(pins[i], HIGH);
        }

        while (1) {
            int analogVal = read_ADC(0);  // MCP3008 CH0
            if (analogVal < 0) continue;

            float voltage = analogVal * VREF / 1023.0;
            int level = analogVal * 10 / 1024;  
            if (level > 10) level = 10;  

            LedBarGraph(level);

            printf("ADC Value: %d\tVoltage: %.2f V\tLevel: %d\n", analogVal, voltage, level);

            delay(200);
        }

        return 0;
    }

コード解説
----------------------
.. code-block:: c

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

        unsigned char buffer[3];
        buffer[0] = 1;  // 開始ビット
        buffer[1] = (8 + channel) << 4;  // シングルエンドモード, CH0~CH7
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

        int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];  // 10ビット結果を結合
        return value;
    }

この関数は MCP3008 ADC チップから SPI を使用してアナログ値を読み取ります。  
`channel` パラメータで 8 個のアナログ入力 (CH0–CH7) のどれを使用するかを選択します。  
MCP3008 はアナログ電圧を表す 0〜1023 の 10 ビットデジタル値を返します。

.. code-block:: c

    void LedBarGraph(int value) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            if (i < value)
                digitalWrite(pins[i], HIGH);  // LED を ON (アクティブ HIGH 配線を想定)
            else
                digitalWrite(pins[i], LOW);   // LED を OFF
        }
    }

この関数は 10 個の LED バーグラフを制御します。  
各 LED は電圧範囲の 1/10 を表し、指定レベルまで順に点灯します。

注意: このバージョンは LED のアノードが GPIO に接続され、カソードが GND である (アクティブ HIGH) 配線を想定しています。

.. code-block:: c

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

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

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pinMode(pins[i], OUTPUT);
            digitalWrite(pins[i], HIGH);  // 全ての LED を初期 ON
        }

        while (1) {
            int analogVal = read_ADC(0);  // CH0 の電圧を読み取り
            if (analogVal < 0) continue;

            float voltage = analogVal * VREF / 1023.0;
            int level = analogVal * 10 / 1024;  // 0〜10 レベルに変換
            if (level > 10) level = 10;

            LedBarGraph(level);  // LED にレベルを表示

            printf("ADC Value: %d\tVoltage: %.2f V\tLevel: %d\n", analogVal, voltage, level);

            delay(200);  // 更新速度: 5Hz
        }

        return 0;
    }

メインプログラムの処理:

- wiringPi と SPI 通信を初期化  
- LED バーを制御するため GPIO ピンを出力設定  
- MCP3008 (CH0) からアナログ電圧を継続的に読み取り  
- 読み取り値を `VREF = 3.3V` を基準に電圧へ変換  
- 電圧を 0〜10 段階にスケーリングし LED に表示  
- シリアルコンソールに ADC 値・電圧(ボルト)・LED レベルを表示

このプログラムは視覚的なバッテリー残量インジケーターまたはアナログ電圧計として機能します。