.. note::

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.. _3.1.4_c_pi5_mcp3008:

3.1.4 スマートファン (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、モーター・ボタン・サーミスタを使用して、手動と自動の両方で風量を調節できるスマートファンを作成します。

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_Smart_Fan.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_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|

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
GPIO22       Pin 15   3        22
GPIO5        Pin 29   21       5
GPIO6        Pin 31   22       6
GPIO13       Pin 33   23       13
============ ======== ======== ===

.. image:: ../img/schematic_3.1.4_smart_fan_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_3.1.4_smart_fan_mcp3008.png
    :align: center

.. note::
    電源モジュールにはキット内の 9V 電池スナップ付き 9V 電池を使用できます。  
    電源モジュールのジャンパキャップをブレッドボードの 5V バスストリップに接続します。

.. image:: ../img/image118.jpeg
    :align: center

**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/3.1.4-2/

**ステップ 3**: コンパイルします。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    gcc 3.1.4_SmartFan.c -o SmartFan -lwiringPi -lm

**ステップ 4**: 実行ファイルを実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    ./SmartFan

コードを実行すると、ボタンを押してファンを起動します。  
ボタンを押すたびに風量が 1 段階ずつ変わります。  
風量は **0～4** の **5 段階**で、4 段階目で再度押すと風量 **0** で停止します。

温度が 2℃ 以上上下すると、風量が自動で 1 段階上がるか下がります。

.. 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 <softPwm.h>
    #include <math.h>

    #define SPI_CHANNEL 0
    #define SPI_SPEED   1000000
    #define MotorPin1   21
    #define MotorPin2   22
    #define MotorEnable 23
    #define BtnPin      3

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

    int temperture()
    {
        int analogVal = read_ADC(0);
        double Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0;  // MCP3008 の Vref=3.3V
        double Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr);
        double temp = 1 / (((log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)));
        double cel = temp - 273.15;
        double Fah = cel * 1.8 + 32;
        printf("Celsius: %.2f C  Fahrenheit: %.2f F\n", cel, Fah);
        return (int)cel;
    }

    int motor(int level)
    {
        if (level == 0) {
            digitalWrite(MotorEnable, LOW);
            return 0;
        }
        if (level >= 4) {
            level = 4;
        }
        digitalWrite(MotorEnable, HIGH);
        softPwmWrite(MotorPin1, level * 25);
        return level;
    }

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

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

        softPwmCreate(MotorPin1, 0, 100);
        softPwmCreate(MotorPin2, 0, 100);
        pinMode(MotorEnable, OUTPUT);
        pinMode(BtnPin, INPUT);
    }

    int main(void)
    {
        setup();
        int currentState, lastState = 0;
        int level = 0;
        int currentTemp, markTemp = 0;

        while (1) {
            currentState = digitalRead(BtnPin);
            currentTemp = temperture();

            if (currentTemp <= 0) continue;

            if (currentState == 1 && lastState == 0) {
                level = (level + 1) % 5;
                markTemp = currentTemp;
                delay(500);
            }

            lastState = currentState;

            if (level != 0) {
                if (currentTemp - markTemp <= -2) {
                    level = level - 1;
                    markTemp = currentTemp;
                }
                if (currentTemp - markTemp >= 2) {
                    level = level + 1;
                    markTemp = currentTemp;
                }
            }

            level = motor(level);
        }

        return 0;
    }

コード解説
----------------------

.. code-block:: c

    int read_ADC(int channel) { ... }

指定した MCP3008 チャンネルからアナログ入力を読み取ります。  
3 バイトの SPI コマンドを送信し、0～1023 の 10 ビットデジタル値を返します。

.. code-block:: c

    int temperture() { ... }

``temperture()`` 関数はサーミスタのアナログ信号を読み取り、電圧・抵抗を計算し、  
サーミスタ式 (Steinhart–Hart 近似式) を用いて摂氏と華氏に変換します。

.. code-block:: c

    int motor(int level) { ... }

``motor()`` 関数は PWM を使ってファン速度を制御します。  
レベルは 0～4 の範囲で、0 で停止し、1 段階ごとにデューティ比が 25% ずつ増えます。

.. code-block:: c

    void setup() { ... }

``setup()`` 関数は WiringPi の初期化、SPI 設定、PWM の初期化、モーターとボタン用 GPIO の設定を行います。

.. code-block:: c

    int main(void) { ... }

``main()`` 関数はプログラムのメインループです:

1. ボタン状態を常時確認し、温度を取得します。  
2. ボタンを押すと風量が (0～4) で切り替わり、現在温度を保存します。  
3. 温度変化が ±2℃ 以上の場合、風量が自動で 1 段階上下します。  
4. ``motor(level)`` を呼び出し PWM 出力を更新します。