.. note::

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.. _2.2.2_c_pi5_mcp3008:

2.2.2 サーミスタ (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
------------

光センサーが光を検出するのと同様に、サーミスタは温度に敏感な電子部品であり、  
熱警報などの温度制御機能を実現するために使用できます。

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_2.2.2_thermistor.png

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_thermistor`
        - |link_thermistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_mcp3008`
        - \-

回路図
-----------------

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

    *   - T-Board 名
        - physical
        - WiringPi
        - BCM

    *   - SPICE0
        - pin24
        - 10
        - 8
    *   - SPIMOSI
        - pin19
        - 12
        - 10
    *   - SPIMISO
        - pin21
        - 13
        - 9
    *   - SPISCLK
        - pin23
        - 14
        - 11

.. image:: ../img/schematic_2.2.2_thermistor_mcp3008.png

実験手順
-----------------------

**ステップ 1:** 回路を組み立てます。

.. image:: ../img/july24_2.2.2_thermistor_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/2.2.2-2/

**ステップ 3:** コードをコンパイルします。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 2.2.2_Thermistor.c -o Thermistor -lwiringPi -lm

.. note::
    -lm は math ライブラリを読み込むために必要です。省略するとエラーになります。

**ステップ 4:** 実行ファイルを実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    ./Thermistor

コードを実行すると、サーミスタが周囲温度を検出し、計算結果が画面に表示されます。

.. 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_pi5` を参照してください。

**コード**

.. code-block:: c

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

    #define SPI_CHANNEL 0  // CE0
    #define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz

    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 + チャンネル
        buffer[2] = 0;

        wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

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

    int main(void) {
        int analogVal;
        double Vr, Rt, temp, cel, Fah;

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

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

        while (1) {
            analogVal = read_ADC(0);  // CH0 から読み取り

            // MCP3008 は 10ビット ADC (0–1023)
            Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0;  // 基準電圧 Vref = 3.3V と仮定
            Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr); // 分圧回路, 10k 抵抗を使用
            temp = 1 / ((log(Rt / 10000.0) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)));
            cel = temp - 273.15;
            Fah = cel * 1.8 + 32;

            printf("Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F\n", cel, Fah);
            delay(1000);
        }

        return 0;
    }

コード解説
---------------------------

.. code-block:: c

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

GPIO 制御 (``wiringPi.h``)、SPI 通信 (``wiringPiSPI.h``)、標準 I/O 操作 (``stdio.h``)、数学関数 (``math.h``) のライブラリをインクルード。

.. code-block:: c

    #define SPI_CHANNEL 0
    #define SPI_SPEED   1000000

SPI チャンネルと通信速度を定義。ここでは SPI チャンネル 0 (CE0) とクロック速度 1MHz を使用。

.. code-block:: c

    int read_ADC(int channel)

指定された MCP3008 チャンネルからアナログデータを読み取る関数。

.. code-block:: c

    buffer[0] = 1;
    buffer[1] = (8 + channel) << 4;
    buffer[2] = 0;

MCP3008 プロトコルに従って SPI コマンドを設定: 開始ビット、シングルエンドモード設定、チャンネル番号。

.. code-block:: c

    wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

SPI コマンドを転送し、MCP3008 から 10ビット ADC データを取得。

.. code-block:: c

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

返された SPI バッファから 10 ビットの ADC 結果を抽出。

.. code-block:: c

    if (wiringPiSetup() == -1) { ... }
    if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) { ... }

WiringPi を初期化し、SPI を設定。初期化に失敗した場合は終了。

.. code-block:: c

    analogVal = read_ADC(0);

サーミスタの分圧回路が接続された MCP3008 チャンネル 0 のアナログ信号を読み取る。

.. code-block:: c

    Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0;

デジタル値をアナログ電圧に変換。ADC の範囲は 0–1023、基準電圧は 3.3V。

.. code-block:: c

    Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr);

分圧公式を使用してサーミスタの抵抗を計算。10kΩ 抵抗を仮定。

.. code-block:: c

    temp = 1 / ((log(Rt / 10000.0) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)));

B 定数式を使用してサーミスタ抵抗から温度 (ケルビン) を算出。  
**T(K) = 1 / [ln(Rt/R₀)/B + 1/T₀]**  
- R₀ = 10kΩ  
- B = 3950  
- T₀ = 25°C = 298.15K

.. code-block:: c

    cel = temp - 273.15;

ケルビン温度を摂氏温度に変換。

.. code-block:: c

    Fah = cel * 1.8 + 32;

摂氏温度を華氏に変換。

.. code-block:: c

    printf("Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F\n", cel, Fah);

温度を摂氏と華氏で小数点 2 桁の精度で表示。