ZigBee於數位智慧生活的家居應用

本文作者:admin       點擊: 2011-08-16 00:00
前言:
由於能源管理的應用環境,大都不容易佈線,因此無線感測網路通訊技術成為市場首選,加上ZigBee從2007年開始應用在自動讀錶市場,因此,能源管理順勢成為ZigBee最佳的發揮舞台。


ZigBee在能源管理的應用

由於原油的價格持續上漲,能源取得的成本相對提高,使得各國政府重新重視能源的重要性。為了有效的運用電力資源,智慧電網產生了龐大的市場商機,根據美國能源部的報告指出,投資智慧電網產業預估會有四倍的獲利,也因此,美國計畫在未來20年內陸續投資1,650億美元,而歐盟也要求成員國在2022年前將電錶全部更換為智慧電錶。

智慧節能

國內電信營運商龍頭中華電信也預估2010年全台的智慧節能市場潛在利益約可達27億元,客戶主要以學校、醫院、旅館和社區為主。今年下半年,能源局開始針對全台鄉、鎮、縣、市政府的太陽能規劃案陸續發包,主要是監控熱水和空調的使用,標案總額高達10億。

由於能源管理的應用環境,大都不容易佈線,因此無線感測網路通訊技術成為市場首選,加上ZigBee從2007年開始應用在自動讀錶市場,因此,能源管理順勢成為ZigBee最佳的發揮舞台。

以ZigBee技術作為AMI的通訊技術,全球各地已經有實際應用例子,例如丹麥電力公司NESA、能源大廠Itron及中國華立儀表集團等。而我國為了推動智慧電網建置,經濟部於2010年6月正式啟動「智慧型電錶基礎建設推動方案」(Advanced Metering Infrastructure,AMI)佈建計畫。在智慧電網及智慧型電錶商業運作後,高耗能的空調產品、照明及電器將是應用耗能量測技術的下一項產品,而發展的技術包含感測網路、嵌入式耗能量測模組及互動式控制軟體。

日台產業方向

以節能家電開發強國日本為例,1973年的第1次石油危機發生後,日本於1979年制定了節能法,採取了多種多樣的節能對策,但2007年日本的家庭能源消費量還是比1973年成長了2.2 倍,主要是因為家電產品降低耗電已經達到瓶頸,例如冰箱及空調產品,其馬達、壓縮機及變頻器等關鍵部件,雖然不斷提高效率,但大多數情況下,單個部件最高也只能改善幾個百分點的效率。因此除了提高電器的效率,再配合感測網路技術關掉無人房間的燈或是提高空調溫度,將會更容易降低耗電量。

台灣的家電廠商開始在空調等家電產品內,加上電力量測模組,其設計大都以8位元的微控制單元(Micro Control Unit,MCU)配合電力量測晶片,電力量測晶片藉由內部類此轉數位電路,將通過電器的電流、電壓及消耗功率等類此資料轉成數位資料,並傳送給MCU以計算其平均值。ZigBee節點則負責和MCU通訊以將電器的耗能值傳輸給集中控制器;集中控制器內置的互動式控制軟體,除了可以提供各電器的用電資訊,也能協調各電器的運作,以達到節能且舒適的環境。

ZigBee在物聯網的應用

在M2M服務應用上,ZigBee技術除了廣泛應用於智慧電網,近期一直被提及的物聯網,也是其聚焦的市場之一。在物聯網的概念之下,包括智慧家電遙控器、醫療電子與物流等,都可以採用「機器與機器(Machine to Machine,M2M)」的控制方式,因此,M2M的應用成為ZigBee技術發展中,另一個待發展的重要市場。

物流產業

以物流產業為例,RFID的技術被視為取代條碼的新技術,但經過多年的推廣,RFID的成本及辨識率仍舊無法達到預設的目標,因此以ZigBee的無線技術應用於條碼機,開發出「可移動式」的條碼機,以讀取低成本的條碼,成為ZigBee在M2M應用的新市場。目前iBall、IDC、Meteor及Option都已經以ZigBee模組取代Barcode的連接線,推出一系列的產品,開發新的應用市場。

空調

由於空調需要在舒適及節能二者之中找到平衡點,因此利用ZigBee配合各種感測器,架構家庭自動化的M2M控制,可以降低30%以上的耗電量。日本松下新一代的冷氣機,運用了人體感測器、照度感測器及超音波感測器,配合外部的溫度感測器,建立M2M的控制架構。利用照度感測器建立冷氣機和窗簾互動策略;利用人體感測器、超音波感測器及外部的溫度感測器,除了可以隨時調整溫度及風向以外,還可以和其他區域的冷氣機通訊,依據用戶的所在位置,調節建築物中不同位置冷氣機的運作策略。

互動式軟體

M2M的互動式軟體,也是服務應用的重要項目之一,由於互動式軟體是整個系統運作的運作法則,因此開發軟體的廠商需要有感測網路及產品應用的實務經驗。工研院將「感測網路結合耗能量測模組」,配合「互動式控制軟體」應用於連鎖商店的節能監控系統,除了記錄用電情況,還可以提供主動式節能管理的機制。在整個連鎖商店的耗能中,照明及空調等的用電量約佔全店用電量的45%。這些高耗電的設備以感測網路串聯成「群組控制」,則照明可以依據室外光度即時調整亮度,以節省用電;空調溫度的控制策略,除了依據空調機的變頻策略控制以外,更可以藉由電腦結合感測網路,依據室外溫度,建立室內外溫度的相依函數,自動調整室內溫度,使其控制在的舒適且節能的溫度之內,達到節能的目標。

產品服務

隨著各國人民生活水準的提昇,企業所支付的人事薪資也水漲船高,因此縮短產品的維修工時,以減少企業支出,直接影響企業的獲利;企業為提高品質形象,產品保固期大幅延長,除了確保產品品質以外,提昇產品的維修效率也相對重要;由於技術的精進,同業競爭壓力加大,產品生命週期縮短,維修人員要了解的維修知識及技術增加許多,造成一次完修的壓力大增。而產品維修服務品質,不僅考驗著企業的品項運籌能力,同時也關係著企業商譽及用戶信心。因此善用ZigBee技術於產品服務,在消費性電子產品日益增加的今日,成為一個有效的解決方式。

ZigBee在維修的應用,初期會集中在設備廠商,例如電信業者的無人機房。在台灣的電信機房,大都位於大樓的頂樓,平時無人看管,且室內電信設備運轉時發熱量高,因此空調設備必須24小時運轉,以確保機房能正常運轉,所以一旦空調設備故障,設備維修廠商必須要即時了解問題、提出對策及確保服務備品的供應,以使機房穩定運轉。再加上台灣電信機房的建置,易受到當地居民的”特別關注”,因此利用ZibBee結合感測元件及MCU達成技術”隔空診斷”,以「隔空診斷」創新的維修方法,確保機房持續穩定的運作。

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