Ночник-рассвет на WS2812: 30 минут подъёма солнца

Зимой вставать в тёмной комнате на будильник — пытка: за секунду из сна в яркий свет, глазам больно, и тело не верит, что утро. Лампы-рассветы решают это за деньги, но суть у них простая: полчаса свет растёт от еле тёплого угля до дневной яркости, и мозг успевает проснуться до звонка. То же самое делает лента WS2812, которая уже висит у вас ночником: к ночнику с режимами на EEPROM добавляется один новый режим с таймером — и будильник готов. Первый мой вариант жил на цепочке delay и половине экрана: будил исправно, но ронял кнопку и часы; версия на millis-планировщике из этого урока работает второй сезон без правок.

Под рассветом я имею в виду две ручки, которые едут одновременно: яркость от нуля до потолка и температура цвета от глубокого красного к тёплому белому. Настоящее солнце на восходе светит именно так — низко и красно, потом выше и белее. Первый свой рассвет я сделал на одной яркости, и комната «вспыхнула» белым на середине подъёма — я проснулся ровно там, где надо было ещё дремать. С тех пор цвет едет вместе с яркостью всегда, и обе ручки держатся за одну ступень планировщика.

Разберём: как связаны цвет и яркость одной ступенью, почему 30 минут — это 60 шагов по 30 секунд и что делает кнопка. Плюс история про рассвет, который включался сам после моргания света, — она дала уроку главную ловушку и объясняет, почему запуск никогда не живёт в setup().

Цвет удобнее всего вести через blend: blend(EMBER, NOON, t) возвращает смесь двух цветов, где t — доля второго от 0 до 255. EMBER — тлеющий уголь вроде CRGB(60, 6, 0), NOON — дневной тёплый белый CRGB(255, 190, 110). Промежуточные ступени дают честный восход: персиковый, потом соломенный, потом белый — механику смешивания соседних цветов трогали в уроке про градиенты RGB и CHSV. Новое здесь то, что t — не переменная эффекта, а ступень планировщика: рассвет не имеет собственного темпа, его темп задаёт расписание шагов. Заодно это решает конфликты эффектов: пока рассвет идёт, остальные сцены просто не рисуют — это тоже состояние, а не договорённость по кадрам.

Яркость едет той же ступенью, но через отдельный масштаб: c.nscale8(t) прижимает цвет к нулю на старте и отпускает к полной силе в конце. Если пустить цвет без масштаба, первые минуты будут тёмно-красной заливкой на полной яркости — по ощущению тускло, но под потолком. С масштабом первые ступени — еле видный уголь под потолком, и глаз спит дальше. Резкое начало ломает сон сильнее, чем резкий конец, поэтому самые первые двадцать минут я и проектирую как «почти ничего не происходит».

Почему 30 минут. В моих будильниках и обзорах заводских ламп рабочий коридор — 20-40 минут: короче, тело не успевает; длиннее — просыпаешься посреди подъёма и выключаешь руками. Я остановился на 30. В машинных единицах это 1800 секунд, и их удобно резать на 60 шагов по 30 секунд: каждый шаг — одна целочисленная ступень t = шаг * 255 / 59, без float и без накопления ошибок. Внутри шага лента не перерисовывается вовсе: планировщик будит её раз в полминуты, и между шагами плата занята чем угодно ещё.

Скелет скетча — состояние в двух полях: dawnActive и метка старта. startDawn() и cancelDawn() — единственные точки, где состояние меняется; кадр рассвета выводится из состояния, а не наоборот. Ступень считается делением elapsed / 30000 — ровно 60 целых значений; последний шаг прижимается к 59, чтобы t дошёл до полного 255 и рассвет закончился заявленным светом, а не 254-м байтом. Никакого delay между ступенями: между ними живёт кнопка и всё остальное, каркас тот же, что в уроке про millis вместо delay.

Кнопка на D2 читается по фронту — сравнением прошлого и текущего состояния, как в уроке про кнопку, листающую эффекты. Нажатие в покое запускает, нажатие в ходе отменяет: две команды на одном контакте, потому что у рассвета нет двух одновременных состояний. Отмена гасит ленту сразу, без спуска по ступеням обратно: обратный закат не нужен, человек уже проснулся. Для проверки «а как оно ночью» кнопки хватает; постоянную настройку времени подъёма ведут из часов, и об этом ниже. Дребезг контактов здесь не враг: дребезжащее нажатие повторит команду, но повторный старт лишь перезапишет метку, и цикл начнётся заново — для отладки даже удобно.

Про целые числа — деталь, которая на AVR не мелочь. На Uno int шестнадцатибитный: step * 255 при 59 даёт 15045 и влезает в диапазон до 32767, но стоит «улучшить» формулу до t = elapsed * 255 / 1800000 — произведение уедет за разрядность, и рассвет начнёт прыгать по ступеням. Порядок операций держит числа маленькими: сначала делите время на длину шага, потом масштабируете ступень. Переполнение millis() через 49,7 суток здесь не страшно: разность беззнаковых корректна и через границу, мы это считали в уроке про планировщик.

Прогоните цикл и следите за Serial: ступени идут с равным шагом, но глаз видит нелинейность — первые «минуты» почти ничего не происходит, потому что уголь на четверти силы невидим. Это правильно: сон ломает не подъём, а скачок. Отмена в середине проверяется так же, как на плате: темнота наступает сразу, без обратного спуска. И обратите внимание на состояние dawnDone: рассвет завершён, лента остаётся гореть дневным — многие пользуются такой лампой как ночником до самого подъёма, и гасить свет за них — отдельное решение, а не побочный эффект.

Связка с часами превращает скетч в будильник: раз в минуту читаете rtc.now(), сверяете с временем подъёма, при совпадении вызываете тот же startDawn(). DS3231 умеет и настоящие будильники с прерыванием — механика разбиралась в уроке про будильник RTC, а пробуждение платы по ножке SQW — в уроке про SQW-прерывание; тогда Arduino спит до самого рассвета. Разделение ролей держите жёстким: часы только зажигают событие, всё остальное — у планировщика и его состояния. И время на плате берите именно из DS3231, а не из millis(): после перезагрузки счётчик начнёт с нуля, и «шесть утра» без часов рассвет не найдёт.

Шаг в тридцать секунд выбран не только ради ровного счёта. Между соседними ступенями яркость меняется на четыре-пять байт из 255, и глаз не видит сам переход — видит тренд за минуту. Значит, перерисовывать ленту чаще тридцати секунд бессмысленно: кадр по расписанию, а не по циклу. Планировщик раз в полминуты просыпается, делает один fill_solid, один show() на двадцать пикселей — около 0,6 мс — и снова спит до следующей ступени; остаток кадра принадлежит кнопке и часам.

Про питание по-честному. Двадцать пикселей в белом на полной яркости — до ампера с небольшим, и этот пик рассвет держит только на последних ступенях. Ночнику на 60 пикселей я бы уже советовал отдельный блок 5 В и общую землю с платой — счёт по пикселям и потолкам вели в уроке про бюджет яркости. Деталь, которая экономит силу: потолок рассвета необязательно держать 255 — NOON на 200 из 255 выглядит почти так же, а силовая часть живёт спокойнее; у меня на 60 пикселях стоит 190. И потолок блока проверяйте на последних ступенях, а не по среднему: тестер в пике показывает правду, которую средние значения прячут.

И последняя мелочь быта: рассвет, который разбудил, никто не выключает — человек уходит на работу, и лента горит дневным до вечера. Лечится вторым порогом в том же планировщике: через N минут после завершения лента плавно съезжает в ночной режим ночника или гаснет. Уровень ведётся по чуть-чуть, два-три пункта за кадр, и уход света никто не замечает; мой ночник после рассвета сидит на угле 40 из 255 и гаснет сам через час — будить второй раз нечему.