.. note::

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.. _2.2.2_py_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応じて **ADC0834** または **MCP3008** が含まれています。  
   お手持ちのバージョンに対応する章をご参照ください。

概要
----

フォトレジスタが光を検知するのと同様に、サーミスタは温度に応じて抵抗値が変化する部品です。  
これを利用することで、例えば温度制御や高温警報などの機能を実現できます。

必要な部品
----------

このプロジェクトで必要な部品は以下の通りです。

.. image:: ../python_pi5/img/list2_2.2.2_thermistor.png

キット一式で購入すると便利です。リンクはこちら：

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

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

個別に購入することもできます。以下のリンクをご参照ください。

.. 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
------

.. .. image:: ../python_pi5/img/2.2.2_thermistor_schematic_1.png

.. 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:: ../python_pi5/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:: ../python_pi5/img/july24_2.2.2_thermistor_mcp3008.png

**ステップ 2:** SPI インターフェースを設定し、 ``spidev`` ライブラリをインストールします（詳細は :ref:`spi_configuration` を参照）。すでに設定済みの場合は省略可能です。

**ステップ 3:** コードがあるフォルダに移動します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python-pi5

**ステップ 4:** 実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 2.2.2-2_Thermistor_zero.py

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

.. warning::

    ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` エラーが表示された場合は :ref:`faq_soc` を参照してください。

コード
------

.. note::
    以下のコードは **修正／リセット／コピー／実行／停止** が可能です。  
    その前に ``raphael-kit/python-pi5`` のソースコードパスに移動してください。変更後、直接実行して結果を確認できます。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: python

    #!/usr/bin/env python3
    # -*- coding: utf-8 -*-

    import spidev
    import time
    import math

    # Initialize SPI for MCP3008 (Bus 0, CE0)
    spi = spidev.SpiDev()
    spi.open(0, 0)  # Bus 0, Device 0 (CE0)
    spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

    def read_adc(channel):
        """
        Read analog value from MCP3008 channel (0–7)
        """
        if channel < 0 or channel > 7:
            return -1
        # MCP3008 communication format
        adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
        value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
        return value

    try:
        while True:
            # Read analog value from CH0 of MCP3008
            analogVal = read_adc(0)

            # Convert to voltage (3.3V reference)
            Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0

            # Calculate thermistor resistance
            Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr)

            # Calculate temperature in Kelvin using the Steinhart–Hart approximation
            tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0)))

            # Convert to Celsius and Fahrenheit
            Cel = tempK - 273.15
            Fah = Cel * 1.8 + 32

            # Print the temperature
            print('Celsius: %.2f °C  Fahrenheit: %.2f °F' % (Cel, Fah))

            # Wait before next reading
            time.sleep(0.2)

    except KeyboardInterrupt:
        spi.close()

コード解説
----------

1. ``spidev`` モジュールで MCP3008 と通信し、 ``time`` モジュールで待機処理を、 ``math`` モジュールで温度計算に必要な対数計算を行います。

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3
       # -*- coding: utf-8 -*-

       import spidev
       import time
       import math


2. MCP3008 をバス 0、デバイス 0 (CE0) で初期化し、SPI クロック速度を 1 MHz に設定します。

   .. code-block:: python

       # Initialize SPI for MCP3008 (Bus 0, CE0)
       spi = spidev.SpiDev()
       spi.open(0, 0)  # Bus 0, Device 0 (CE0)
       spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz


3. 指定した MCP3008 チャンネル (0～7) からアナログ値を読み取る関数 ``read_adc()`` を定義しています。SPI を使用し、10 ビット整数 (0～1023) を返します。

   .. code-block:: python

       def read_adc(channel):
           """
           Read analog value from MCP3008 channel (0–7)
           """
           if channel < 0 or channel > 7:
               return -1
           # MCP3008 communication format
           adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
           value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
           return value


4. 無限ループで CH0 のサーミスタ値を取得し、電圧 (3.3V 基準) に変換、その後抵抗値に変換します。  
   ステインハート・ハート式を使用して絶対温度 (K) を計算し、摂氏 (°C) および華氏 (°F) に変換して表示します。  
   0.2 秒ごとに更新します。

   .. code-block:: python

       try:
           while True:
               # Read analog value from CH0 of MCP3008
               analogVal = read_adc(0)

               # Convert to voltage (3.3V reference)
               Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0

               # Calculate thermistor resistance
               Rt = 10000.0 * Vr / (3.3 - Vr)

               # Calculate temperature in Kelvin using the Steinhart–Hart approximation
               tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0)))

               # Convert to Celsius and Fahrenheit
               Cel = tempK - 273.15
               Fah = Cel * 1.8 + 32

               # Print the temperature
               print('Celsius: %.2f °C  Fahrenheit: %.2f °F' % (Cel, Fah))

               # Wait before next reading
               time.sleep(0.2)

5. ``KeyboardInterrupt`` (Ctrl+C) を検知するとプログラムを終了し、SPI 接続を閉じてリソースを解放します。

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           spi.close()