2017年1月3日

守護家庭無微不至─ 智慧家庭系統

作者/蔡宗漢(臺灣大學電機工程學系博士畢業,現任國立中央大學電機系教授。在國際期刊與會議中發表超過230 篇論文,與超過40 篇國內外發明專利。研究領域主要為多媒體數位訊號處理及系統晶片設計。)



近年來由於資訊科技的發展,帶動網際網路與電子商務等市場持續成長;而資訊科技能力之提升與行動設備的導入更帶來產業革命與創新,這也使得傳統的服務與商務環境產生重大變革,以數位科技建構之智慧型服務與商務系統之應用層面日益廣泛,相對的以顧客為導向的介面技術需求也日益提升。也因此資訊科技亦更進一步地涉入大眾生活中;舉凡通訊工具、消費性電子產品、甚至智慧家電等貼近生活的用具,都因資訊科技發展使得數位與實體的界線開始模糊,用具的多樣性和內容豐富程度因此超過以往。這一時代發展下,電腦應用從單純提供計算功能,到使用者藉由系統輔助與電腦互動。當人與電腦互動越趨頻繁,其互動方式與互動媒介的相關議題或研究也就更重要。因此智慧型產品勢必會越來越熱門,而且在感測與互動技術的發展下,智慧產品開始嵌入至各類居家裝置中,提供整合性資訊,這樣的一個整合性資訊充分發展到智慧家庭的應用。



何謂智慧家庭?
智慧家庭(smart home)的概念最早出現在美國,利用先進的電腦技術、嵌入式技術、網路通訊技術、綜合佈線技術,將與居家生活有關的各種家庭應用設備巧妙的結合在一起。

過去的智慧家庭多半需要採取實體佈線,因此出現施工價格昂貴、系統擴充性差,甚至需破壞裝潢以及施工期長等問題,再加上設備維修困難以及支援智慧家庭的相關產品相對並不多樣,所以會影響到消費者的使用意願。而日益成熟的無線通訊技術,使得上述的問題可以得到相當大的改善,有助於智慧家庭設備的普及化。

智慧家庭是基於物聯網影響之下的具體呈現,可以定義為一個過程或是一個系統,智慧家庭將居家生活環境的需求視為主要平台,以遠端無線網路技術為中心,結合周邊建築、通訊網路、智慧家電以及設備自動化等技術,涵蓋了遠端監控、家庭醫療保健、居住安全等等的擴展應用。智慧家庭系統由前端控制系統和後台控制主機組成,使用者經由前端下達控制命令,再透過後台控制主機來驅動各項設備,使用者可以透過手機、影像或是各種感測儀器去使用家庭內的智慧系統家居,以此提高人們生活水準,使家庭未來能夠更舒適、安全、便利及節能。

智慧家庭走向
智慧家庭主要是由各種不同的感應器(sensor)透過無線網路聯絡,由中央處理器控制達成電器自動化的功能,主要可分為:居家照護、便利舒適、節能環保及居安保全等四大範圍,在此我們將會對這四大範圍進行簡介與其目前應用,來讓大家能更能感受到智慧家庭已經逐步融入現代生活。

居家照護
高齡化的人口結構使得醫療服務與長期照護的需求大幅增加,智慧家庭系統發展遠距居家照顧(tele-home care,THC)成為一個主要方向。目前THC的服務功能包括:生理資訊的監測、定位與緊急通報救援、健康管理與人際互動的協助、照護服務的聯絡與協調。病患在家透過監測血糖、血壓、心跳、心電圖等生理數據,並利用網路將訊息傳遞,護理人員可在中心判讀數據,若有異常情況發生,將據此透過電話或視訊給予個人化的照護指引。

另一方面,老人跌倒也是一個很重要的健康議題,跌倒是臺灣老人事故傷害的第二大死因,也是導致老人身體功能與獨立活動能力喪失的重要因素。因此如何建立一個完善又高準確度的跌倒偵測系統是許多學界與業界在努力的目標,雖然跌倒偵測系統無法預防跌倒的發生,但是能夠提供老人在家中發生意外跌倒事故的緊急通報,可以避免老人在家中出現意外而無人照應或延誤就醫情況,提高照顧安全與照護品質。現況的跌倒偵測大多來自於影像系統之中,大多數家庭尚未能夠接受長時間處在於監控的環境,因此這也是未來必須克服的問題之一。

節能環保
智慧家庭控制系統能夠透過環境監控與電能管理來減少不必要的能源浪費,節省成本來達到其他收益。目前主流的節能環保大致能分成2種 :

關閉非使用中的設備電源
ZigBee 無線技術的智慧插座是目前常見的產品,支援3種工作模式,遠端按鍵控制、上位機控制和手機APP控制,可實現遠端控制插座的通斷電和定時操作。ZigBee 技術是一種高可靠的無線傳輸網路,具短距離(50公尺內)、低速率(250kbps)、低耗電、低成本、低複雜度和具可靠的安全度,並可支援大量網路節點,是目前智慧家庭的主要傳輸方式。

可因不同環境與氣候
而自動調整電器使用狀態的系統各種低耗電的感應器誕生如:濕度計、溫度計、空氣品質感應器與紅外線感應器等,結合Zigbee 無線技術來達到的多節點資料交流,讓電器能夠自行分析並調整使用狀態,也能藉由主機端傳送到雲端網路進行遠程操作,來達到維持舒適良好的生活環境,並且有效的減少能源的消耗。 ......【更多內容請閱讀科學月刊第565期】

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