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家庭自动化设备的智能化设计与应用趋势

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财团法人自强工业科学基金会讲师江义华。
财团法人自强工业科学基金会讲师江义华。

财团法人自强工业科学基金会(TCFST)江义华讲师,以「家庭自动化设备的智能化设计与应用趋势」为主题。他认为去年(2014年)是家庭自动化市场发展不顺的一年。谷歌(Google)以32亿美元收购Nest公司,Nest再以5.55亿美元收购无线网络摄像机厂Dropcam。

但5月21日Google旗下的Nest将召回44万台烟雾探测器。同年6月苹果推出HomeKit智能家居平台,至今硬件产品与应用都未能推出;三星(Samsung)曾推出自家品牌的智能家居产品,但产品销售不佳,于同年8月收购开源智能家居平台SmartThings。反倒是家电厂大量进军家庭自动化产业,推出各种智能开关,各种智能插座,各种智能手环大量的涌现。

家电由单机到联网  但智能化仍嫌不足

江义华提到在80?90年代的家电产品,并不能连接网际网络。过去CES展场的家庭自动化产业,可分:1.智能家电:可连上网际网络的智能电视、智能空调、智能冰箱。2.智能软件:如三星的智能家居软件平台SmartHome,可连接家庭设备。LG推出可搭配LINE软件使用的HomeChat智能家庭系统。

他进一步分析智能家庭产品无法形成风潮的原因,在于当时传统家电厂商期待产品往智能化方向进化,而网络企业希望借助智能化往实体产业延伸,新创者则一窝蜂的往智能产业创业,造成「智能家庭」议题过于泛滥。许多产品人性化设计不足,反而让简单的事情复杂化而显得低智;而能上网的智能产品只能单机运行,不能与自家厂牌甚至跨厂牌的其他家电互连,这样的智能性令人存疑。

他指出2015年家庭自动化产品,技术上将结合:网际网络、物联网、云端运算、Big Data、传感器与识别器的发展。产品应用项目将从智能门窗、智能照明、智能家电、智能安防到各项家居设施。但重点应在于以人为本、应用于食衣住行育乐的设计。单纯透过手机、平板进行线上遥控,并不等于智能化。

以智能卧室为例,若半夜起床按一下开关,灯突然100%全亮度亮起来了非常刺眼,若开关能知道用户刚起床,把灯光亮度调整只亮10?20%,就显得智能而人性化许多。还有像是以手机控制的智能插座,当按个开关只要走两三步路,何必多此一举拿手机来控制,还有手机没电时,又该怎麽控制那个只能用手机来控制的智能开关。

物联网环境下之智能家庭产品的设计趋势

江义华认为,智能家电必须要能自己思考,且依环境状态做出正确判断,这需依赖传感器与识别,并且透过云端计算、Big Data及人工智能;而赖以思考之数据必须数码化。同时为了能相互连接,通讯网络也需标准化,像运用ZigBee、6LoWPAN、BLE(BT Smart)、Wi-Fi、NFC等无线网络、TCP/IP、HTTP、Semantic Web(Web 3.0)等网络标准。

当前物联网的联网标准则有AllSeen Alliance、Open Interconnect Consortium等。以物联网架构来看,装置藉由Wi-Fi、ZigBee Alliance、6LoWPAN或BLE等无线网络,往上连接到异质无线网络层,再连通到网际网络;藉由语意网络(Semantic Web & Ontology),连接最上层云端网络?服务器,并提供前端用户查询?应用。

安谋(ARM)已提出mbed物联网平台,其mbed OS支持ZigBee、6LoWPAN、3G、LTE、Bluetooth Smart、Wi-Fi,及物联网常见的Sub-GHz与Thread等协议;支持数据安全加密,并提供mbed装置服务器,建置了REST APIs、数据与装置管理登录、安全性管理授权、CoAP-SMS、CoAP-MQ、CoAP、HTTP、MQTT、DLS、TDLS等驱动程序界面,可用于数据数据蒐集、传输和管理。mbed开发工具提供命令列(Command-line Tools),或网页整合开发环境(Web IDE)如Keil,来进行程序码的撰写。

江义华提到ARM mbed物联网平台,从开发社群(Community)、矽元件夥伴(Silicon Partners)、云端服务商夥伴到装置夥伴(Device Partners),已经形成完整的产业生态链。

他举出mbed可应用于智能家庭应用、智能城市应用与穿戴装置应用,同时当需要其他特定ARM CPU支持时,仅需修改mbed HAL与mbed HAL implement此两处的函式库即可。他引述一个以mbed API所开发的LED闪烁程序码为范例,其程序码写法就类似Arduino。

若针对特定ARM CPU的API实做,仅需引入libraries\mbed\targets\hal\TARGET_VendorXXX\TARGET_XXX的宣告片段,整段程序码即可移植到特定ARM CPU平台成功的编译并顺利执行。这也解决了过去IoT物联网开发平台,在OS、API、Network Stacks与程序码语法上各自为政而不一致的情形。最后,他表示有关mbed的物联网平台详细语法与技术细节可参考:http://developer.mbed.org/ ,以及Internets相关的技术文献。