HW01 Python 環境建立和Hello World

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一、Python 程式碼：智慧燈控系統

專案名稱：Smart Lighting Control System（智慧燈控系統）

功能包含人體感測模擬、環境亮度判斷、自動開關燈、手動控制、燈控紀錄及 CSV 匯出。不需要額外安裝套件，適合在 Kaggle Notebook 執行。

# =====================================================
# Smart Lighting Control System
# 智慧燈控系統
# Platform: Kaggle Notebook
# =====================================================

import pandas as pd
from datetime import datetime

# =====================================================
# 1. System Settings
# 系統設定
# =====================================================

LUX_THRESHOLD = 300
control_mode = "AUTO"
light_status = False

records = []


# =====================================================
# 2. Smart Lighting Function
# 智慧燈控功能
# =====================================================

def smart_lighting(presence, brightness):
    global light_status

    if control_mode == "AUTO":

        # 有人且環境昏暗，自動開燈
        if presence and brightness < LUX_THRESHOLD:
            light_status = True
            reason = "有人且環境昏暗，自動開燈"

        # 無人，自動關燈
        elif not presence:
            light_status = False
            reason = "未偵測到人員，自動關燈"

        # 環境亮度足夠，關燈
        else:
            light_status = False
            reason = "環境亮度足夠，關閉燈具"

    else:
        reason = "手動模式，維持使用者設定"

    # 顯示控制結果
    print("=" * 40)
    print("Control Mode:", control_mode)
    print("Presence:", "Detected" if presence else "Not Detected")
    print("Brightness:", brightness, "Lux")
    print("Light Status:", "ON" if light_status else "OFF")
    print("Result:", reason)

    # 記錄資料
    records.append({
        "Time": datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"),
        "Mode": control_mode,
        "Presence": presence,
        "Brightness_Lux": brightness,
        "Light_Status": light_status,
        "Result": reason
    })


# =====================================================
# 3. Mode Switching
# 模式切換
# =====================================================

def set_mode(mode):
    global control_mode

    mode = mode.upper()

    if mode in ["AUTO", "MANUAL"]:
        control_mode = mode
        print("Mode switched to:", mode)
    else:
        print("Invalid mode. Use AUTO or MANUAL.")


# =====================================================
# 4. Manual Light Control
# 手動燈控
# =====================================================

def manual_control(status):
    global light_status

    if control_mode != "MANUAL":
        print("Please switch to MANUAL mode first.")
        return

    light_status = bool(status)
    print("Manual Light:", "ON" if light_status else "OFF")


# =====================================================
# 5. Automatic Mode Simulation
# 自動模式模擬
# =====================================================

print("SMART LIGHTING SYSTEM START")

set_mode("AUTO")

# Test 1: Someone is present, room is dark
smart_lighting(True, 100)

# Test 2: Someone is present, room is bright
smart_lighting(True, 600)

# Test 3: No one is present
smart_lighting(False, 100)

# Test 4: Someone is present, low brightness
smart_lighting(True, 200)


# =====================================================
# 6. Manual Mode Test
# 手動模式測試
# =====================================================

print("\nMANUAL MODE TEST")

set_mode("MANUAL")

manual_control(True)
smart_lighting(False, 500)

manual_control(False)
smart_lighting(True, 100)


# =====================================================
# 7. Display Records
# 顯示紀錄
# =====================================================

df = pd.DataFrame(records)

print("\nLIGHTING RECORDS")
display(df)


# =====================================================
# 8. Export CSV
# 匯出資料
# =====================================================

filename = "smart_lighting_log.csv"

df.to_csv(
    filename,
    index=False,
    encoding="utf-8-sig"
)

print("Data saved to:", filename)
print("SMART LIGHTING SYSTEM COMPLETED")

程式功能說明

功能	說明
人體感測	模擬是否有人進入環境
亮度感測	模擬環境照度，單位為 Lux
自動模式	依人體感測與亮度條件決定開關燈
手動模式	使用者直接指定燈具開啟或關閉
資料紀錄	記錄時間、模式、亮度與燈具狀態
CSV 匯出	將控制紀錄儲存成 CSV 檔案

控制原理： 當系統處於自動模式時，如果偵測到有人且環境亮度低於 300 Lux，就會開燈；如果沒有人，或環境亮度已達到門檻，就會關燈。

注意：此程式為模擬版本，不會直接控制實體燈具或讀取真實感測器。

二、GitHub README.md

以下內容可以直接複製到 GitHub 的 README.md。

Smart Lighting Control System｜智慧燈控系統

1. Project Introduction｜專案介紹

本專案使用 Python 開發智慧燈控系統，並透過 Kaggle Notebook 執行程式。

系統模擬人體感測器與環境亮度感測器，根據人員是否在場及環境照度，自動控制燈具的開啟與關閉。同時提供手動控制模式，並記錄每次控制結果，方便後續資料分析。

本專案主要用於學習自動控制、條件判斷、感測資料處理及智慧照明的基本概念。

2. Project Objectives｜專案目標

• 學習 Python 程式設計與條件判斷。
• 理解人體感測與環境亮度判斷的控制邏輯。
• 實作自動模式與手動模式。
• 建立燈具狀態紀錄與 CSV 資料匯出功能。
• 探討智慧照明在節能與自動化控制上的應用。

3. Features｜系統功能

Automatic Mode｜自動模式

系統根據模擬感測器資料，自動決定燈具狀態。

• 偵測到有人且環境昏暗：自動開燈。
• 偵測到有人但環境亮度足夠：關燈。
• 未偵測到人員：自動關燈。

Manual Mode｜手動模式

使用者可以切換至手動模式，直接控制燈具開啟或關閉。

Data Logging｜資料紀錄

系統會記錄以下資訊：

• 執行時間
• 控制模式
• 人體感測結果
• 環境亮度
• 燈具狀態
• 控制判斷結果

CSV Export｜資料匯出

系統會將控制紀錄輸出為 smart_lighting_log.csv，可使用 Excel 或 Python 進一步分析。

4. Technologies｜使用技術

• Python
• Pandas
• Kaggle Notebook
• CSV Data Processing
• Conditional Logic

5. Control Logic｜控制邏輯

Mode	Presence	Brightness	Light Status
AUTO	Detected	Below 300 Lux	ON
AUTO	Detected	300 Lux or above	OFF
AUTO	Not Detected	Any brightness	OFF
MANUAL	Any status	Any brightness	User controlled

預設環境亮度門檻為 300 Lux，可依照實際使用環境調整。

6. How to Run｜執行方式

1. 開啟 Kaggle Notebook。
2. 建立新的 Python Notebook。
3. 將專案 Python 程式碼貼入程式碼區塊。
4. 按下 Run 執行。
5. 查看控制結果與資料表。
6. 取得輸出的 smart_lighting_log.csv。

本專案不需要連接網路，也不需要額外安裝 Python 套件。

7. Expected Results｜預期結果

程式執行後，將展示不同情境下的燈控結果，例如：

• 有人且環境昏暗時，系統自動開燈。
• 有人但環境明亮時，系統關閉燈具。
• 無人時，系統自動關燈。
• 手動模式下，使用者可以直接控制燈具。
• 系統產生 CSV 紀錄檔。

8. Applications｜應用方向

本專案的控制概念可延伸應用於：

• 工廠自動照明
• 教室與辦公室照明
• 走廊與樓梯照明
• 智慧家庭照明
• 節能控制系統

9. Future Improvements｜未來改進

未來可進一步整合 Arduino 或 ESP32，使用 PIR 人體感測器與照度感測器取得真實環境資料，並透過適當的驅動電路控制燈具。

也可以加入延遲關燈、感測器異常處理、每日用電量估算及即時狀態監控。

10. Limitations and Safety｜限制與安全

目前版本使用模擬資料，並非實際硬體控制系統，因此不會直接控制真實燈具。

若要整合實體設備，應使用符合規格的驅動模組，並由具備資格的人員設計與檢查市電相關電路，以避免觸電或火災風險。

11. License｜授權

本專案可依需求選擇適合的開源授權，例如 MIT License。

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Project: Smart Lighting Control System
Language: Python
Platform: Kaggle Notebook
Purpose: Educational Project and Automation Simulation

三、GitHub 專案建議結構

smart-lighting-system/
├── smart_lighting.py
└── README.md

將 Python 程式存成 smart_lighting.py，再把上面的 README 存成 README.md，就可以上傳到 GitHub。

如果這是要放進電機科備審資料的專題，建議再補上系統流程圖、實際執行截圖，以及未來與 Arduino 人體感測器整合的規劃，讓專案的設計目的與控制邏輯更完整。