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.. _3.1.8_py_pi5_monitor:


3.1.8 Überhitzungsüberwachung
================================

Einleitung
-------------------

Sie möchten ein Überhwärmeüberwachungsgerät entwickeln, das in verschiedenen Situationen angewendet werden kann, z. B. in einer Fabrik, wenn ein Alarmsignal ausgelöst und die Maschine rechtzeitig ausgeschaltet werden soll, wenn es zu einer Überhitzung des Stromkreises kommt. In diesem Projekt verwenden wir einen Thermistor, einen Joystick, einen Summer, eine LED und ein LCD, um ein intelligentes Temperaturüberwachungsgerät zu erstellen, dessen Schwellenwert einstellbar ist.

Benötigte Komponenten
------------------------------

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.13_overheat_monitor_list.png
    :width: 800
    :align: center

Schaltplan
--------------------------

============ ======== ======== ===
T-Karte Name physisch wiringPi BCM
GPIO17       Pin 11   0        17
GPIO18       Pin 12   1        18
GPIO27       Pin 13   2        27
GPIO22       Pin15    3        22
GPIO23       Pin16    4        23
GPIO24       Pin18    5        24
SDA1         Pin 3             
SCL1         Pin 5             
============ ======== ======== ===

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.13_overheat_monitor_schematic.png
   :align: center

Versuchsdurchführung
-----------------------------

**Schritt 1:** Bauen Sie die Schaltung.

.. image:: ../python_pi5/img/4.1.13_overheat_monitor_circuit.png


**Schritt 2:** Gehen Sie zum Ordner mit dem Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

**Schritt 3:** Führen Sie die ausführbare Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block:: 

    sudo python3 3.1.8_OverheatMonitor_zero.py

Während der Code ausgeführt wird, werden die aktuelle Temperatur und die Hochtemperaturschwelle von **40** auf einem **I2C LCD1602** angezeigt. Wenn die aktuelle Temperatur höher ist als die Schwelle, wird der Summer und die LED aktiviert, um Sie zu alarmieren.

Der **Joystick** dient dazu, die Hochtemperaturschwelle anzupassen. Das Drehen des **Joystick** in Richtung der X- und Y-Achse kann die aktuelle Hochtemperaturschwelle erhöhen oder verringern. Drücken Sie den **Joystick** erneut, um die Schwelle auf den Ausgangswert zurückzusetzen.

.. note::

    * Wenn der Fehler ``FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '/dev/i2c-1'`` auftritt, müssen Sie :ref:`i2c_config` aufrufen, um I2C zu aktivieren.
    * Wenn der Fehler ``ModuleNotFoundError: No module named 'smbus2'`` auftritt, führen Sie ``sudo pip3 install smbus2`` aus.
    * Wenn der Fehler ``OSError: [Errno 121] Remote I/O error`` auftritt, bedeutet dies, dass das Modul falsch angeschlossen ist oder defekt ist.
    * Wenn der Code und die Verkabelung in Ordnung sind, das LCD jedoch keinen Inhalt anzeigt, können Sie den Potenziometer auf der Rückseite drehen, um den Kontrast zu erhöhen.


.. warning::

    Wenn die Fehlermeldung ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` angezeigt wird, lesen Sie bitte :ref:`faq_soc`

**Code**

.. note::
    Sie können den folgenden Code **ändern/zurücksetzen/kopieren/ausführen/anhalten**. Davor müssen Sie jedoch zum Quellcodepfad wie ``raphael-kit/python`` gehen. Nachdem Sie den Code geändert haben, können Sie ihn direkt ausführen, um die Wirkung zu sehen.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

   #!/usr/bin/env python3

   import LCD1602
   from gpiozero import LED, Buzzer, Button
   import ADC0834
   import time
   import math

   # Initialisieren Sie Joystick-Taste, Summer und LED
   Joy_BtnPin = Button(22)
   buzzPin = Buzzer(23)
   ledPin = LED(24)

   # Setzen Sie die anfängliche obere Temperaturschwelle
   upperTem = 40

   # Setup ADC- und LCD-Module
   ADC0834.setup()
   LCD1602.init(0x27, 1)

   def get_joystick_value():
       """
       Liest die Joystick-Werte und gibt einen Änderungswert basierend auf der Position des Joysticks zurück.
       """
       x_val = ADC0834.getResult(1)
       y_val = ADC0834.getResult(2)
       if x_val > 200:
           return 1
       elif x_val < 50:
           return -1
       elif y_val > 200:
           return -10
       elif y_val < 50:
           return 10
       else:
           return 0

   def upper_tem_setting():
       """
       Passt die obere Temperaturschwelle an und zeigt sie auf dem LCD an.
       """
       global upperTem
       LCD1602.write(0, 0, 'Oben anpassen: ')
       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():
       """
       Liest die aktuelle Temperatur vom Sensor und gibt sie in Grad Celsius zurück.
       """
       analogVal = ADC0834.getResult()
       Vr = 5 * float(analogVal) / 255
       Rt = 10000 * Vr / (5 - Vr)
       temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15 + 25)))
       Cel = temp - 273.15
       return round(Cel, 2)

   def monitoring_temp():
       """
       Überwacht und zeigt die aktuelle Temperatur und die obere Temperaturschwelle an. Aktiviert den Summer und die LED, wenn die Temperatur den oberen Grenzwert überschreitet.
       """
       global upperTem
       Cel = temperature()
       LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
       LCD1602.write(0, 1, 'Oben: ')
       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()

   # Hauptausführungsschleife
   try:
       lastState = 1
       stage = 0
       while True:
           currentState = Joy_BtnPin.value
           # Wechseln Sie zwischen Einstell- und Überwachungsmodus
           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:
       # Bereinigen und beenden
       LCD1602.clear()
       ADC0834.destroy()


**Code-Erklärung**

#. In diesem Abschnitt werden die erforderlichen Bibliotheken für das Projekt importiert. ``LCD1602`` ist für das LCD-Display, ``gpiozero`` bietet Klassen für LED, Summer und Taste, ``ADC0834`` ist für die Analog-Digital-Umwandlung und ``time`` und ``math`` sind Python-Standardbibliotheken für zeitbezogene Funktionen bzw. mathematische Operationen.

   .. code-block:: python

       #!/usr/bin/env python3

       import LCD1602
       from gpiozero import LED, Buzzer, Button
       import ADC0834
       import time
       import math

#. Hier werden die Joystick-Taste, der Summer und die LED initialisiert. ``Button(22)`` erstellt ein Tastenobjekt, das mit dem GPIO-Pin 22 verbunden ist. ``Buzzer(23)`` und ``LED(24)`` initialisieren den Summer bzw. die LED an den GPIO-Pins 23 bzw. 24.

   .. code-block:: python

       # Initialisieren Sie Joystick-Taste, Summer und LED
       Joy_BtnPin = Button(22)
       buzzPin = Buzzer(23)
       ledPin = LED(24)

#. Legt die anfängliche obere Temperaturschwelle fest und initialisiert die ADC- und LCD-Module. Das LCD wird mit einer Adresse (``0x27``) und einem Modus (``1``) initialisiert.

   .. code-block:: python

       # Setzen Sie die anfängliche obere Temperaturschwelle
       upperTem = 40

       # Setup ADC- und LCD-Module
       ADC0834.setup()
       LCD1602.init(0x27, 1)

#. Diese Funktion liest die X- und Y-Werte des Joysticks mithilfe von ADC0834 aus. Sie gibt einen Änderungswert basierend auf der Position des Joysticks zurück, der zur Anpassung der Temperaturschwelle verwendet wird.

   .. code-block:: python

       def get_joystick_value():
           """
           Liest die Joystick-Werte und gibt einen Änderungswert basierend auf der Position des Joysticks zurück.
           """
           x_val = ADC0834.getResult(1)
           y_val = ADC0834.getResult(2)
           if x_val > 200:
               return 1
           elif x_val < 50:
               return -1
           elif y_val > 200:
               return -10
           elif y_val < 50:
               return 10
           else:
               return 0

#. Passt die obere Temperaturschwelle mithilfe der Joystick-Eingabe an. Die neue Schwelle wird auf dem LCD angezeigt.

   .. code-block:: python

       def upper_tem_setting():
           """
           Passt die obere Temperaturschwelle an und zeigt sie auf dem LCD an.
           """
           global upperTem
           LCD1602.write(0, 0, 'Oben anpassen: ')
           change = int(get_joystick_value())
           upperTem += change
           strUpperTem = str(upperTem)
           LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
           LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, '              ')
           time.sleep(0.1)

#. Liest die aktuelle Temperatur mithilfe des Sensors mit ADC0834 und gibt sie in Grad Celsius zurück.

   .. code-block:: python

       def temperature():
           """
           Liest die aktuelle Temperatur vom Sensor und gibt sie in Grad Celsius zurück.
           """
           analogVal = ADC0834.getResult()
           Vr = 5 * float(analogVal) / 255
           Rt = 10000 * Vr / (5 - Vr)
           temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15 + 25)))
           Cel = temp - 273.15
           return round(Cel, 2)

#. Überwacht und zeigt die aktuelle Temperatur und die obere Schwelle an. Wenn die Temperatur die obere Schwelle überschreitet, werden der Summer und die LED aktiviert.

   .. code-block:: python

       def monitoring_temp():
           """
           Überwacht und zeigt die aktuelle Temperatur und die obere Temperaturschwelle an. 
           Aktiviert den Summer und die LED, wenn die Temperatur den oberen Grenzwert überschreitet.
           """
           global upperTem
           Cel = temperature()
           LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
           LCD1602.write(0, 1, 'Oben: ')
           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()

#. Die Hauptausführungsschleife wechselt basierend auf den Tastendrücken der Joystick-Taste zwischen Einstell- und Überwachungsmodus. Sie aktualisiert kontinuierlich entweder die Temperatureinstellung oder überwacht die aktuelle Temperatur.

   .. code-block:: python

       # Hauptausführungsschleife
       try:
           lastState = 1
           stage = 0
           while True:
               currentState = Joy_BtnPin.value
               # Wechseln Sie zwischen Einstell- und Überwachungsmodus
               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:
           # Bereinigen und beenden
           LCD1602.clear()
           ADC0834.destroy()