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家庭自動化設備的智慧化設計與應用趨勢

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財團法人自強工業科學基金會講師江義華。
財團法人自強工業科學基金會講師江義華。

財團法人自強工業科學基金會(TCFST)江義華講師,以「家庭自動化設備的智慧化設計與應用趨勢」為主題。他認為去年(2014年)是家庭自動化市場發展不順的一年。谷歌(Google)以32億美元收購Nest公司,Nest再以5.55億美元收購無線網路攝像機廠Dropcam。

但5月21日Google旗下的Nest將召回44萬台煙霧探測器。同年6月蘋果推出HomeKit智慧家居平台,至今硬體產品與應用都未能推出;三星(Samsung)曾推出自家品牌的智慧家居產品,但產品銷售不佳,於同年8月收購開源智慧家居平台SmartThings。反倒是家電廠大量進軍家庭自動化產業,推出各種智慧開關,各種智慧插座,各種智慧手環大量的湧現。

家電由單機到連網  但智慧化仍嫌不足

江義華提到在80?90年代的家電產品,並不能連接網際網路。過去CES展場的家庭自動化產業,可分:1.智慧家電:可連上網際網路的智慧電視、智慧空調、智慧冰箱。2.智慧軟體:如三星的智慧家居軟體平台SmartHome,可連接家庭設備。LG推出可搭配LINE軟體使用的HomeChat智慧家庭系統。

他進一步分析智慧家庭產品無法形成風潮的原因,在於當時傳統家電廠商期待產品往智慧化方向進化,而網路企業希望借助智慧化往實體產業延伸,新創者則一窩蜂的往智慧產業創業,造成「智慧家庭」議題過於氾濫。許多產品人性化設計不足,反而讓簡單的事情複雜化而顯得低智;而能上網的智慧產品只能單機運行,不能與自家廠牌甚至跨廠牌的其他家電互連,這樣的智慧性令人存疑。

他指出2015年家庭自動化產品,技術上將結合:網際網路、物聯網、雲端運算、Big Data、感測器與識別器的發展。產品應用項目將從智慧門窗、智慧照明、智慧家電、智慧安防到各項家居設施。但重點應在於以人為本、應用於食衣住行育樂的設計。單純透過手機、平板進行遠端遙控,並不等於智慧化。

以智慧臥室為例,若半夜起床按一下開關,燈突然100%全亮度亮起來了非常刺眼,若開關能知道用戶剛起床,把燈光亮度調整只亮10?20%,就顯得智慧而人性化許多。還有像是以手機控制的智慧插座,當按個開關只要走兩三步路,何必多此一舉拿手機來控制,還有手機沒電時,又該怎麼控制那個只能用手機來控制的智慧開關。

物聯網環境下之智慧家庭產品的設計趨勢

江義華認為,智慧家電必須要能自己思考,且依環境狀態做出正確判斷,這需依賴感測器與識別,並且透過雲端計算、Big Data及人工智慧;而賴以思考之資料必須數位化。同時為了能相互連接,通訊網路也需標準化,像運用ZigBee、6LoWPAN、BLE(BT Smart)、Wi-Fi、NFC等無線網路、TCP/IP、HTTP、Semantic Web(Web 3.0)等網路標準。

當前物聯網的連網標準則有AllSeen Alliance、Open Interconnect Consortium等。以物聯網架構來看,裝置藉由Wi-Fi、ZigBee Alliance、6LoWPAN或BLE等無線網路,往上連接到異質無線網路層,再連通到網際網路;藉由語意網路(Semantic Web & Ontology),連接最上層雲端網路?伺服器,並提供前端用戶查詢?應用。

安謀(ARM)已提出mbed物聯網平台,其mbed OS支援ZigBee、6LoWPAN、3G、LTE、Bluetooth Smart、Wi-Fi,及物聯網常見的Sub-GHz與Thread等協議;支援資料安全加密,並提供mbed裝置伺服器,建置了REST APIs、資料與裝置管理登錄、安全性管理授權、CoAP-SMS、CoAP-MQ、CoAP、HTTP、MQTT、DLS、TDLS等驅動程式介面,可用於資料數據蒐集、傳輸和管理。mbed開發工具提供命令列(Command-line Tools),或網頁整合開發環境(Web IDE)如Keil,來進行程式碼的撰寫。

江義華提到ARM mbed物聯網平台,從開發社群(Community)、矽元件夥伴(Silicon Partners)、雲端服務商夥伴到裝置夥伴(Device Partners),已經形成完整的產業生態鏈。

他舉出mbed可應用於智慧家庭應用、智慧城市應用與穿戴裝置應用,同時當需要其他特定ARM CPU支援時,僅需修改mbed HAL與mbed HAL implement此兩處的函式庫即可。他引述一個以mbed API所開發的LED閃爍程式碼為範例,其程式碼寫法就類似Arduino。

若針對特定ARM CPU的API實做,僅需引入libraries\mbed\targets\hal\TARGET_VendorXXX\TARGET_XXX的宣告片段,整段程式碼即可移植到特定ARM CPU平台成功的編譯並順利執行。這也解決了過去IoT物聯網開發平台,在OS、API、Network Stacks與程式碼語法上各自為政而不一致的情形。最後,他表示有關mbed的物聯網平台詳細語法與技術細節可參考:http://developer.mbed.org/ ,以及Internets相關的技術文獻。