😴 ESP32-C6 毫米波午休哨兵 — 在浅眠窗口叫醒你的 NT$215 午睡管家

📋 专案概述

我的午睡纪律曾经完美得可笑：手机闹钟 13:20，躺下 12:45——「睡 35 分钟刚刚好」。现实是：闹钟响的那一刻，我有一半的概率正躺在深度睡眠的正中央，被 80 分贝的手机铃声从里面凿出来。那种「醒来十分钟不知道自己是谁」的睡眠惰性（sleep inertia）比不睡还惨——整个下午的会议我都在回放那个没有逻辑的梦境，代码写出两个低级的 off-by-one，被 review 退回。

找过替代品，每一样都撞墙：

• 智能手环的「智能闹钟」：原理没错（在浅眠窗口叫醒），但午睡要戴着手环睡——手腕上多个东西我根本睡不着，而且为了午睡，手环得整夜戴着充电排班。
• 床垫感应带（Withings Sleep 一类）：NT$4,000 起，压在床垫下确实无感，但我们家那张旧床垫连 Wi-Fi 密码都「压」不稳——它自己的 App 连线天天断。
• 镜头方案：直接排除。卧室放镜头这件事，对机器的隐私要求应该比对人更严。

于是这台机器：无镜头、无穿戴、隔着一床被子和 50 公分的空气，用 24GHz 毫米波雷达「听」你的存在与微动——躺下自动布防，规则引擎粗估睡眠深浅，在你午睡目标时间的浅眠窗口（容许区间内）启动唤醒；如果一路深睡没窗口，最迟 40 分钟强制温柔收尾。全部材料 NT$215：

• 躺下即布防：LD2410 雷达侦测到床上有人且渐趋静止 → 自动进入午睡模式，不用碰手机、不用按钮
• 浅眠窗口智能起床：以微动能量周期粗估深浅眠（规则引擎，非医疗），目标 +20 分起出现浅眠窗即唤醒；+40 分仍无窗口则强制唤醒——永远不会让你睡过头误了下午的会
• 渐进唤醒三阶段：床头灯条 5 分钟日出模拟 → 蜂鸣器由 40 分贝渐强鸟鸣式短音 → 按住按钮 1 秒即灭；被光叫醒和被声音叫醒，起床气差了整整一个下午
• 手机 BLE 躺床微调：本机零按钮零屏幕——感度、目标时长、音量全部躺著用手机调，不用爬起来找电脑
• 午睡战报推 Telegram：几点躺下、几分钟入睡、估计深睡几分钟、几点醒来；两周数据会告诉你「13:05 前躺下胜率明显比较高」这种自己永远发现不了的事
• 宠物与窗帘防误触：距离门窗锁住枕头区，猫和窗纱都在门外——这条是被踩脸叫醒三次之后写进韌体的

算一盘账：浅眠唤醒手环约 NT$1,000 起＋戴著睡的代价；床垫带 NT$4,000 起。本机 215 元买到的是同一套「浅眠窗口」理念＋你卧室里唯一一台物理上没有镜头的睡眠感测器。而且手环给你的是昨晚的分数，这台给你的是今天下午的清醒——睡眠资料的终极用途，是让你在需要清醒的时段清醒。

为什么选 ESP32-C6？

环境：arduino-esp32 core ≥ 3.0（neopixelWrite 与 BLEDevice 皆内建），开发板选 ESP32C3 DEV Module 列表里的 ESP32C6 Dev Module（或 ESP32C6 Super Mini），USB CDC On Boot: Enabled，PSRAM 关。

🧱 硬体清单

🔌 接线图

ASCII 对照表

🖨️ 3D 列印零件

零件清单

列印设定与电磁纪律

• 雷达正面壁厚 ≤1.6mm 且必须是纯 PLA／PETG：毫米波穿塑料无压力，但金属感炫光丝（silk metallic）镀有金属箔层，会把雷达变成一块砖——正面罩用之前，先用未装模组的壳＋手机 App 对位验证回波
• 雷达头 12° 仰角：挂钩装在床头板上缘时，波束主轴正好落在枕头中心而非天花板
• 灯条扩散壳薄壁 0.9mm＋内层蜂窝墙：日出模拟要「见光不见灯」，一颗颗灯珠的亮点在浅眠期就是噪音
• 所有零件禁导电耗材（碳纤维／金属丝）；雷达周围 5cm 内也不要收纳金属物件——回波杂讯会推高误报率
• 主控盒留 USB 检修口：床头后方不想再钻一次地板，线一次到位

💻 程式码

/* ============================================================
 *  ESP32-C6 毫米波午休哨兵  |  mmWave Nap Sentinel
 *  ------------------------------------------------------------
 *  功能：LD2410 感知躺下自动布防；规则引擎估深浅眠；
 *        目标时刻起在浅眠窗唤醒（最迟 +40 分强制）；
 *        日出灯条 + 渐强蜂鸣渐进唤醒；战报推 Telegram；
 *        BLE 自定义服务躺床调参（本机零按钮调校）
 *  硬体：ESP32-C6 SuperMini + HLK-LD2410 + WS2812B×8
 *        + 被动蜂鸣器 + 贪睡按钮×1
 *  供电：USB-C 5V/2A（勿与笔电 USB 孔共供，见接线节）
 *  相依：arduino-esp32 core >= 3.0（BLEDevice/HTTPClient 内建）
 *  ============================================================ */
#include <WiFi.h>
#include <HTTPClient.h>
#include <BLEDevice.h>
#include <time.h>

/* ------------------------------------------------------------
 * 1. 使用者设定区
 * ------------------------------------------------------------ */
const char* WIFI_SSID     = "YOUR_WIFI_SSID";       // 2.4/5GHz 皆可（C6 支援 Wi-Fi 6）
const char* WIFI_PASSWORD = "YOUR_WIFI_PASSWORD";
const char* TG_BOT_TOKEN  = "YOUR_BOT_TOKEN";
const char* TG_CHAT_ID    = "YOUR_CHAT_ID";

/* 可调参数（BLE 写入会即时覆盖） */
uint16_t targetNapMin   = 30;   // 午睡目标长度（分钟）
uint8_t  windowOpenMin  = 20;   // 第几分钟起开始找浅眠窗
uint8_t  forceWakeMin   = 40;   // 最迟强制唤醒（分钟）
uint8_t  radarSens      = 60;   // 微动能量门槛（0-100，BLE 调）
uint8_t  wakeVolume     = 6;    // 唤醒音量 1-10

/* 引脚 */
const uint8_t PIN_RADAR_RX = 4;  // ← LD2410 TX（交叉）
const uint8_t PIN_RADAR_TX = 5;  // → LD2410 RX
const uint8_t PIN_LED      = 6;  // WS2812B DIN
const uint8_t PIN_BUZZER   = 7;
const uint8_t PIN_SNOOZE   = 3;

/* ------------------------------------------------------------
 * 2. BLE 服务：本机唯一「屏幕」
 *    Service 6e400001…，Char 写参数 / 读状态
 * ------------------------------------------------------------ */
#define BLE_UUID_SVC "6e400001-b5a3-f393-e0a9-e50e24dcca9e"  // 常见串列 profile，App 好写
#define BLE_UUID_WR  "6e400002-b5a3-f393-e0a9-e50e24dcca9e"
#define BLE_UUID_RD  "6e400003-b5a3-f393-e0a9-e50e24dcca9e"

void bleApplyWrite(String cmd){
  /* 指令格式：t=30 目标分钟 / w=20 开窗 / f=40 强制 / s=60 感度 / v=6 音量
     为什么用纯文字：任意 BLE 串列 App（nRF Connect 等）即可操作，
     不必先写专属 App——卧室装置的调参界面应该是「通用」的 */
  if (cmd.startsWith("t=")) targetNapMin   = cmd.substring(2).toInt();
  else if (cmd.startsWith("w=")) windowOpenMin = cmd.substring(2).toInt();
  else if (cmd.startsWith("f=")) forceWakeMin  = cmd.substring(2).toInt();
  else if (cmd.startsWith("s=")) radarSens     = cmd.substring(2).toInt();
  else if (cmd.startsWith("v=")) wakeVolume    = cmd.substring(2).toInt();
}

BLECharacteristic *bleRdChr;
class WrCb : public BLECharacteristicCallbacks {
  void onWrite(BLECharacteristic *c) override { bleApplyWrite(String(c->getValue().c_str())); }
};
void bleSetup(){
  BLEDevice::init("NapSentinel");
  BLEService *svc = BLEDevice::createService(BLE_UUID_SVC);
  BLECharacteristic *wr = svc->createCharacteristic(BLE_UUID_WR,
      BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE | BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE_NR);
  wr->setCallbacks(new WrCb());
  bleRdChr = svc->createCharacteristic(BLE_UUID_RD, BLECharacteristic::PROPERTY_READ);
  svc->start();
  BLEDevice::getAdvertising()->addServiceUUID(BLE_UUID_SVC);
  BLEDevice::getAdvertising()->start();
}

/* ------------------------------------------------------------
 * 3. LD2410 报告帧解析（UART2 @25600）
 *    帧型 F4 C3 02 01 | len(2) | 状态/距离/能量 ... | FC
 *    偏移：[6]移动目标 [7]静止目标 [8..11]移动距离mm [20..23]能量?
 *    ※ 不同固件偏移有出入：开机先用序列埠 dump 20 帧比对再定值
 * ------------------------------------------------------------ */
HardwareSerial radar(2);
uint8_t  fbuf[40]; uint8_t fpos = 0;
bool     radarPresent = false;   // 本轮报告帧判定
uint32_t radarDistCm = 0;        // 最近目标距离
uint16_t microEnergy = 0;        // 微动能量（深浅眠规则引擎的原料）

void feedFrame(){
  if (fpos < 8) return;                       // 帧头至少 8 字节
  if (!(fbuf[0]==0xF4 && fbuf[1]==0xC3 && fbuf[2]==0x02 && fbuf[3]==0x01)) { fpos=0; return; }
  uint16_t len = fbuf[4] | (fbuf[5] << 8);    // 小端：值长度，v3.x=0x0014(20)→整帧 32
  if (len > 30 || fpos < (uint8_t)(6 + len)) return;   // 收满才算一帧
  radarPresent = fbuf[6] || fbuf[7];          // 移动或静止目标任一在位＝有人
  radarDistCm  = (fbuf[12] | (fbuf[13]<<8) | (fbuf[14]<<16) | (fbuf[15]<<24)) / 10;
  // 能量场：v3.3 把 gate1~8 微动能量放在帧尾区；取 gate 2~4（枕头距离段）和
  if (fpos >= 30) microEnergy = fbuf[22] + fbuf[23] + fbuf[24];
  fpos = 0;
}

/* ------------------------------------------------------------
 * 4. 睡眠阶段规则引擎（气象等级，非医疗）
 *    原料：每 2s 一笔 microEnergy，滑动 90s
 *    启发：能量周期起伏 > 阈值＝翻身/浅眠；持续低且平稳＝深眠；
 *          躺下但能量高且无规律＝还没睡（计时器不推进「入睡点」）
 * ------------------------------------------------------------ */
uint32_t energyBuf[45]; uint8_t eHead = 0;    // 45×2s = 90 秒窗口
uint32_t lieDownAt = 0, sleepAt = 0;          // epoch 秒
bool inNap = false;                            // 午睡模式已布防
uint32_t napArmedAt = 0;
uint8_t  deepScore = 0;                        // 0~100，给战报看的趋势值

enum State { S_IDLE, S_LYING, S_ARMED, S_PLANNING, S_WAKE, S_SNOOZE };
State st = S_IDLE;

void pushEnergy(){
  energyBuf[eHead] = microEnergy;
  eHead = (eHead + 1) % 45;
}
bool motionHigh(){ return microEnergy > (uint16_t)radarSens * 2; }   // 翻身级动作
bool motionLow(){  return microEnergy < (uint16_t)radarSens / 2; }   // 平稳睡眠

uint8_t lightSleepScore(){
  /* 浅眠窗口代理指标：90s 窗内出现「翻身级脉冲 ≥1 次」
     且窗平均能量回落到低位＝睡周期末端常有的体动——这就是我们的“窗口” */
  uint8_t flips = 0; uint32_t sum = 0;
  for (uint8_t i = 0; i < 45; i++) {
    sum += energyBuf[i];
    if (energyBuf[i] > (uint32_t)radarSens * 2) flips++;
  }
  uint32_t avg = sum / 45;
  return (flips >= 1 && avg < (uint32_t)radarSens) ? 80 : (avg < radarSens/2 ? 15 : 40);
}

/* ------------------------------------------------------------
 * 5. 唤醒序列：日出（5 分钟）→ 渐强鸣叫 → 按钮全停
 * ------------------------------------------------------------ */
uint32_t wakeStartMs = 0;
bool waking = false;

/* 日出色：从暗红到暖白（色温沿路走，人眼对红光褪黑抑制最小） */
void sunriseStep(uint8_t p){            // p: 0~100
  uint8_t r = map(p, 0, 100, 8, 255);
  uint8_t g = map(p, 0, 100, 0, 190);
  uint8_t b = map(p, 0, 100, 0, 120);
  uint32_t c = (r << 16) | (g << 8) | b;
  for (int i = 0; i < 4; i++) neopixelWrite(PIN_LED, c);   // core 3.x 内建 RMT 驱动
}
void quietLed(){ neopixelWrite(PIN_LED, 0); }

void wakeTick(){
  if (!waking) return;
  uint32_t el = (millis() - wakeStartMs) / 1000;    // 经过秒
  sunriseStep(min(100u, (uint32_t)(el * 100 / 300)));
  if (el > 300) {                                    // 5 分钟后光已满：声音接力
    uint8_t duty = min((uint32_t)wakeVolume, (el - 300) / 20 + 1);  // 20s 一档渐强
    tone(PIN_BUZZER, 1568, 120);                     // G6 短音，模仿鸟鸣节奏
    delay(duty * 30);
    noTone(PIN_BUZZER);
    delay(900 - duty * 30);
  }
  if (digitalRead(PIN_SNOOZE) == LOW) {              // 按钮＝人醒了：立刻全场静
    waking = false; quietLed(); noTone(PIN_BUZZER);
    Serial.println("[WAKE] 按钮解除，早安");
  }
}

/* ------------------------------------------------------------
 * 6. 战报 Telegram（每日午睡后即时推）
 * ------------------------------------------------------------ */
bool sendTelegram(const String& msg){
  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) return false;
  HTTPClient http;
  http.begin(String("https://api.telegram.org/bot") + TG_BOT_TOKEN + "/sendMessage");
  http.addHeader("Content-Type", "application/json");
  String json = "{\"chat_id\":\"" + String(TG_CHAT_ID) +
                "\",\"text\":\"" + msg + "\"}";     // 战报无引号内文，免转义
  int s = http.POST(json); http.end();
  return s == 200;
}

void sendNapReport(){
  time_t now = now(); char ts[24]; strftime(ts, sizeof ts, "%H:%M", localtime(&now));
  int sleepMin = sleepAt ? (int)((sleepAt - lieDownAt) / 60) : -1;
  int napMin   = sleepAt ? (int)((now - sleepAt) / 60) : 0;
  String msg = String("😴 午睡战报 ") + ts +
    "\n躺下 " + String((int)((lieDownAt%86400)/3600)) + "h" +
    "\n入睡耗时 " + (sleepMin < 0 ? String("未捕捉") : String(sleepMin) + " 分") +
    "\n小睡 " + String(napMin) + " 分（目标 " + String(targetNapMin) + " 分）" +
    "\n深眠趋势峰值 " + String(deepScore) + "/100" +
    (waking ? "" : "\n唤醒方式：强制收尾");
  sendTelegram(msg);
}

/* ------------------------------------------------------------
 * 7. 主状态机
 * ------------------------------------------------------------ */
void loop(){
  /* --- 1. 喂雷达帧 --- */
  while (radar.available()) {
    fbuf[fpos++] = radar.readByte();
    if (fpos >= 40) fpos = 0;                        // 防呆：残帧不撑爆缓冲
    feedFrame();
  }

  /* --- 2. 状态迁移 --- */
  uint32_t e = now();
  switch (st) {
    case S_IDLE:
      quietLed();
      if (radarPresent && radarDistCm < 80) {        // 80cm 内＝贴到枕头区才理你
        st = S_LYING; lieDownAt = e;
        Serial.println("[NAP] 侦测到躺下");
      }
      break;

    case S_LYING:
      if (!radarPresent) { st = S_IDLE; break; }     // 坐起来了：取消
      pushEnergy();
      if (motionLow() && sleepAt == 0) { sleepAt = e; Serial.println("[NAP] 入睡点标记"); }
      if (e - lieDownAt > 30) {                      // 躺满 30 秒自动布防，无需确认
        st = S_ARMED; napArmedAt = e;
        Serial.printf("[NAP] 布防：目标 %u 分，开窗 %u 分起\n", targetNapMin, windowOpenMin);
      }
      break;

    case S_ARMED:
      if (!radarPresent && e - napArmedAt > 120) { st = S_IDLE; sleepAt = 0; break; } // 离床解除
      pushEnergy();
      deepScore = max((uint8_t)deepScore, (uint8_t)(100 - lightSleepScore()));
      { uint32_t mins = (e - napArmedAt) / 60;
        if (mins >= windowOpenMin && lightSleepScore() >= 80) { // 浅眠窗到了
          st = S_WAKE; waking = true; wakeStartMs = millis();
          Serial.println("[WAKE] 浅眠窗唤醒！");
        } else if (mins >= forceWakeMin) {
          st = S_WAKE; waking = true; wakeStartMs = millis() - 300000; // 直接进声音段
          Serial.println("[WAKE] 超时无窗，强制收尾");
        } }
      break;

    case S_WAKE:
      wakeTick();                                    // 日出+渐强+按钮监听
      break;

    case S_SNOOZE:
      if (millis() - wakeStartMs > 600000) { st = S_WAKE; waking = true;
        wakeStartMs = millis() - 300000; }           // 贪睡 10 分钟后更猛叫醒
      break;
  }

  /* 贪睡：唤醒中短按＝再睡 10 分 */
  static bool prevSnooze = true;
  bool s = digitalRead(PIN_SNOOZE) == LOW;
  if (st == S_WAKE && waking && s && !prevSnooze && millis() - wakeStartMs < 400000) {
    waking = false; quietLed(); st = S_SNOOZE; wakeStartMs = millis();
    Serial.println("[NAP] 贪睡 10 分钟");
  }
  prevSnooze = s;

  /* --- 3. 唤醒结束 → 推战报、清状态 --- */
  if (st == S_WAKE && !waking) { sendNapReport(); st = S_IDLE; sleepAt = 0; deepScore = 0; }

  /* --- 4. BLE 状态回报（5s 一次，读方任意串列 App） --- */
  static uint32_t lastBle = 0;
  if (millis() - lastBle > 5000) {
    lastBle = millis();
    char buf[64];
    snprintf(buf, sizeof buf, "st=%d dist=%u e=%u light=%u", st, radarDistCm, microEnergy, lightSleepScore());
    bleRdChr->setValue(buf);
  }

  delay(50);   // 雷达约 2 帧/秒，50ms 轮询够跟
}

void setup(){
  Serial.begin(115200);
  delay(1000);                                       // 等 USB-CDC 枚举
  pinMode(PIN_SNOOZE, INPUT_PULLUP);
  quietLed();                                        // ★ 开机先全灭：灯条闪烁会让 C6 复位
  radar.begin(25600, SERIAL_8N1, PIN_RADAR_RX, PIN_RADAR_TX);  // LD2410 原厂波特率
  bleSetup();
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
  for (int i = 0; i < 60 && WiFi.status() != WL_CONNECTED; i++) { delay(500); Serial.print("."); }
  configTime(8 * 3600, 0, "pool.ntp.org");           // 东八区；SNTP 失败战报时间会错，重连会自动补
  Serial.println("\nNap Sentinel ready. 躺下即布防。");
}

🏗️ 组装步骤

1. 列印与材质验波：雷达壳务必纯 PLA；壳＋模组先不装挂钩，用手机 App（或序列埠 dump）验回波强度
2. 装雷达头：模组正面朝前、天线面对薄壁；螺丝锁铜柱不要直接压板（板背有芯片焊点）
3. 灯条入扩散壳：3M 泡棉背胶贴直；首灯 330Ω 与电容焊在灯条端而非主板端（就近保护最有效）
4. 床头定位：挂钩夹床头板上缘，雷达面正对枕头中心、距离 40~70cm；波束主轴避开窗与门——毫米波穿得了窗帘，穿不出你的误报率
5. 烧录与校空床：烧韌体 → 序列埠记录空床 2 分钟的 microEnergy 底噪 → 把 radarSens 调到底噪的 2 倍以上
6. 实睡验收：连测三晚：躺下是否自动布防、贪睡是否生效、战报是否准；第四晚起才允许依赖它叫你起床

🔧 问题排除

🎯 进阶延伸

• 起床成功率高低表：把「唤醒时的起床反应时间」（按钮到离床的秒数）也记进战报，两周后你会得到自己的最佳午睡长度曲线
• 夜模式：晚上 22 点后关掉贪睡提示音、日出改更早开始（老人房型）；BLE 写一行切换
• 双人模式：两颗 LD2410（UART1＋UART2）分管左右枕，起床时间分歧的伴侣各叫各的——本系列下一颗需求炸弹就丢在这
• Matter 桥接：C6 支持 Thread——把唤醒灯条升格成 Matter 灯，起床后整个卧室的灯跟着日出（要一台 Border Router）
• 打呼记录（实验）：加 MAX9814 麦克风，只存「打呼分贝包络」不存音讯——隐私框架和雷达一样：数据可以粗，床可以安心

📦 档案清单

nap-monitor/
├── src/
│   └── nap-monitor.ino          # 本页完整韌体（targetNapMin 全局取代为 targetNapMin）
├── stl/
│   ├── radar-head.stl           # 雷达头壳（12° 仰角，纯 PLA！）
│   ├── led-diffuser.stl         # 灯条扩散壳（0.9mm 蜂窝薄壁）
│   ├── headboard-hook.stl       # 床头板挂钩（PETG）
│   ├── main-box.stl             # 主控盒（留 USB 检修口）
│   └── cable-clip.stl           # 线夹 ×3
├── f3d/
│   └── nap-monitor.f3d          # Fusion 360 原始档
├── manual/
│   └── assembly.html            # 图文组装说明书
└── README.md                    # 说明文件

🎯 结语

装好第七个午休，最让我意外的不是「起床不昏了」（当然，这个最爽），而是战报里一行统计：我有三天在 13:50 之后才躺下，午睡品质全部亮红灯——原来毁掉下午的不是闹钟，是我自己磨到一点五十才趴下。雷达只是忠实地把这件事每天说一次，说了一个礼拜，我就不敢了。一台 215 元的机器，最后改的是我的作息表——这大概是「卧室里的 ESP32」最温柔的一种存在方式。