亮度度量衡, 光感測元件與生活科技應用, micro:bit亮度感測 資料映射指令, 實作練習 - 自動調光小夜燈, 實作練習 - 魔術表情面板

1. micro:bit亮度感測應用
Revised on April 20, 2021
 亮度度量衡
 光感測元件與生活科技應用
 micro:bit亮度感測
 資料映射指令
 實作練習 - 自動調光小夜燈
 實作練習 - 魔術表情面板

2.  瓦特數：耗電量 1度電 = 仟瓦⋅小時
 流明數：亮度
 色溫：光線顏色
照明設備規格

3.  燭光定義：給定⼀個頻率為540×1012Hz的單色輻射光源，其發光效能
定為683流明/瓦特
 流明(lm)是光通量的國際單位制導出單位，用於表示光源在單位時間
內所發出可見光的總量
 根據燭光的定義來看，若⼀個功率為1瓦特，頻率為540×1012Hz的單色輻
射光源，其光通量為683流明
 照度則是每單位面積縮接收的光通量，其單位勒克斯為流明/平方公尺
亮度(照度)
3

4.  色溫K數是將色彩與溫度連結在⼀起，紀錄「⿊體」(可以想像為鐵或
鎢等金屬)在不同溫度下變化出的光芒顏色，再依照這種現象，制定溫
度與顏色之間的關係
色溫

5.  自動小夜燈
 手機螢幕亮度自動調整
亮度感測應用
5

6.  光敏電阻 (photoresistor)
受光時，CdS硫化鎘內原本處於穩定狀態的電子受到激發成為自由電子。所以
光線越強，產生的自由電子也就愈多，電阻值就會變小
亮度感測元件 1/2
6
零件外觀
電路符號
光線愈強，分壓
輸出愈大
RCdS
R1 10KΩ
5V
𝑉
𝑅
𝑅 𝑅
5𝑉

7.  光二極體 (photodiode)
工作在逆向偏壓。當光照射在光電二極體上，會使其逆向偏壓電流增加。由
於光二極體電流很小，需要搭配電晶體或運算放大器使用
 光電晶體 (Phototransistor)
相當於光電二極體 + 電晶體放大
亮度感測元件 2/2
7
電路符號
零件外觀
Light
Current
C
E
Flat spot
B
Emitter
Base
Collector
電路符號
零件外觀

8. micro:bit亮度感測 1/5
https://youtu.be/TKhCr-dQMBY
8

9.  Micro:bit並沒有特別設置亮度感測器，而是利用LED的反向原理
 LED不亮時，若有接收到外界光源，會在LED接腳上出現逆電流的，這時若
接腳切換成ADC輸入角色，讀取接腳的電壓數值，是可以得知環境亮度的
 接腳從⼀般輸出接腳轉變成ADC輸入接腳時，需要⼀段時間的穩定，才能
對最小的逆電流進行精確量測，這約要4mS(毫秒，千分之⼀秒)的時間
 啟動亮度感測器後，會略影響本來的5×5 LED燈顯示，本來是每秒更新55
次畫面，會因需要偵測周遭亮度而減少更新頻率，自每秒55次降至50次
 LED的逆電流感測會對自己發出的顏色比較敏感，Micro:bit用的是紅色
LED，所以周遭附近若有紅光，紅光亮度的弱與強，是Micro:bit比較可
以精準感測的
micro:bit亮度感測 2/5
9

10.  Micro:bit板子LED是以5*5方式排列，但控制電路是使用3*9方式連
接 (其中第二列第8及第9行未接LED)
 col 1~col 3接腳可以切換為類比輸入
micro:bit亮度感測 3/5
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11.  用來做為亮度感測之LED位置
 重置後首次亮度感測回傳值為255
micro:bit亮度感測 4/5
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12.  測試程式
 顯示亮度⻑條圖
micro:bit亮度感測 5/5
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13.  將⼀個數值從⼀個範圍重新映射到另⼀個範圍
映射指令
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14.  環境亮度值小於150，開啟小夜燈
 依據環境亮度值自動調整LED亮度等級
實作練習 - 自動調光小夜燈 1/3
255
0
光線感測值
150
小夜燈亮度值(分等級)
最暗
最亮
5
55
105
155
205
255
關閉小夜燈
點亮小夜燈
小夜燈開關臨界值
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15.  參考程式
實作練習 - 自動調光小夜燈 2/3
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16. 實作練習 - 自動調光小夜燈 3/3

17.  初始顯示?
 每次用手掌遮蔽LED再放開，LED依序變換顯示以下圖示
提示：
手掌遮蔽LED時，亮度感測值會下降；手掌移開時，亮度感測值會回復到
環境亮度值。須等到手掌移開才變換顯示。
注意事項：須依環境狀況調整亮度感測臨界值
實作練習 - 魔術表情面板 1/3

18.  設計以下程式
實作練習 - 魔術表情面板 2/3

19.  參考程式
實作練習 - 魔術表情面板 3/3