台灣優奎士有限公司: ZigBee在智慧家庭中的應用

物聯網興起　帶來驚人商機

根據美國研究機構Forrester預測，未來2020年物聯網產值是目前網際網路相關產業產值的30倍，將形成充滿商機的兆元級產業。另外從政策面來看，大陸與美國已將物聯網視為國家重點推動產業。大陸甚至將物聯網納入國家中長期科學技術與國家產業發展計畫當中。而從其概念衍生出的各項智慧產業，目前也都是各國主要推動政策。其中物聯網當中主要的流程大致上可分為4種：標識、感知、傳輸、處理，其中建構整個物聯網的最主要技術就是全面感知技術了。

Zigbee在智慧家庭中的應用

ZigBee標準從2003年發表以來已趨向成熟，相關協議及規範已制定，未來相關應用產業即將起飛，如同當年藍牙技術結合手機無線通話創造新市場，或是如同Wi-Fi技術般遍布生活週遭，建構無所不在的網通服務，現在結合ZigBee與家電、燈具、遙控器自動化控制全面開創M2M(Machine-to-Machine)智慧化生活應用市場。

家庭內部通常範圍較小，而無線通信具有無須接線等有線通信所不具備的優勢，因此家庭網路中的連網非常適合透過近距離無線通訊來實現。為了能讓人們節省日常生活瑣事，家庭自動化是ZigBee技術最有吸引力的一種應用。ZigBee技術具備的超低功耗特性、協同工作能力和網路功能，使其成為家庭自動化領域中的主要角色。

透過ZigBee無線感測網路，使用者可透過控制與收集無線感測網路上的各種開關及感應器之資料，並進行情境設定，如無人時將冷氣關掉或於夜間將屋內燈光開啟等功能或是自動的窗簾控制等功能。此外可以結合智慧電錶去構築一個智慧電網的應用。透過智慧電錶去蒐集相關電器設備的用電量資料，並將相關資料傳送到中央控制平台，使其可以自動化判斷調整控制。最後加上溫濕度與照度等自然環境狀態偵測，自動調節空調與照明設備。

利用Zigbee技術還可以做很多的事，例如家裡的每一個成員都可以有一個自我私人設定，能按照個人的身高身形或輪廓設定，其他電器都可以透過檢測此設定而有所反應。假如附近沒有其他人或者該設定具有最高優先權，那麼家裡的燈光、溫度、音樂、電視節目和網站都將自動按照使用者的喜好設置，並且也可以將此設定帶到室外或辦公室裡。

Zigbee在家庭網路中的作用主要表現在以下4個方面：

控制：

享受靈活的管理方式，可以從家裡的任何地方來控制電燈、暖氣、空調系統。

多個家庭系統的自動控制，使生活更加節能、方便、安全。

節能：

能了解詳盡的的電力等使用數據。

嵌入的智慧系統能夠優化對自然資源的消耗。

便利：

不需佈線就可以安裝、升級網路化的家庭控制系統。

從一個單一控制遠端就可以配置和執行多個系統。

安全：

安裝方便的無線傳感器能夠在多種環境中進行監控。

檢測到異常事件時能自動接收到系統提示。

圖1. 智慧家庭規畫示意圖

台灣優奎士有限公司推出的物聯網與ZigBee 應用實驗系統，是知名大學教授依多年來的教學經驗所規畫的教學系統，並搭配專屬的教材，帶領學生循序漸進學習物聯網領域知識，並能應用在家庭自動化上。實驗系統課程設計是在UBIKIT 6612嵌入式系統上開發Android應用程式，並結合ZigBee無線感測網路模組，去取得環境的資料。依據使用情境規畫不同主題，包括智慧型無線窗簾遙控系統、情境燈光控制系統、太陽光能監控系統、居家照護系統和數位家庭智慧型無線門禁系統等情境應用章節，不僅可應用在學校教學上，並能依據相關主題擴充，替學校量身打造體驗教室。體驗教室結合自動感測與控制功能，可規畫空調系統監控、照明系統監控及智慧電網應用等家庭自動化主題，請參考圖1示意圖。

1. 空調系統監控

空調系統往往是消秏電力最高的家電產品，因此可結合溫溼度感測器，達到自動化控制的目的，透過ZigBee無線傳輸方式，可簡化現場佈線之難度。中央控制系統根據取得的環境溫溼度值，可自動透過紅外線遙控的模式去開啟空調系統，並能根據使用者的設定，進而去調整最適宜的空調溫度。

2．照明系統監控

隨著電價日益高漲，因此LED燈具將更加普及化。可以透過光照度感測模組結合電力控制模組和LED燈具，自動化控制照明系統。可以依現場的亮度調整室內燈光，也可以依不同的場合應用去調整室內燈光的顏色。並可以結合步進馬達控制無線窗簾控制應用，經由感知現場的環境光源自動開關窗簾，透過增加室內光源，達到減少開啟燈具的電力損秏。

3. 智慧電錶監控系統

智慧電錶為智慧電網的核心，透過智慧電錶可精確記錄各戶單位時間之用電量，偵測電力供應者的電力供應狀況，來調整家電用品的耗電量，以此達到節約能源，降低損耗，增強電網可靠性的目的。透過智慧電錶，可將取得的資料以周期性的方式，自動將資料透過ZigBee無線傳輸方式，將資料傳送到中央控制平台，可顯示目前電力消秏狀態及將資料透過雲端的方式傳送到後端儲存和分析。