最近有位視障朋友拜託我製作一款提示器，希望能在櫃雪門沒關好時發出警示。
由於市面上常見的家用櫃雪內部都有照明燈，因此在下嘗試使用光敏電阻作為感應器，
藉由偵測光線變化來判斷櫃雪門的開閉狀態。
外觀
光敏電阻與一般電阻相似，同樣只有兩個引腳，且安裝時不分正負極方向。
測試效果
光敏電阻是一種電阻值會受亮度改變的電子零件：亮度越高電阻值越低；反之電阻值越高。
在下使用電筒直接照射時，電阻值最低可降至約 400Ω ；而在完全遮蔽光源的極致黑暗下，電阻值則高達 20MΩ以上 。
(超過了萬用錶上限為 20MΩ 的測量範圍。)
線路原型
製作原型時 不能直接將光敏電阻 接在 參考電壓(Voltage Reference) 與 類比輸入(Analog-Digital Conveter, ADC) 引腳 之間。
因為沒有分壓，ADC引腳 只會一直讀到接近 參考電壓 的數值(以 Raspberry Pi Pico 為例，就是持續讀到接近 65535 的上限值)。
線路上必須搭建 分壓電路(Voltage Divider) ，並將 ADC引腳 連接至分壓電路的中間點，才能正確讀取類比訊號亮度變化。
import machine, time adc = machine.ADC(26) while True: print(adc.read_u16()) time.sleep(0.1)
測試效果。
由於實際環境中仍然會些許折射光線，即使遮蓋光敏電阻的感光區域，因此讀取到的 類比訊號 不會完全降至 0 。
import machine, time
adc = machine.ADC(26)
led = machine.Pin("LED", machine.Pin.OUT)
while True:
value = adc.read_u16()
print(value)
led.value(value < 40960)
time.sleep(0.1)
MicroPython 的 ADC 採用 16位元解析度，讀取數值範圍為 0 至 65535 。
編寫程式邏輯前，需要先實測不同光照環境下的數值 (例如雪櫃關門與開門時的環境亮度)，進而找出合適的 臨界值(Threshold) 。
確認 臨界值 後，就能以此作為基準，當讀取值 高於或低於臨界線 時，分別觸發對應的處理程序。
確定操作原理後，便能根據邏輯來撰寫程式。整體運作流程如下：
- 持續偵測：裝置保持監控狀態。
- 開門觸發：當偵測到開啟雪櫃門時，發出 1次短提示音，代表已感應到開門，計時器開始倒數。
- 關門重置：當偵測到雪櫃門關閉時，發出 2次短提示音，代表已感應到關閉，計時器重置倒數。
- 逾時警示：若雪櫃門未關閉至倒數結束，裝置循環警示：
- 發出 1秒長提示音。
- 暫停指定時間。
import machine import time res = machine.ADC(26) # GPIO led = machine.Pin(25, machine.Pin.OUT) is_open = False previous_time = 0 # 亮度臨界值 LIGHT_THRESHOLD = 40960 # 超時秒數 TIMEOUT_THRESHOLD = 5 # 循環秒數 CYCLE_THRESHOLD = 3 def signal(times): for i in range(times): if i > 0: time.sleep_ms(100) led.value(True) time.sleep_ms(100) led.value(False) while True: value = res.read_u16() current_time = time.ticks_ms() if value < LIGHT_THRESHOLD: if is_open: is_open = False signal(2) else: if not is_open: is_open = True signal(1) previous_time = current_time elapsed_time = time.ticks_diff(current_time, previous_time) // 1000 if elapsed_time >= TIMEOUT_THRESHOLD: cycle_time = elapsed_time % CYCLE_THRESHOLD if not led.value() and cycle_time < 1: led.value(True) elif led.value() and cycle_time >= 1: led.value(False) time.sleep_ms(50)
(請特別留意 板載LED 的閃動狀態。)
萬用板線路
測試完成後，只需將控制 板載LED 的 GPIO25 修改為其他 GPIO ，並連接到 蜂鳴器(Buzzer) 便可以讓視障朋友試用。
另外還可以修改 亮度臨界值 來改變敏感度；修改 超時秒數 來改變開門倒數時間；修改 循環秒數 來改變提示器頻率。
此外，程式中保留了參數調整空間：
- 亮度臨界值(Threshold)：調整感測敏感度，以適應不同冰箱內部的燈光亮度。
- 超時秒數(Timeout)：自訂開門後的計時倒數時間。
- 循環秒數(Interval)：自訂提示音間隔的頻率。
為了方便朋友實際使用，在下將所需零件焊接在萬用板上。
因為控制主板不需要放進雪櫃，只有光敏電阻需要延伸到雪櫃內部偵測亮度，
所以在下在光敏電阻兩端焊接了約 2米的跳線，方便將感應器延伸安裝。
由於跳線的焊點比較脆弱，在焊點處塗上 UV膠 來提升焊點強度。
同時，為了強化抗拉扯能力，將兩條跳線以 雙絞線(Twisted Pair) 的方式編織在一起。
另外，為了方便日後更換或重用光敏電阻，在下使用 插頭插座 的方式來進行連接。
補充資料
光敏電阻有許多不同的尺寸規格，這次專案選用的是 5528型號 。
數字 55 代表元件的直徑大小，例如：
- 35 代表 直徑3毫米 。
- 55 代表 直徑5毫米 。
- 75 代表 直徑7毫米 。
- 125 代表 直徑12毫米 。
28 表示亮電阻值大約 10kΩ 至 20kΩ 暗電阻值為 1MΩ 以上。
還有甚他編號：
| 編號 | 亮電阻 | 暗電阻 |
|---|---|---|
| 06 | 2kΩ 至 5kΩ | 1MΩ |
| 16 | 5kΩ 至 10kΩ | 0.5MΩ |
| 28 | 10kΩ 至 20kΩ | 1MΩ |
| 37-1 | 20kΩ 至 30kΩ | 2MΩ |
| 37-2 | 30kΩ 至 50kΩ | 5MΩ |
| 39 | 50kΩ 至 100kΩ | 20MΩ |
| 49 | 100kΩ 至 200kΩ | 10MΩ |
針對不同的環境選擇合適的光敏電阻，能達到更好的感測效果：
- 16 型號：對微弱光線更敏感。
- 39 或 49 型號：在高亮度環境下不易飽和。
不過在實際開發中，可以在程式中調整 臨界值 來改變敏感度，因此一般情況下選用哪一款光敏電阻差異並不算太大。
因此，在下選用規格較中性、通用性高的 5528光敏電阻 來測試。
總結
在下的視障朋友都是從事科技開發工作，了解運作原理及修改設定值後，已經能夠自行處理，
不過由於 MicroPython 需要使用 Thonny 或 RPEL 會比較麻煩，
因此如果開發第二版本，在下打算使用：
- 加入 EEPROM.h 讓微控制器讀取 EEPROM 來設定資料，再配合 序列通訊 更新 EEPROM 來修改設定值
- 改用 CircuitPython 能夠將 RP2040 當作一般USB儲存裝置直接修改code.py
- 改用 Pico W 或 ESP32 等支援 WiFi 的微控制器，經網頁修改設定值
由於在下的視障朋友本身也是從事科技開發工作，在了解運作原理與參數修改方式後，已經能夠自行處理與設定。
不過，考慮到 MicroPython 必須透過 Thonny 或 REPL 環境連線修改，對一般日常操作來說還是稍微麻煩。
因此，如果要開發第二代，我打算有這些改動：
- EEPROM 及 序列通訊：加入 EEPROM.h 讓微控制器從 EEPROM 讀取設定值，並搭配 序列命令 來更新。
- 改用 CircuitPython：讓 RP2040 直接被電腦識別為 USB儲存裝置，令讓使用直接修改 code.py。
- 改用 Pico W 或 ESP32：導入支援 WiFi 的微控制器，讓使用者以網頁界面 修改設定值。
硬件方面：
- 改用 RCA：原本使用 USB Type-C，但 Type-C 太細小、手工焊接難度較高，
而且這個專案亦不需要使用 USB Type-C 的資料傳輸功能，其實是浪費 USB Type-C ；
改用 RCA 插頭插座 不僅焊接容易，且接點堅固耐用。 - 改用紅黑平行線：跳線原本就不適合外露，且抗扯拉強度不足，即使做成雙絞線依然偏弱。
改用強度較高的紅黑線不僅抗拉扯，而且雙線的結構也更方便沿著雪櫃邊緣鋪設。
不過現在其實已經有具備未關門提示的雪櫃，及貼在雪櫃門上的未關門提示裝置，因此在下的專案老早已經有發售。
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