電網智慧化ZigBee通信技術將扮演關鍵性角色

        智慧電網近年來成為科技產業中相當熱門的概念技術，不論是歐美或是亞洲，均將其視為一大商機。根據統計，目前世界各國均將智慧電網視為重要政策項目，甚至在2010年即開始規劃大規模的投資；目前，大陸已投入超過73億美元，其次是美國的71億美元投資，顯示智慧電網因政策性的考量，需求大增。 

        但縱觀全球，目前沒有看到一個國家有很成熟化的智慧電網發展經驗，雖然沒有統一的定義，但一致的目標幾乎是節能、穩定供電並逐漸增加再生能源的使用比重，在電網把集中供電的傳統模式轉為分散型、儘可能自給自足的微電網，在規劃的過程中同時導入智慧電錶、通信傳輸、儲能(電)、穩定電壓及控制系統等技術整合。

通信是電網智慧化的關鍵

  

        智慧電網的建構和訊息通信技術的應用，可提供自動調控、需量管理、即時測量和最佳化用電配置等功能，有助於電力部門進行電力供應整合及調度管理，也便於消費端從事電力使用管理。

        雖然系統涵蓋完整的通信網路和精密的系統軟體，可用來分析處理電力供需資料，但實際應用時必須先完成最基礎化的智慧電錶建設，才能收集完整且即時的能源使用訊息，作為電力自動化供給調度和需求面管理的基礎；通過電錶的架構，完整的系統涵蓋電力部門、智慧電錶和終端使用三者間的系統，成為一個完整的整體智慧電網架構。

        當電網智慧化後，其中的訊息傳遞首當其衝，成為重要的議題。過去若用戶停電，得派人到現場檢查線路，通過智慧電網，可即時發出信號通知電力公司，說不定用戶尚未發現停電，電力公司已派工程人員修好了。電力公司可通過檢測供電障礙、阻止障礙蔓延，還能通過網路，對欠費的用戶遠程斷電，連偷電的用戶也很容易查得出來。

        雖然智慧電網涵蓋範圍相當廣泛，但由於電網系統本身涉及計費與安全系統，必須以封閉系統進行，加上ICT技術整合智能家電系統，從通信技術出發，就已包涵WiMAX、ADSL、GPRS、WCDMA、ZigBee、乙太網、電力線通信與RS-485等技術，與家庭區域網產生更多的互動與連接，再與互聯網結合，等於將封閉系統打開了一個突破口，這對電網的發展，將造成不小的影響。訊息安全問題，絕對不能等閒視之，尤其是電力安全，所有的電子設備與基礎建設都與電息息相關，一旦失去電力，最嚴重的情形是會癱瘓國家的運作機能。

圖1. 智慧電網示意圖 (資料來源：EPRI)

家庭智能網路端

         在和一般民眾息息相關的家庭智能網路端的普及上，飛思卡爾半導體(Freescale)智慧能源行銷總監Derek Philips認為，必須讓消費者感覺到智慧電網可以幫他省錢，為消費者提供附加服務，才能提高使用意願，進一步加快智慧電網的部署速度。

        儘管全球各地政府都開始思考佈建智慧電網，但實際採用的腳步卻不見加快。真正原因就在於“大多數用戶並不知道自己的電費費率，所以，何時應該節省用電？何時適合做耗電量大的工作，對一般消費者來說並沒有太大感覺。所以，Philips提議，未來無論是要推動智慧電表，或是所謂家用能源管理(HEM)系統的業者，事實上可以參考蘋果的例子，思考如何為消費者提供附加服務，讓終端用戶更有願意開始在家庭中使用智慧型能源管理系統。

Derek Philips也指出，Zigbee在智慧電網極具發展潛力，因為它功耗低，干擾少，而且相對穩定。它使用智慧能源架構2.0，能在同一層應用上支援其他無線應用，不必再使用其他的轉碼器，就能讓兩個無線裝置直接對話。進而擴展其在智慧電網整體架構的重要性，特別是在家庭智能網路端，將是其展露光芒的舞台。

目前在智慧電網的連接應用上，電力線通信及ZigBee兩種技術成為當中的佼佼者，以其在各項通信功能支持的能力，包括電能顯示器(IHD)、智能調溫器(Smart Thermostat)、負載控制(Load Control)、連接介面，以及新增的能源管理系統、電動車Plug-in、電源逆變器等支持，都將有助提升ZigBee陣營的競爭力。

台灣優奎士推出的ZigBee無線感測網路實驗系統，採用TI CC2530 ZigBee晶片，符合ZigBee 2007/Pro 協議。由於無線感測網路的相關通訊堆疊太過於複雜，牽涉的技術層面甚廣，相對的其學習門檻也甚高，因此將無線感測網路的相關設計與應用變成易學易用的技術，是本實驗系統設計的精神。ZigBee無線感測網路實驗系統備有專屬的教材，透過Visual Basic 開發應用程式，初學的使用者可以不用理會底層的相關協議，即可快速上手快開發相關的應用，教材並整合五個情境應用專題，可供實作如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、居家照護系統專題及數位家庭智慧型無線門禁系統。

此外，由於嵌入式系統的普及和物聯網的熱潮，亦有結合ZigBee和嵌入式系統 UBIKIT 6612的相關應用，UBIKIT 6612採用TI DM3730 ARM 核心，NAND 512 MB 及RAM 256MB，系統為Android 2.3 版本，Android 為目前智慧型手機市場最廣泛使用的系統。透過兩者的搭配，不僅可以學習無線感測網路相關的應用，並能夠學習Android  開發的相關技巧，有別於單純利用Android 手機開發，透過UBIKIT 6612其多樣化的輸出入埠，使用者可以去開發如物聯網、車聯網等在智慧型手機上無法開發的應用，並可以透過UBIKIT 6612多樣化的連網方式，如3.5G、WIFI、ETHERNET等，將採集到的資料透過雲端送出。當使用者具備相關的知識後，即可結合如智慧電錶等，去實作家庭智能網路端的相關應用。

圖2. 智慧聯網示意圖

圖3. 物聯網與ZigBee實驗系統 

(產品介紹：http://www.tw-ubiquitous.com/prod_list.asp?prod_sub_id=12&prod_id=29)

Reference：

 1. DIGITIMES中文網“ZigBee通信技術將成為電網智慧化的關鍵“

 http://www.digitimes.com.tw/tw/iot/shwnws.asp?cnlid=15&cat=30&cat1=45&id=0000292852_OGQ701V66MFXFW1SQNPBG#ixzz20qSZq0wx

2. 電子工程專輯“建構智慧電網，必須從消費者角度思考“

http://www.eettaiwan.com/ART_8800668611_675763_NT_717409e9.HTM

用ZigBee技術打造節能便利的LED照明網路

具網路連線的 LED 照明迄今仍因涉及佈線或封閉專利無線系統的複雜度，而僅限於專業照明安裝人員或建築師才有能力處理。近期， ZigBee Alliance 與 LED 燈泡領導製造商共同制定全新 ZigBee Light Link 標準，使消費者能夠更容易安裝與管理照明網路。

ZigBee Light Link 這類的標準解決方案因為具有多種優點，因此成為重要的解決方案。首先是能為消費者提供包括 LED 燈泡 (包括變色 LED)、燈具、計時器及控制等各類互通的產品。目前，只有一些專利無線系統可供使用，其不僅價格昂貴，而且不易實作。有了標準系統之後，消費者便能在網路中使用任何具ZigBee Light Link 認證產品。由於競爭力提高了，這使得網路連線的 LED 照明系統價格更為合理。

除了互通性之外，Light Link 標準也因 LED 燈泡的使用而提升能源效率，並提供感測器以自動控制系統。調光感測器可監控室內的自然環境照明，並自動調整燈泡的亮度，以便依照日夜需求調整燈泡亮度。另外，人體感測器可在有人進入室內時自動打開燈光，並能在離開時關燈。

此外，ZigBee Light Link 標準能夠透過具 ZigBee 功能的智慧型手機或簡單的閘道控制照明，使無線網路的使用性更加強。這能夠使得消費者可隨氛圍或工作需要變換照明設定，並且監控能源使用狀況。消費者也能夠透過改善的安裝方式，輕鬆更改住家及大樓的照明設備。

圖1. 透過Android 手機控制LED燈泡

身為 ZigBee 市場的領導廠商，德州儀器(TI)全力推廣全新的 ZigBee Light Link 標準，並與多家公司共同制訂這項標準。TI CC2530 ZigBee 系統單晶片 (SoC) 通過Golden Unit的互通性測試標準。TI Light 和 TI Color Remote 參考設計的 ZigBee Light Link 認證使客戶對於採用能符合標準的 CC2530 產品更具信心。

CC2530 是滿足 IEEE 802.15.4、ZigBee 及 RF4CE 應用需求的 SoC 解決方案。透過整合 RF 收發器、微控制器、系統內建可編程快閃記憶體及 RAM，CC2530 以超低整體物料清單 (BOM) 成本實現穩定的無線網路節點建置。CC2530 提供各種不同的操作模式，適合需求超低功耗的系統，例如 LED 照明，並且 SoC 可在工業應用的 125℃ 高溫下運作。CC2530 SoC 可結合 TI的 Z-Stack ZigBee 通訊協定堆疊技術，有助於加速 ZigBee 裝置上市並提供穩定完整的 ZigBee 解決方案。

台灣優奎士推出的物聯網與ZigBee應用實驗系統，結合UBIKIT 6612嵌入式系統搭配ZigBee無線感測網路實驗系統 建構一感測網路實驗平台，並透過開發Android 程式來達到相關的應用。其規畫數個情境應用專題，包括情境燈光控制系統，可透過光照度感測器感測現場光照度值，進而透過UBIKIT 6612嵌入式系統去調控LED混光板的亮度和顏色。其餘情境應用專題以居家自動化控制及居家照護為主軸，包括智慧型無線窗簾遙控系統、太陽光能監控系統、居家照護系統及數位家庭智慧型無線門禁系統專題設計。實驗系統並有搭配的教材及範例原始碼，可教導使用者學習物聯網及家庭自動化相關的應用。

圖2. 情境燈光控制系統架構圖
(相關Demo 影片：http://youtu.be/7uObWjgVXjE
                                 http://youtu.be/YkUA7SqsAME )

ZigBee無線感測網路實驗系統採用TI CC2530晶片，除了搭配UBIKIT 6612嵌入式系統，也可以獨立搭配一般電腦使用，透過Visual Basic開發應用程式。由於無線感測網路的相關通訊堆疊太過於複雜，牽涉的技術層面甚廣，透過物聯網與ZigBee應用實驗系統，可以大幅降低學習的門檻，使用者可以不用費心於底層的設計和開發，能夠有更充份的時間把想法轉換成實際的應用。

圖3. 物聯網與ZigBee應用實驗系統示意圖

(產品介紹網址：http://www.tw-ubiquitous.com/prod_list.asp?prod_sub_id=12&prod_id=29)

Reference：

1. 電子工程專輯“用ZigBee技術打造節能便利的LED照明網路“

http://www.eettaiwan.com/ART_8800668963_480702_NT_f52291e1.HTM

2. 電子工程專輯 “Computex：首款獲Golden Unit認證的ZigBee Light Link“

http://www.eettaiwan.com/ART_8800668436_480702_NP_03fcc46e.HTM

2012第17屆全國大專校院資訊應用服務創新競賽介紹

「2012第17屆全國大專校院資訊應用服務創新競賽」已於4/9公告,本年度競賽有二大特色：一、新增「海外交流組」，擴大邀請亞太地區如大陸、泰國、印尼、馬來西亞等國家之得獎團隊來台切磋交流，入圍總決賽之台灣團隊作品需調整為英文版本，並於總決賽當日全程以英文展演。二、「指定專題類」增設至11個競賽組別，提供參賽團隊良好創意及創新的發揮舞台。

本屆競賽組別分為3大類：大會專題類(資訊技術應用組、產學合作組)、海外交流類(海外交流組)、指定專題類(智慧型自動化產品與智慧型機器人設計開發組、自然人憑證應用組、自然環境資料庫服務應用組、臺北生活好便利服務創新應用組、Google企業創新應用組、知識達人Vitals/KM實務應用組、雲端x生活創新應用組、產業電子書創新應用組、Life+創新會員服務應用組、互動式農業知識應用組、智慧型手持裝置應用組、PKI實務應用組)，每隊最多只能報名2類，每一類別最多只能報名1組。每一類別皆提供高額的獎金給參賽隊伍掙取。

圖1. 2012第17屆全國大專校院資訊應用服務創新競賽校園說明會

本屆競賽可概分為雲端及物聯網相關應用，由於智慧型手機日益普及，相關的應用蓬勃發展。在3G行動上網普及後，人們就不用再侷限在PC上才能使用上網服務，透過智慧型手機即可行動上網瀏灠，並可使用各種服務專屬的APP 上網取得資訊。由於開發好的APP應用程式可以放到線上商店供使用者購買，造就了許多的百萬富翁，學會APP的開發可以說等於掌握了創業的關鍵，也因此成了目前最熱門的學習技術之一。

台灣政府近年來努力推行雲端相關的產業發展，雲端領域由底層到高層可分為：基礎的軟、硬體技術、建造雲端資料中心所需的組裝硬體及系統軟體技術、提供網路服務業者使用的平台技術、提供各種網路服務的應用軟體、與網路服務連結的上網裝置，此外還有貫通各層的寬頻網路。適合一般使用者跨入的領域為提供各種網路服務的應用軟體、與網路服務連結的上網裝置，符合此次比賽的項目，因此可以鼓勵同學藉由參加此次的比賽，從開發APP的過程中，激發出更多的創意。

智慧聯網(Internet of Things, IOT)是另一熱門新興應用，被稱為下一個十兆元級的資通訊創新應用。包括大陸、美國、歐盟、日本在內，皆列為重點發展產業。智慧聯網用途廣泛，遍及交通、環境保護、家庭自動化、健康照護、工業監測等領域。一般來說智慧聯網由RFID無線射頻識別技術及感測器等組成，其中一般常見的應用為透過ZigBee無線通訊結合感測器，組成感測網路，將現場感測到的資料，透過ZigBee無線通訊將資料傳送回主控端作分析，並做出對應的控制。透過ZigBee無線通訊的方式，可以有效節省實體佈線的成本及時間，常見應用在家庭自動化、環境監測上。由於近年來節能減碳愈來愈受重視，因此結合ZigBee 無線感測網路和智慧電錶實作家庭自動化的應用，也漸漸普及化，也是在比賽中可以嚐試發展的題目之一。

台灣優奎士推出的UBIKIT 6612嵌入式系統開發平台，搭載Android / Linux 雙作業系統，並由知名學校教授規畫四本教材做搭配，分別針對Linux 系統的介紹及開發、Android 應用程式設計、物聯網與ZigBee感測網路的建置到車載資通訊相關應用，完整的涵括雲端及智慧聯網的應用。

每本教材都是針對UBIKIT 6612量身打造，並利用情境應用的方式帶領學生學習。例如在智慧雲端Android / Linux嵌入式實驗系統教材，規畫在Linux 平台上實作影像監控系統 - Webcam應用、衛星地理座標系統實驗 - GPS應用、物聯網刷卡系統實驗 - RFID應用、居家溫溼度感測應用等。在智慧雲端Android 情境與應用實驗系統教材，規畫在Android 平台上實作居家溫溼度感測器監控系統和RFID門禁管理系統。在物聯網與ZigBee應用實驗系統教材規畫有居家自動化相關的章節，在Android 平台上設計包含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、數位家庭智慧型無線門禁系統等。智慧車載資通訊實驗系統教材，在Android上實作包含溫溼度感測、加速度感測、直流馬達節點設計、步進馬達節點設計和GPS節點設計等應用。每套系統皆附上完整的source code，讓使用者可以站在巨人的肩膀上，快速的把創意實現出來，而不需要浪費時間在模組的整合上。

UBIKIT 6612是開發上的好幫手，目前有許多老師及同學利用UBIKIT 6612參與競賽，皆獲得很好的成績，主要是因為UBIKIT 6612為台灣優奎士自主設計、規畫及製造，同學在開發的過程中，只要有任何的問題，台灣優奎士都能適時的提供建議和資源，是其他教學設備廠商所沒辦法提供的支援和服務。

UBIKIT 6612參賽得獎實錄：

1．                國立虎尾科技大學許永和教授

榮獲教育部微電腦競賽第二名

得獎主題：車輛危險狀態感知通報系統

2．                樹德科技大學陳璽煌副教授

a.       榮獲2011年全國大學院校嵌入式系統設計競賽「設計完整獎」

得獎主題：Android 車載實作機之大丈夫號

b.              榮獲2011年第七屆全國電子設計創意競賽第二名

得獎主題：安卓當車，開車帶就酷

c.               入選2011年教育部全國技專院校技發成果發表記者會

入選主題：一機在手，開車罩著我

d.              入選2012年教育部聯合創新意，技術領先鋒成果發表技者會

入選主題：一機在手，開車罩著我

圖2. 陳璽煌副教授教育部技者會入選作品“一機在手，開車罩著我“

3．                高雄應用科技大學洪盟峰副教授

a.               第15屆莫斯科阿基米德國際發明展暨發明競賽金牌獎

得獎主題：用於上肢復健的智慧型彈力棒

b.              2012日內瓦國際發明展金牌獎

得獎主題：用於上肢復健的智慧型彈力棒

c.               2012日內瓦國際發明展羅馬尼亞教育部特別獎

得獎主題：用於上肢復健的智慧型彈力棒

d.              2012日內瓦國際發明展銀牌獎

得獎主題：車輛危險駕駛行為警報器

e.               入選2012年教育部聯合創新意，技術領先鋒成果發表技者會

得獎主題：用於上肢復健的智慧型彈力棒

圖3. 洪盟峰副教授發明獎金牌得獎作品“用於上肢復健的智慧型彈力棒“

圖4. 洪盟峰副教授發明獎銀牌得獎作品“車輛危險駕駛行為警報器“

Reference：

1. 2012第17屆全國大專校院資訊應用服務創新競賽

http://csim.tca.org.tw/news_detail.aspx?id=56

2. 科學人雜誌2010年第100期6月號“打造雲端上，另一個台灣奇蹟“

http://sa.ylib.com/MagCont.aspx?Unit=featurearticles&id=1597

結合UBIKIT 6612 創新發想，榮獲各大發明展金牌

台灣優奎士和國立高雄應用科技大學電資學院廖斌毅院長所帶領的團隊合作，利用UBIKIT 6612結合ZigBee感測器，實做了兩件充滿創意的作品，分別於甫落幕的第十五屆莫斯科阿基米德國際發明展暨發明競賽和日內瓦國際發明展奪下兩金一銀一特別獎的好成績。

莫斯科阿基米德國際發明展暨發明競賽為國際著名發明展之一，今年吸引了來自全球19個國家、450多個組織團體，共1070件作品參展，若以參展件數來算，規模為同類之冠。日內瓦國際發明展和美國匹茲堡發明展及德國紐倫堡發明展並列世界三大發明展，今年吸引了來自世界46個國家及地區789名選手近千件作品參展。在參賽作品競爭激烈的情況下可以奪得金牌，實屬不易。

第一件合作參展作品為“基於無線通訊與感測技術之上肢復健用智慧型彈力棒“，是由無線感測器、微型嵌入式系統與協定軟體模組所組成，使復健治療師則可透過平板電腦或智慧型手機將復健處方串送至彈力棒，讓患者據以進行復健也可以取得儲存在平台的患者復健歷程與施力資訊，同時透過多波段LED控制引導傷者進行正確、有效、安全的復健，避免造成二次傷害，並提供多種操作模式，讓患者也可家裡進行操作。高應大的彈力棒對於上肢復健患者，甚至是愛好健身的使用者解釋一大福音。

本項作品在莫斯科阿基米德國際發明展暨發明競賽及日內瓦國際發明展各奪得一面金牌獎，此外在日內瓦國際發明展額外獲得特別獎的殊榮。近日並受邀參加教育部「聯合創新意  技術領先鋒-教育部聯合技術發展中心成果發表」記者會，吸引眾多與會者目光。並預計參加美國匹茲堡發明展，讓世界看見台灣的發明實力。

圖1. 莫斯科參展會場

        根據2011年Rightdiagnosis.com統計，全球約有2280萬上肢骨折的傷者，且人數不斷向上攀升，透過此項創新研發的智慧型彈力棒，不僅可以改善傳統彈力棒無法有效協助患者適度施力及操作次數進行復健的缺點，為橈骨、尺骨和肱骨復健患者帶來一線生機，也可以提供一般人用於健身與娛樂效果，目前正著手進行相關專利申請與尋求合作醫療院所，同時也將進一步進階改良，結合雲端資料庫概念，讓遠端的復健師或訓練師清楚了解患者的使用情形，發揮智慧型彈力棒更大功效。

圖2. 基於無線通訊與感測技術之上肢復健用智慧型彈力棒展示圖

第二件合作參展作品車輛危險駕駛行為警示器，利用自行設計的車體姿勢估計模型(Estimation Model of Vehicle Posture)及三軸加度速感測器來識別車輛的危險駕駛行為，如蛇行或車道偏移。並警示駕駛或是通報交通管理單位以提高行車安全。本項作品在日內瓦國際發明展獲得銀牌一面。

根據統計，2010年因酒醉、疲勞所造成的交通事故死亡人數佔全球每年的交通意外120萬死亡人數的32%，造成高達二千億美元的損失。此一發明對於全球約10億車輛的駕駛將有很大的助益。

圖3. 車輛危險駕駛行為警示器展示圖

 台灣優奎士有限公司位於高雄軟體園區，是一家集創新、研發、設計及整合於一身的廠商，推出的UBIKIT 6612 Linux / Android嵌入式開發平台是國內少數自主設計及研發的教學實驗平台，並搭配有專屬的教材，完整涵括學習嵌入式系統所需的技術，包含Linux作業系統介紹、Android 應用程式開發、物聯網感測網路應用和車載資通訊應用等豐富的教材內容。由於採自主設計研發製造，使用者在學習過程中遇到任何問題，都可以給予適當的支援，減少老師在教學上的負擔及同學開發過程中錯誤嚐試的時間。並可依使用者實際需求提供客製化的服務。

圖4. UBIKIT 6612 應用情境圖

(產品連結：http://www.tw-ubiquitous.com/prod_list.asp?prod_sub_id=12&prod_id=28)

Reference：

1. 國立高雄應用科技大學“日內瓦國際發明展台灣大放異彩高應大四金二銀一特別獎最亮眼“

    http://web.kuas.edu.tw/front/bin/ptdetail.phtml?Part=12040002&Rcg=19

2. 國立高雄應用科技大學 “第15屆莫斯科阿基米德國際發明展暨發明競賽高應大電資學院團隊智慧型彈力棒勇奪金牌獎“

http://web.kuas.edu.tw/front/bin/ptdetail.phtml?Part=12040001&Rcg=19

從澎湖低碳島建設看智慧電網及智慧家庭應用

當全球面臨能源短缺危機及氣候變遷，節能減碳已經成為全球趨勢。台灣由於能源仰賴進口，且非核家園一直是政府推動的目標，因此利用再生能源成為政府積極推動的目標，朝向建構低碳家園邁進。政府規畫於100~101年每個縣市完成2個低碳示範社區，未來5年(100~105)推動6個低碳城市，於西元2020年完成北、中、南、東4個低碳生活圈。

經濟部因而選取澎湖縣為台灣第一個再生能源生活圈之示範低碳島。澎湖低碳島的示範建置，將技術、設備、措施、行為、展示、服務及研發成果，全面導入綠色能源與資源回收再利用體系，以全島能源供應50％以上來自再生能源為目標，打造潔淨生活低碳島，推動澎湖為世界級低碳島嶼之標竿。

澎湖低碳島推動之目標為將各種低碳技術、設備、措施、行為、展示、服務及研發成果，包含綠色能源與資源回收再利用體系等，全面導入應用，以打造潔淨生活，此可結合地方特色協助發展成為國際慕名休閒低碳島並促進當地經濟發展。經由低碳島的示範建置，應用低碳生活服務與節能減碳科技，並結合觀光服務，擴大綠能產品應用，將可引領風潮帶動相關產業發展，逐步延伸至建構低碳社區，及低碳城市發展，促使台灣加速邁向低碳國家之列。

在低碳島具體規劃內容包括再生能源、節約能源、綠色運輸、綠建築、資源循環五大面向，再生能源為新設置大型風力發電96MW、太陽光電MW級指標建物，使再生能源應用超過55％能源需求；節約能源部分為佈建智慧電錶、LED路燈，推廣省電家電；綠色運輸為汰換二行程機車為電動機車、公車全數汰換成複合動力公車，全島B2柴油及E3酒精汽油；綠建築為新建公共建物及重大民間投資綠建築比例100%，擴大綠化面積，資源循環：多元水資源開發(智慧水網、雨水貯存、省水器材、污水再生)，推動垃圾資源化，促使垃圾零廢棄。預期溫室氣體減量將達62%。

圖1. 澎湖低碳島規畫藍圖

政府期盼透過智慧電網的建構，結合再生能源利用，將澎湖打造成低碳島。智慧電網是將發電系統、輸電系統、配電系統、分別傳輸到工業或家庭用電的市電線路，以及終端的用電設備的使用情形都納入控制管理，透過即時監測，進行雙向或多向數位化交流以及能源效能最佳化調配。從發電到輸電系統來說，可利用大量的感測及通訊元件執行自動化監控、廣域動態量測、彈性輸電以及自動電壓控制。而配電系統則包括將變電所、饋線(配電網中的供電線路)自動化，以達成即時配電及區域最佳化目標。另外還發展微型電網(Micro Grid)，即使遭遇大型電網停電時仍可獨立運作，建構雙向電力的智慧環境。用電端的應用則可與其他事業合作，發展如電動車充電系統、智慧空調系統及建築自動化等節能智慧系統，擴大智慧用電的服務領域。

除此之外，智慧電網可以協助使用者主動進行能源管理。透過設置智慧電表(Advanced Metering Infrastructure；AMI)和IHD(In Home Display)等裝置即時掌握電器的耗電量及電費，採取各別設定控制；也可根據使用情況預測高峰值來降低用電量。使用者還可透過網路或行動裝置的即時回報，有效率地進行調整。

為實現智慧電網目標，須具備感測設備、通訊網路、資訊整合分析軟體、設備開關控制系統、人機介面顯示設備、儲能等技術，因此這些被稱為「能源資通訊產業」(Energy Information and Communication Technology；EICT)的相關業者，對準智慧電網即將發酵的可觀商機，積極加入供應鏈行列。

經濟部表示將陸續投入新台幣1,300億元以上預算進行智慧電網之建構，預期在2030年達成兆元產值。目前發展方向設定包括：智慧電表系統、電動車充電系統、先進配電自動化系統、廣域監測系統、微電網系統等硬體技術，以及協助發展電能管理服務產業。

除了台灣積極推動智慧電網相關計畫外，在國外相關的應用也如雨後春筍般篷勃發展。圖2為德州儀器公司推出智慧電網相關的解決方案。在智慧家庭應用上，無論是可攜式型態或設於牆上 (新建物)，IHD 基本上是一個顯示器，可以和水電瓦斯等公用事業量錶通訊，也可和其他具備通訊功能的屋內設備通訊 (例如，透過 ZigBee、Wireless MBus)。ZigBee 啟用時，可作為居中傳輸設備或路由器使用。拜各種通訊功能之賜，ZigBee 可接收來自公用事業有關帳務、能源價格等自訂即時訊息。

圖2. TI 智慧家庭示意圖

智慧家庭名詞由來已久，但推廣過程中一直不順利，除了成本高昂外，在ZigBee這類無線通訊技術出現以前，大都採線控的方式設計，在建築物興建前即要有精確的設計及佈管灌漿，否則在建築物完工，進行室內裝潢時，需依業主需求進行鑿墻、埋電管、穿電線等工程。

圖3. 傳統線控施工方式

ZigBee無線傳輸標準具有低功秏、可靠度高、高擴充性等特色，廣泛的應用在工廠自動化和家庭自動化上。由於透過ZigBee無線傳輸的特色，可以大幅改善打造家庭自動化的難度。目前ZigBee聯盟(ZigBee Alliance)宣佈為10家製造商所生產符合ZigBee家庭自動化(ZigBee Home Automation)標準的17種設備授予認證，可望協助打造更具智慧化建築，並提升公共應用規格。ZigBee Home Automation是家電、照明、環境、能源使用和安全領域的控制標準，可直接與ZigBee Smart Energy等其它ZigBee公共應用規格互通作業。

台灣優奎士推出的物聯網與ZigBee應用實驗系統，結合UBIKIT 6612嵌入式系統搭配ZigBee 建構一感測網路實驗平台。由於ZigBee模組已事先整合AT command 功能，使用者可以很輕鬆的透過下達AT command 的方式來取得資料，實驗系統並有搭配的教材，引導使用者透過開發Android 應用程式的方式，來學習物聯網及家庭自動化相關的應用。規畫有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、居家照護系統與數位家庭智慧型無線門禁系統等情境應用章節，可以讓使用者有系統的學習物聯網與ZigBee及嵌入式系統的相關技術。台灣優奎士並有整合家庭自動化方案，可以量身打造示範實驗室，包含空調系統自動化控制、照明系統自動化控制、電力監控系統和居家安全控制系統等，結合教學及示範應用，提供最多元的選擇。

圖4. 台灣優奎士物聯網與ZigBee應用實驗系統

(http://www.tw-ubiquitous.com/prod_list.asp?prod_sub_id=12&prod_id=29)

圖5. 智慧家庭示範實驗室示意圖

1.      澎湖低碳島

http://www.re.org.tw/penghu/index.aspx

2.      DIGITIMES中文網 原文網址: 智慧電網成為油電雙漲局勢下的出路

http://www.digitimes.com.tw/tw/things/shwnws.asp?cnlid=15&cat=10&cat1=15&id=0000282451_ORB3LJ706O3JFH0PTCKBL#ixzz1uRtppsyx

3.      優斯美智能家居 ”家庭自動化其實可以很簡單化”

http://www.control4.com.tw/joomla15/index.php/2009-02-18-06-30-54/control4-/79-2009-03-17-06-25-15

4.      ZigBee家庭自動化認證產品打造智慧化住宅

http://www.eettaiwan.com/ART_8800581889_675327_NP_67e34961.HTM

5.      TI “智慧電網解決方案”

http://www.ti.com/ww/tw/smart_grid_solutions/smart_grid_home_automation.htm

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。

圖2. 物聯網與Zigbee教學實驗系統示意圖

Referenc:

DIGITIMES中文網 原文網址: 嵌入式世界專欄─ZigBee全方位無線控制整合方案　實現智慧家庭願景

 http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?cnlid=13&cat=1&id=0000239364_EYN4U3TB54JSL35PC0Q7Z&cat1=25&cat2=15#ixzz1svRxo4E7