建構模型屋示範智慧型居家環境監控系統
來源：國立台灣大學生農學院生物產業機電工程學系 陳育瑋、蕭伯翰、方煒

關鍵詞：即時監控、居家環境、PICNIC

一、 前言
        隨著科技的進步，行動電話、ADSL等寬頻網路環境的普及，人類社會正面臨大的轉變，首當其衝的就是生活方式的改變，打造更資訊化並且更便利的智慧生活，已成未來必然的趨勢。而與日常生活息息相關的家電產品，自然成為營造智慧生活的關鍵。目前全球家電產品的設計皆朝向智慧化，以實現便利、居家保全、節約能源等綜合生活機能邁進。
        隨著智慧型住宅對高附加價值的追求，更會促進引導各種尖端資訊科技的研究和開發。譬如透過居家空調、照明、防災、防盜、電梯及其他設備等的整合控制，塑造一個在舒適、效率以及安全等方面都能令人滿意的環境。

圖一 整合示範模型屋構造

        智慧型居家的產生是因應時代發展的需求，也是未來居家的新形態，智慧型住宅和傳統住宅最大的不同，就是前者的家電及設備不但能獨立操作，更可以相互連結控制的，如此的操作方式不僅省力、省時，更允許以系統整合的方式來管理。智慧型居家具備有能收集和傳達資訊的通訊能力，也必然藉由自動化系統的運作，來提昇住宅的環境品質與安全。
        智慧型住宅包含智慧型材料、智慧化科技、智慧化設計；而智慧化空間則細分為智慧皮層、智慧生活以及智慧照護，三者之間必須經由智慧化介面系統進行整合，才能產生新智慧化住宅設計。
        智慧住宅必須具備能夠回應居住者的需求和期待，藉由調節燈光、溫度及週遭的音樂等變化，譬如：門、窗的自動開關、燈光的自動開關與調節、窗戶的自動變色以節能或避免炫光、窗簾的自動開閉與調節角度等。房屋就像一個為生活而存在的機器。房屋中的家電也必然會需要與網路及感測器結合，本研究旨在探討結合感測器、攝影機與一般家電系統的可行性，並透過模型屋的建構來示範居家安全與居家環境品質監測相關的系統。
二、材料與方法
(一)材料
        本研究使用的硬體設備包括了PICNIC 介面卡、固態繼電器(SSR)、繼電器，使用的感測器包括Decagon溫度感測器、白金溫度感測器、介質含水率感測器、THP-B7T 溫濕度感測器，瓦斯感測器、二氧化碳感測器、磁簧開關、無線IP 攝影機、無線基地台。

圖二 整合模型屋系統連線架構

(二)方法
        建立模型屋來整合想示範的系統，模型屋使用三合板組裝，深度80公分(前廳48公分、後台32公分)，長與高各為100公分，前廳中央放置盆栽，假設為蘭花使用的栽培介質為水草，整體外圖一 整合示範模型屋構造觀如圖一所示。
        如圖二所示為系統的架構，在近端的使用者可使用筆記型電腦以無線網路連結無線基地台，兩者只需在相同網域內有無實體IP並不重要。該無線基地台與四塊PICNIC卡連接，再各自與感測 器與控制設備連接；另有兩台IP攝影機也以無線方式與無線基地台連接。四塊PICNIC與兩台IP 攝 影機共計六項設備共用一個實體IP，各自佔用一個Port。遠端的使用者可透過網際網路連結至無 線基地台。此無線基地台必須具備實體IP，另一台無線基地台則作為中繼功能，連接四個可程式 化介面控制卡與兩台無線IP 攝影機。遠端使用者要看第一台IP攝影機的影像，只需輸入 http://140.112.183.53:46 。要看第一片PICNIC 所連接的感測器的訊號， 只需輸入 http://140.112.183.53:6。然而，這樣的作法會將一些系統的設定功能也開放給其他使用者， 所以一般仍須撰寫軟體介面來讀取數據與影像畫面，另外數據的儲存也需建立資料庫。本研究使 用Visual Basic (VB, Microsoft 公司，美國)程式語言來撰寫監控軟體。

圖三、監控軟體之一個畫面

三、結果與討論
本研究建立的模型屋內含示範家電設備包括盆栽的加濕及滴灌系統、空調及除濕系統、通
風系統、照明系統、近端及遠端控制系統、空調管路內殺菌燈光、門禁及警報系統與影像監視系
統等。
使用VB程式語言撰寫監控軟體，提供使用者介面與感測數據的紀錄，如圖三所示為建立的監控軟體的一個畫面，左側有九筆感測器讀值，分別為空調系統的出風口的溫度與濕度，室外空氣的溫度與濕度，空調的回風口溫度，室內光量，介質含水率，室內空氣中瓦斯與二氧化碳濃度等。右側中央則有三筆感測器讀值，分別為盆栽栽培介質的溫度與使用冷熱水調整室內空調系統溫度的冷熱水槽內的水溫。
圖三右側上方則允許使用者選擇以簡訊或語音方式來傳輸警報訊息，警報訊息包括室內空氣溫度過高或過低、瓦斯或二氧化碳濃度之過高、門窗在不預期下被打開等。門窗開閉的監測係透過磁簧開關來達成，另有兩台無線IP 相機可進行室內外的監視、照相及錄影。
簡訊與語音的傳輸主要是透過台灣簡訊公司做為平台，只需依照其規定的語法將所要傳遞的文字訊息以email 方式傳到該公司網站，後續的通訊功能就全部由其系統代勞。當簡訊或語音傳輸量不大時，透過該公司代理人傳訊的功能，不失為便宜的好方法。當傳輸量大時，或許應該自備簡訊發送功能。此部分本實驗室學長已開發過類似系統，可傳輸中英文簡訊，但無法以語音方式傳送。
本研究同時建立允許針對家電設備在近端與遠端做開閉控制的功能，此部分功能可獨立出來建立單獨的模組，建立可遠端與近端控制的網路插座之類的商品化設備。
四、結論
本研究成功地建立了示範模型屋，整合 8 種感測器與 8 種家電之感測與控制功能，允許在近端或透過網際網路的遠端做即時監控與異常狀況的掌握，證明了結合感測器、攝影機與一般家電系統是可行的，模型屋的建構與建立的軟體系統可示範居家安全監測與居家環境品質監測等功能，此是朝向智慧化家居生活跨入的一小步。雖然目前各系統均建立於模型屋內，其各部功能在實際應用上已具有發展潛力，然而朝商品化發展也還有很遠的距離。