[Arduino World] 月光曲，我的Arduino自動小夜燈：WS2812B燈條

以月光曲來命名這次的小夜燈作品，聽起來既浪漫又好眠。

我是個就寢時連幽微光線都難以入眠的人，一定非得把臥室裡大小燈光統統熄滅才能安心上床，但是隨著年紀愈來愈大，不得不擔心自己容易陷入摸黑起床跌倒的風險。

市面上充斥著各式USB 充電感應LED燈條，可放置衣櫥充當臨時光源，也可以安裝於床側當作自動小夜燈。這些小夜燈雖然安裝方便，但是沒有參數可以調整，在不同的居家環境條件下，實用性難免受限。如果想在夜間動線有精準的燈光控制，達到照明安全保障，就必須藉由Arduino的神技來自我實現了。自行設計的夜間自動明滅光源，除了提供安全的照明外，不論是年長者還是年輕者，也都能在黑夜裡享受瞬間光彩變幻的浪漫。

主要元件：

單晶片微處理器： ESP32-S3-SuperMini
光照感應器：光敏電阻
被動紅外線感測器PIR(Passive Infrared)： SR602
小夜燈照明：5v WS2812B燈條。

單晶片微處理器：ESP32-S3-SuperMini，這是我第一次用ESP32-S3的迷你版本取代之前常用的ESP32-S。雖然新版本的芯片表面高溫燙手，但到目前為止還沒當機過。由於正式跑機時間不長，尚難以斷論其穩定性。WiFi用途：設計OTA功能，方便自己以無線方式更新軟體。藍牙用途：用來設定軟體參數，如儲存WiFi的SSID、密碼，感應器啟動條件設定等等。

光照度感應器：光敏電阻與TEMT6000都是屬於ADC型感應器，用來偵測環境亮度是否需要自動開啟小夜燈。最初是使用TEMT6000，因為被產品的高性能說辭(實際上看不懂)給迷惑了，反正單價不高就買來試用。實地在臥室測試結果，當感應器回饋偵測到最低光度時，我的眼睛告訴我，周遭環境仍然夠亮，還不到開啟小夜燈的時機。回頭找出以前學習Arduino使用的感應元件光敏電阻，測試比較後，發現它更適合偵測低照度的光源，更適合我的使用環境，所以最終捨去TEMP6000，改採成本更低的光敏電阻。看來這次光照感應器的選擇真的捨近求遠了。

紅外線感應器PIR：可用來偵測人體的移動，也是開啟小夜燈的另一個必要條件。我測試了幾款應用在Arduino的PIR，感應元件功能差異不大，關鍵材料反而是感應元件的外罩。外罩表層的菲涅爾透鏡決定了感應角度範圍、感應距離、感應的靈敏度。我選擇SR602的原因在於它的電路板體積小，適合裝進小型的塑膠容器。但是SR602附的感應元件外罩，角度只有60度，而且外罩看起來就只是一般的塑膠殼，感應靈敏度相當遲鈍。後來我把外罩換成比較大型的，表面看得出來是有菲涅爾透鏡設計的外殼，感應角度與靈敏度就無條件三級跳。

前述光照感應器的輸出是ADC信號，PIR則是屬於邏輯信號。ESP32的腳位信號電壓是3.3v，所以我很注意感應器的工作電壓一定要接同樣電壓3.3v，避免讀取誤解的信號數值。至於邏輯信號，根據以往的經驗，ESP32腳位可以相容讀取5v的邏輯信號，為了接線方便，直接把PIR電源線接入5v。但是過往行得通的經驗卻往往暗藏錯誤的認知，讓我這次吃足苦頭，浪費一整天的時間花在軟體除錯。MCU雖然可以正確讀取PIR的邏輯信號，但是每當PIR輸出高電平的時候，卻嚴重干擾了ADC腳位，導致從TEMT6000或光敏電阻讀到的數據瞬間飆升(突波?)。最後還是得將PIR的工作電壓規規矩矩接入3.3v，ADC腳位才恢復理性的輸入，同時也解除MCU受傷的危機。

小夜燈照明：5v WS2812B 5050 RGB燈條。將一串一公尺60顆燈珠燈條，平均切割為兩條，分別掛在床鋪的兩側。每條30個燈珠亮度是否足夠？理論上燈條愈長燈珠愈多燈光效果愈炫耀，但是黑暗中的超級星光明亮刺眼，太多、太亮，反成小夜燈殺手。我們需要的是輔助性的柔和光源，能夠在漆黑的環境中指引自己，同時也要能避免瞬間的強光照射妨礙枕邊人。燈珠亮度設定可從1級到255級，30顆255級亮度的燈珠恐怕每次從黑夜中亮起都會驚醒枕邊人，實際上我只設定成3級的亮度就能足以供給夜間視網膜的需求了。

燈條的安裝配線也讓我認識到新的課題。安裝於床鋪A側的燈條，從MCU到燈條的線路大約一公尺，燈珠的色彩、亮度與開關都在MCU的掌控中，但是安裝於床鋪B側的燈條，距離MCU比較遠，線路長度超過2公尺半，此時的燈條已經鞭長莫及，不按理出牌亂閃一通；但是若將線路長度縮減到一公尺內，就恢復正常了。

觀察B側閃爍無序的燈珠，亮度已經高過程式設定的等級，推斷是信號不穩定的現象，並非5v工作電壓不足的因素。前面ESP32腳位信號電壓3.3v輸入的問題已經讓我有所警戒，現在輪到信號輸出問題浮現檯面。WS2812B標準工作電壓5v，雖然可以接受3.3v電壓信號，線路超出一公尺很可能就會導致信號扭曲不全。Google AI(不請自來)給的解方是，將邏輯信號輸出電壓3.3v拉高到5v；有很多方法可以達成，但都不是可以立即動工的方法。另外，可以在信號線，接近燈條第一顆燈珠前的位置，串接一顆370到470歐姆的電阻，藉以提高信號的完整性。我不太了解AI所述的的電性原理，但是這個方法最單純。動手焊接一顆430歐姆電阻後，就順利通過線路2公尺半長度的考驗。