室內調光追求智慧化　電致變色薄膜透光度彈性調控

所以本文想要利用電致變色薄膜的特性打造一個室內自動調光系統，以下會將電致變色薄膜貼在玻璃上，讓人們能夠控制玻璃的透光度，進而讓室內的光源永遠都能保持在舒服且適合的亮度，若太陽太亮的時候，就讓電致變色薄膜變成不透光，反之則相反，再利用Wi-Fi模組讓手機可以控制是否要讓電致變色薄膜全透光或不透光，也可以直接呼叫手機語音功能來加以控制。全透光則像一般玻璃一樣可以看風景，不透光能達到不被打擾兼防曬的功用，而在不透光的情況下，還有一個自動調整的LED光源，以防不透光的情況下光源不足，而且旁邊還裝有觸控模組，可以直接控制電致變色薄膜的透光度及LED的亮度，讓不想拿手機出來的人也能直接調控。

光線控制講究人性化

現代社會越來越講究科技跟智慧化，都可以做到偵測人在的時候開燈；人離開時關燈，所以筆者想到人們在室內時，常常會遇到太陽太刺眼，必須去把窗簾拉起來，但有的時候拉起窗簾又覺得光線不足，導致今天如果要看資料或電腦時，眼睛會很吃力。

為了解決這個問題，筆者想到可以利用微控制器控制電致變色薄膜，達到自動調整室內光源的效果，不僅能讓室內的人處在舒適的光源下，還能讓眼睛不會因為光源漸弱或漸強而更加疲勞，畢竟眼睛是一個很敏感的視覺器官，若周圍光源強弱一直改變，會導致眼睛為了適應光源而更加疲勞，所以為了讓大家有個更舒適的生活環境，才想要設計一款能夠自動調光的系統。

目前室內擁有可調光的電致變色薄膜並不普及，而能夠自動調節光源的幾乎沒有，而本文示例的特色除了能夠自動調節光源外，還可以透過Wi-Fi模組讓手機可以控制，要讓電致變色薄膜全透光或是不透光都可以(圖1)。

透過觸控模組啟動系統後，有三種模式可以選擇(表1)。首先，於自動模式，會先偵測現在光照度是否超過設定值，若超過設定值則讓玻璃變霧態，然後再依環境光源適度調整，反之沒超過設定值，則直接依照環境光源調整；其次為手動模式，在該模式下可以自由選擇玻璃及LED的狀態，玻璃能夠遠則霧態或透明，LED則是亮度大小；最後為語音模式，於該模式下只要打開手機使用內建的語音助手(Android-Google Assistant/Apple-Siri)，直接對著手機說打開或是關閉，就能夠直接操控，專門設計於不想使用App或是去按觸控板的人。

電致變色薄膜最大的特點就是能夠更改它的透光度，而本文就是利用這個特性來設計一個自動調光的系統，而自動調光最大特色的點就是能讓室內的環境光源永遠保持一致，再加上有三種模式可以選擇，可以讓使用者選擇自動、手動或是語音，打造出智慧家庭的雛型。

其實大家對於電致變色薄膜最大的疑問應該就是它耗電的問題，而筆者已經研究過了，電致變色薄膜的功率約為1W/sft(每平方英尺)，而電致變色薄膜就算全裝上，其實每小時平均消耗最多也只會有5瓦，相對於室內其他會用電的東西，已算是非常省電，只要花少許的錢，卻能享受到更好更優質的生活品質。

調光系統運作原理

微控制器主要核心功能

本作品使用盛群(Holtek)HT66F70A作為MCU，利用光照度感測器來判斷現在環境光源是否要開啟電致變色薄膜：光源若不足電致變色薄膜則變全透明；光源若足夠則讓電致變色薄膜變不透明。同時也能透過觸控模組來選擇模式，有自動、手動和語音，手動跟語音都可以直接控制電致變色薄膜的透光度，也能控制LED的亮度。

電致變色薄膜玻璃基板

電致變色薄膜玻璃是一種可藉由通電來切換的玻璃，當通電時，液晶分子規則排列，入射光線可通過，使電控液晶膜/玻璃從乳白不透明狀態轉為透明。相反地，當斷電時，液晶分子呈現隨機排列，入射光被散色，使電控液晶膜/玻璃呈現不透明狀(圖2)。

MCU架構分層工作

NodeMCU是基於ESP8266的開發版，其架構主要分為硬體層(Hardware)、韌體層(Firmware)和軟體層(Software)三個部分，而其支援無線802.11 b/g/n標STA/AP/STA+AP三種工作型態，內建TCP/IP協定堆疊；支援多路TCP Client連線、支援豐富的Socket AT指令。

HTTP協定

HyperText Transfer Protocol(HTTP)是一種用戶端瀏覽器和伺服端伺服器之間溝通的標準協定，他是屬於OSI七層模型中的應用層。HTTP協定中，每個物件從伺服器中獲取都需建立一個TCP連接，通訊埠(Port)號80來傳輸網頁的HTTP服務。

基本上，HTTP是一種Client/Server的應用，Client端透過網址、超連結向Server下達HTTP請求(Request)，請求Web Server的虛擬目錄(Virtual Directory)的資源(html、Image or Backend的執行結果)，處理完畢後，使用MIME格式回應(Respond)回Client端，目前主要版本有HTTP/1.0、HTTP/1.1、HTTP/2.0(表2)。

滑條型電容式觸控模組

電容式觸控感測模組適合用來作為直覺式的調整數值應用，當手指觸摸PCB上的滑條型銅箔區域時，銅箔區域的電容量會產生變化，藉由偵測電容的變化量及產生變化量的位置，可以做到類似滑動控制的效果。

而圖3中8顆LED的位置分別代表一個Byte，由右至左分別為0×00~0×07，而本文利用這八個位置將產品做了不同的功能選擇(表3)。

四鍵電容式觸控感測模組

四鍵電容式觸控感測模組則適合用來作為按鍵的替代品，當手指觸摸PCB上的銅箔區域時，銅箔區域的電容量會產生變化，藉由偵測電容的變化量而產生類似按鍵的效果(圖4)。

而本文利用觸控的KEY1~KEY4做了4個不同的功能選擇，如表4所示。

光照度感測器

採用ROHM原裝晶片，供電電源：3~5V，光照度範圍：0~65535 lx，感測器內建16Bit AD轉換器，直接數位輸出，省略複雜的運算，不區分環境光源。

而透過實際測量後設好如表5的對應動作。

I²C

I²C(Inter-Integrated Circuit)，唸做I-square-C，它是恩智浦(NXP)開發的通訊協定，主要用來作為IC之間的通訊。由於I²C只用兩條線通訊SDA(Data)/SCL(Clock)，因此較省空間。I²C是序列式的傳輸，一個叫做SDA專門用來傳送資料，另一個叫SCL是用來傳Clock。資料格式依序是由Start Condition所開始，然後開始傳資料，最後Stop Condition結束。

繼電器模組

繼電器是一種電子控制元件，它具有控制系統(又稱輸入迴路)和被控制系統(又稱輸出迴路)，通常應用於自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種「自動開關」。故在電路中具有自動調節、安全保護、轉換電路等功能(圖5)。

最終成品結構剖析

系統方塊圖

圖6為系統方塊圖，有三種模式可以選擇：自動模式會透過光照度感測器自動判別環境光源，並適當調整；而手動模式則可以透過滑動觸控模組調整；語音模式則是透過Wi-Fi模組與手機Siri連線。

自動模式程式流程圖

圖7為自動模式之系統流程圖，先透過四鍵觸控模組開啟系統後，選擇自動模式，接下來透過光照度感測器判別環境光源，讓玻璃與LED做出對應的狀態。

手動模式程式流程圖

圖8為手動模式之系統流程圖，先透過四鍵觸控模組開啟系統後，選擇手動模式，接下來開啟滑動觸控模組，再透過手滑動的位置做出對應狀態。

語音模式程式流程圖

圖9則為語音模式之系統流程圖，先透過四鍵觸控模組開啟系統後，選擇語音模式，接下來使用手機之Siri功能喊出對應指令，MCU收到指令後會做出其對應動作。

Siri功能介紹

透過向手機Siri說出指令，手機會傳送對應動作訊息給MCU。

系統測試方法

如何測試，可先透過KEY1開啟系統，再選擇KEY4手動模式，接下來使用旁邊的滑動觸控模組，即可調控玻璃及LED狀態；若選擇KEY3自動模式，系統會自動依環境光源對玻璃及LED狀態調整；至於選擇KEY2語音模式，拿出手機說出指令，即可透過手機語音控制產品。

而測試條件，需要有光照度感測器、滑動觸控模組、四件觸控模組、NodeMCU模組、電控變色玻璃、繼電器。

至於測試結果，則是將燒錄好程式的作品開啟後，先測試手動模式，滑動觸控模組是否能夠控制玻璃及LED狀態，再測試自動模式，程式是否會依環境光源自動變化，最後測試語音模式，先看區域網路是否有連接到，連接到同個區域網路後即可拿出手機對其做出指令，再看產品是否有做出其指令。

(本文作者謝振榆為國立虎尾科技大學教授，賴英傑為學生)