Zigbee串連智慧家庭每一角落

智慧住宅的設備連線可分兩種，一是在設計初期就將系統建入，另一種則是在建案完成後，以無線方式連結家中設備，而各種無線通訊技術中，目前以Zigbee最適合家庭自動化使用。

智慧住宅以自動化系統為主軸，必需整合不同設備，才能發揮綜效，然而整合勢必就會牽扯到線路佈建問題，舊建築的線路都埋在水泥牆中，不可能重新舖設，在這個天生限制下，該如何跟上智慧化浪潮？「用無線取代有線」或許是最好的解答。

無線技術大車拚 Zigbee成趨勢

目前市場上比較成熟的無線傳輸技術包括無線區域網路（WiFi）、藍牙（Bluetooth）、ZigBee等，前二種技術適用於點對點資料傳輸，至於ZigBee因為具備區域聯網互動能力，最適合應用於家庭或辦公室自動化。

WiFi特性為傳輸速率快，但因為耗電量大，多半用來進行無線上網，而擁有低耗電優勢的藍牙，卻受到傳輸距離只有10公尺（代表被控設備不能離開中心點太遠）、且最多只能對應8個節點的限制，較適合應用在可攜式設備的短距離資料傳輸上，這兩種技術在智慧住宅上的應用，侷限於無線遙控器與室內情境控制面板的資料傳輸，換句話說，遙控器經由藍牙或WiFi發送訊息給情境控制面板，提供使用者遠端控制的便利性。

至於勝出的ZigBee技術，架構於IEEE 802.15.4標準上，具有低耗電、傳輸距離為10到70公尺、可連結65,000個節點、支援多種網路拓樸架構等特性，再加上傳輸速率低，正好適合指令簡單的自動化設備，也被業界看好是無線自動化的必然趨勢，早期ZigBee在標準制定上的不明確，使其未能如市場預期般大量發展。

2013年ZigBee聯盟公佈專為家庭自動化設計的新版本Zigbee1.2，此版本大幅降低功耗，可使家庭安全監控感測器電池壽命提昇至7年，並可與之前版本相容，目前已開始為設備供應商採用。

其實在1.2版本之前，多數感測器就都已內建ZigBee模組，並使其具有感測、運算及無線傳輸的能力，從而架構出無線感測網路（Wireless Sensor Network；WSN），提供人員定位、緊急求救、環境感知、資產管理、家電設備控制、自動抄錶、醫療監測等用途。

Zigbee目前在智慧住宅的應用主要有3類，包括自動抄表、能源與環境監控、安全與健康照護。

自動抄錶系統

自動抄錶系統分成三大架構，首先在大樓或住戶電錶上連結ZigBee無線通訊模組，將資料傳送至中控中心或應用伺服器端存放，也可透過ZigBee閘道器（ZigBee Gateway），走GPRS或乙太網路傳送至能源供應公司，對能源供給者來說（如：台電），可以避免人工抄寫錯誤的風險，而在能源使用者端（如：家庭）則能透過網路檢閱用電紀錄，從中找出節能之道。

現階段自動抄錶系統雖然無法直接連到台電公司，但社區或大樓在裝置系統後，可以自動抓取電力使用資料，並匯總至資料庫內，提供住戶查詢瀏覽，惟建置時應明確定義電錶資料庫所涵蓋的區域及項目別，區域指的是整個社區、獨棟大樓或單層住戶，項目則指有哪些耗電設備，例如：照明、空調等，這些都會影響系統架構，及資料庫呈現方式。

能源與環境監控

目前台灣此類應用的指標性案例是台北市立圖書館北投分館，北投分館應用ZigBee進行能源與環境監控的最佳代表，其在外觀設計上便已強調環保節能概念，採用太陽能發電、木造外型及雨水回收系統等，至於室內空間部份，則導入「能源與室內環境品質監測系統」，監測項目分成二種：空調與照明設備耗電量、各主要空間溫溼度及二氧化碳濃度。

首先，在圖書館內部放置多台ZigBee空氣品質感測器，監測溫度、溼度及二氧化碳濃度，這些監測訊號透過ZigBee傳送至後端嵌入式控制器，其職責有二，一為儲存、運算與顯示這些監測訊號，判斷目前空氣品質是否符合標準，另一則是監測照明與空調設備耗電量，並提供遠端監看功能，方便管理者透過網路瀏覽控制器所紀錄的資訊。

此外，控制器還整合其他硬體設備，包括LCD顯示螢幕，提供來館民眾瞭解目前環境品質，及I/O控制週邊設備，如：送風機、警報器、灑水器等等，以維持室內良好空氣品質。

小型企業或居家環境使用自動抄錶系統，就能發揮節能效益，至於中大規模企業則適合仿照北投圖書館模式，向上發展能源管理與空氣品質監測系統，能源管理系統以需量控管為主，空氣品質監測系統目的則是打造舒適室內環境。

能源管理系統以監控主機為中心，透過資料擷取模組接收來自數位電錶的電力資訊，再經過統計運算後傳送至中控中心的電腦主機，同時判斷是否有超過需量（即與台電契約容量）的風險，當達到臨界值時，系統按照預先設定好的順序，自動卸載設備，也就是停止運轉的意思，也或者系統只發出警報聲響，再由中控中心人員進行卸載控制。

至於空氣品質監測系統，則整合溫度、溼度、氧氣、一氧化碳、二氧化碳濃度等不同類型感測器，將訊號透過ZigBee通訊模組，無線傳輸至電腦主機存放，並判斷是否超過預先設定好的空氣品質標準值，若已超過標準，除了結合自動化設備同步控制空調通風系統，也可以透過電信網路發簡訊通知管理人員，維持室內環境舒適度。

安全與健康照護

安全與健康照護的系統建置，世和數位科技在內湖「世和御苑」建案可作為案例介紹，此建案採用ZigBee技術，為住戶提供安全與健康照護，在安全照護應用端，以無線感知定位系統為主要架構，提供定位與緊急求救服務，至於健康照護則分成環境感知與生理資訊照護等兩種應用。

首先，在安全照護端，住戶身上必需配戴無線感知證件，並在社區的公共空間裝置無線感知偵測器，如：圍牆、停車場、大廳及花園等，方便社區中控中心掌握各個區域有哪些人行走在其中，甚至將其所在位置通報至屋內保全主機，此外，在偵測器上附有緊急通報按鈕，遇到危急狀況時，可按下按鈕向中控保全人員求救。

至於健康照護端，則使用內建ZigBee感測模組的血糖血壓計，將住戶生理資訊傳送至ZigBee閘道器，再經由乙太網路傳送至後端伺服器存放，使用者同樣可以透過網路連上資料分析平台瀏覽資訊。

此外，隨著手機日益普及、連網技術成熟的趨勢，行動通信技術也是不容小覷的無線應用，越來越多智慧住宅將應用擴及至屋主手機上，最常見的就是遠端控制家中設備、門禁管制、接收監視畫面等。

佳園建設在台南南區的建案「鼎極佳園」，也整合手機與門鈴建構出主動式保全系統，住宅門口對講機直接連到屋主的手機上，當屋主外出、卻有人前來按鈴時，可以直接經由手機應答，倘若希望進一步確認來訪者身份，屋主也能透過手機接收現場照片。

這種作法主要效益在於降低竊賊闖入的風險，超過半數以上竊賊會挑選「室內無人」的住家為目標，甚至在行竊前還會按鈴確認屋內是否有人，而主動式保全系統就好像諸葛孔明的空城計般，營造「屋內有人」假象，避免成為竊賊下手標的。

Zigbee的長足發展，讓替建築物省下重新配線困擾，未來將帶動舊建築智慧化浪潮，其低功耗特色，不但可減少能源耗損，對人體健康危害也較低，各設備供應商也將之視為智慧住宅主要應用的無線通訊技術，就此來看，Zigbee已成為此領域的主流通訊技術。