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稳增裘
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1 適用於智慧居家能源管理系統之先進遠端監控設施 Advanced Remote Control Infrastructure for Intelligent Building Energy Management Systems 鄧人豪 Jen-Hao Teng 林晉樑 Jin-Liang Lin 義守大學電機工程學系 Department of Electrical Engineering, I-Shou University 欒尚文 Shang-Wen Luan 摘要本論文針對智慧居家能源管理系統 (Intelligent Building Energy Management System, IBEMS) 之特性, 來開發一套先進遠端監控設施, 並研究其佈建方式所開發之先進遠端監控設施充分運用 ZigBee 通信具有低成本低功率低耗電量及自動建網等特性, 其主要模組包括 :ZigBee 中繼收發模組整合至受控設備之 ZigBee 設備監控模組 ZigBee 轉紅外線遙控模組連接到手持式設備之 ZigBee 通信管理模組及手持式設備所開發之後端監控管理系統透過 ZigBee 轉紅外線遙控模組, 可以利用所開發之手持式設備後端監控管理系統控制家中所有既有電器, 且可用一個模組來控制多個既有電器論文中各模組主要利用 Microchip PIC18F4620 晶片為控制核心, 並使用 Microchip MRF24J40 晶片為 ZigBee 傳輸晶片實驗過程中利用所開發之系統針對居家冷氣機系統來進行控制, 其結果證實所開發之先進遠端監控設施的完整性與實用性, 且可直接整合到未來 IBEMS 的建置關鍵字 : 智慧居家能源管理系統先進遠端監控設施 ZigBee 通信手持式設備後端監控管理系統 Abstract This paper tries to design an advanced remote control system for Intelligent Building Energy Management Systems (IBEMS). The deployment of the proposed system is also included. ZigBee has been designed to possess general-purpose protocol with low cost, low power consumption and self networking; therefore, it is very suitable for constructing the communication network of IBEMS. The proposed advanced remote control systems is composed of data router module, device control module, ZigBee-to-IrDA control module, control and management module of handheld device and rear-end SCADA system. All modules possess a ZigBee-based communication interface. The ZigBee-to-IrDA control module is used to control the existing home appliances. Those modules are developed based on the MCU of Microchip PIC18LF4620 and ZigBee chip of Microchip MRF24J40. An air-conditioning system is used for test in the experiments. Experimental results demonstrate the validity of the proposed system and showed that the proposed system can be integrated into IBEMS effectively. 上, 以前三項指標為主, 不過, 在能源價格節節上漲, 及全球暖化危機的雙重因素影響下, 永續節能的重要性將日益升高, 成為智慧建築未來的發展主力永續節能建築, 常採用再生能源 ( 如 : 太陽能風力水力 ) 的運用, 最常見例子就是在建物外牆或屋頂上架設太陽能電池板, 將陽光轉換成日常生活所需電力, 然而落實節能減碳目標, 除了採用再生能源, 尚須有更積極的作為才是, 亦即從能源管理開始做起, 了解日常生活中能源使用狀況, 降低不必要的能源支出, 最後才是搭配再生能源的使用因此如何搭配再生能源暨透過自動化技術達到省電節能之目的實有其研究之重要性 [1-4] 建築物節能的方法有很多種, 除了搭配再生能源設備外, 包括選擇採光通風俱佳的地點採用不易聚熱建材良好室內空間設計高能源效率家電等然無論使用何種方式, 最終都得朝智慧居家能源管理系統 (Intelligent Building Energy Management System, IBEMS) 的方向發展,IBEMS 整合建築自動化系統保全系統資訊系統及能源監視系統, 再搭配環境感測器與人工智慧技術, 達到設備耗能的最有效系統化控制, 及能源的最佳化調配管理, 一來可避免發生無效耗能的情況, 二來則是讓現有能源與再生能源互相調配運用 IBEMS 之最終目標就是讓能源可以自給自足, 未來每一建築或家庭可依照所設置之自我能源, 建構出專屬的智慧型電網, 也就是一套獨立的電力供應系統, 最佳狀況下可不需仰仗電力公司的能源, 在行有餘力之際, 還可將多餘電力轉賣回電力公司因 IBEMS 必須利用感測器搜集各項資訊並下達控制命令, 因此遠端監控設施的佈建便顯得相當重要舉例來說, 透過感測器所收集到的能源使用資料, 從中模擬出居住者生活型態及未來的耗能需求, 再搭配氣象預報估計出能源供給量, 來決定下一時間點供給與需求間之關係當能源供給量低於需求量時, 由系統自動控制能源使用狀況, 反之則可將多餘電力賣給台電公司, 從而達到自主節能的目標 Keywords: Intelligent Building Energy Management System Advanced Remote Control System, ZigBee Communication, Handheld Device, Rear-end SCADA System I. 簡介智慧居住空間是政府大力支持的重點產業之一, 其具備安全監控健康照護便利舒適及永續節能等四大指標, 隨著節能議題興起, 近年來永續節能指標將成智慧建築未來的發展主力之一過往, 智慧建築在發展本論文中針對 IBEMS 之特性, 來開發一套先進遠端監控設施, 並研究其佈建方式目前 ZigBee 在空曠地區之通信距離約為 1200 公尺, 若在有水泥隔間傳輸條件不佳的室內, 能達到 11 公尺 ( 約三層樓 ) 的通信距離, 若是一般辦公室的隔層板, 因其傳輸環境較為寬敞, 最大通信距離約可達 48 公尺, 因此論文中也將討論所開發先進遠端監控系統在智慧型居家中的佈建方式所開發之先進遠端監控設施是整合無線感測網路 (Wireless Sensor Network,WSN) 來加以設計, 利用

2 ZigBee IEEE 為標準所發展的低速率無線個人區域網路 (Low-Rate Wireless Area Personal Network, LR-WPAN), 並充分運用 ZigBee 通信具有低成本低功率低耗電量及自動建網等特性所開發之系統主要模組包括 :ZigBee 中繼收發模組整合至受控設備之 ZigBee 設備監控模組 ZigBee 轉紅外線遙控模組連接到手持式設備之 ZigBee 通信管理模組及手持式設備所開發之後端監控管理系統 ZigBee 轉紅外線遙控模組主要是考慮到目前家中的設備大都僅具有紅外線遙控功能, 且每一電器都有專屬的一支遙控器, 不但造成收納上面的不便, 而對環境也會造成汙染, 透過 ZigBee 轉紅外線遙控模組, 可以利用所開發之手持式設備後端監控管理系統即可控制家中所有既有電器, 且透過 ZigBee 轉紅外線遙控模組可用一個模組來控制多個既有電器, 大大提升控制的便利性論文中各模組主要利用 Microchip PIC18LF4620 晶片為控制核心, 並使用 Microchip MRF24J40 晶片為 ZigBee 傳輸晶片因論文中的測試場所大多為既有電器設備, 故文中僅呈現 ZigBee 中繼收發模組 ZigBee 轉紅外線遙控模組連接到手持式設備之 ZigBee 通信管理模組及手持式設備所開發之後端監控管理系統等四部分之實驗結果實驗過程中利用所開發之系統針對居家冷氣機系統來進行監控, 其結果證實所開發之先進遠端監控設施的完整性與實用性, 且可直接整合到未來 IBEMS 的建置 II. 先進遠端監控設施架構簡介以下針對先進遠端監控設施所使用之各種通信方式及其軟硬體架構做一些介紹 2.1 ZigBee 通信簡介 ZigBee 是由 ZigBee Alliance 組織依據 IEEE 規範所制定的通訊協定標準, 它是一種低傳輸速率短距離低消耗功率架構簡單的技術在 IEEE 標準中, 將網路中的設備依據其功能分為全功能設備 (Full function Device,FFD) 與精簡功能設備 (Reduce Function Device,RFD), 全功能設備可以完全執行其標準規範的協定, 而 RFD 則是根據特定的應用需求, 只執行部分的協定因此 ZigBee 聯盟將此定義為 ZigBee 協調器 (Coordinator) ZigBee 路由器 (Router) ZigBee 終端設備 (End Device), 其中 Coordinator 與 Router 為全功能設備,End Device 可為精簡功能設備或全功能設備, 在網路通訊上, 精簡功能設備只能與全功能設備做傳輸, 無法與其他精簡功能設備通訊, 全功能設備節點則可與精簡功能設備或其他全功能設備做相互的資料傳遞 [5-8] ZigBee 網路中必須要有一個設備做為個人區域網路協調器, 其功能為創建網路, 管理設備加入網路或離開網路, 每一個節點設備都具有一個 64 位的擴展地址, 每個設備可透過此地址直接做傳輸或加入網路, 在加入之後, 協調器會分配 16 位元的短地址給予加入網路的設備, 設備也可透過網路的個人區域網路 ID 與網路設備短地址做資料傳輸 ; 協調器除了維護與處理網路相關事務, 本身也可同時為網路中的設備, 執行設備功能 ZigBee 網路拓樸 (Topology) 可以支援星狀網路 (Start Network) 與點對點網路 (Peer to Peer Network), 如圖 1 所示星狀網路中, 所有設備都只對網路協調器做資料傳輸, 故此一拓樸較適合小區域範圍使用在點對點網路架構中當設備加入網路後, 屬於 FFD 的節點可與其他同屬於 FFD 的節點直接做相互的資料傳輸, 而不需要透過協調器,RFD 節點亦可藉由鄰近之 FFD 節點做資料轉發傳輸, 因此點對點網路架構較適合本論文所設計之先進遠端監控設施的佈建 2.2 紅外線通信簡介圖 1 ZigBee 網路拓樸紅外線通訊技術利用紅外線來傳遞數據, 其屬無線通訊技術的一種, 雖然其成本低廉, 耗電性低, 但是有效通信距離太短此外紅外線通信方向是以直線前進, 具有直射特性, 就像太陽光一樣, 所以紅外線不能穿透牆壁或是大型物體, 且在數據收發的兩端不可偏移過大才能進行通信紅外線通信技術與遙控器普遍使用在家電以及各種玩具產品, 如電視音響錄放影機冷氣機 DVD MP3 Player 遙控車等, 紅外線遙控系統由發射器 (Transmitter) 和接收器 (Receiver) 這兩部份組成圖 2 為 NEC 紅外線 0/1 訊號調變協定訊號表示圖, 載波頻率為 38KHz, 其中 560μs 的 Pulse 加上 1690μs 的 space 共 2.25ms 的波形代表數位邏輯訊號 1;560μs 的 Pulse 加上 560μs 的 space 共計 1.12ms 的波形代表數位邏輯訊號 0[9] 2.3 系統架構圖 2 紅外線訊號表示圖本文所開發之系統主要模組包括 :ZigBee 中繼收發模組整合至受控設備之 ZigBee 設備監控模組 ZigBee 轉紅外線遙控模組連接到手持式設備之 ZigBee 通信管理模組及手持式設備所開發之後端監控管理系統等, 各模組間的關係如圖 3 所示由圖 3 可以看出, 先進遠端監控系統是以一手持式設備如 PDA 或智慧型型手機等 ( 亦可利用一般桌上型或筆記型電腦取代 ) 為控制中心, 配合手持式設備之 ZigBee 通信

管理模組為控制中心, 其掌管整個先進遠端監控設施, 故手持式設備之 ZigBee 通信管理模組使用 ZigBee 協調器 ZigBee 中繼收發模組, 會與手持式設備之 ZigBee 通信管理模組建立 ZigBee 通信網路,

ZigBee 設備監控模組與 ZigBee 轉紅外線遙控模組使用精簡功能設備, 其整個通信網之架構如圖 4 所示其架構中 ZigBee 設備監控模組是與智慧型家電連接, 而 ZigBee 轉紅外線遙控模組則是用來控制既有家電,

1 硬體架構論文中各硬體模組主要利用 Microchip PIC18LF4620 晶片為控制核心, 並使用 Microchip MRF24J40 晶片為 ZigBee 傳輸晶片 [10-13] 圖 5-8 分別是手持式設備之 ZigBee

先進遠端監控設施之系統架構圖 7 整合至受控設備之 ZigBee 設備監控模組圖 4 先進遠端監控設施之各模組通信架構圖 III.

而其韌體與軟體則包括各硬體模組內之通信與控制韌體紅外線控制碼擷取軟體及手持式設備所開發之後端監控管理系統等以下針對這些部分加以說明, 此外也將說明利用本文所開發之先進遠端監控設施在智慧居家系統中的佈建方式 3 1359 圖 8 ZigBee

3 管理模組為控制中心, 其掌管整個先進遠端監控設施, 故手持式設備之 ZigBee 通信管理模組使用 ZigBee 協調器 ZigBee 中繼收發模組, 會與手持式設備之 ZigBee 通信管理模組建立 ZigBee 通信網路, 一方面將控制信號由手持式通信管理模組傳至 ZigBee 設備監控模組或 ZigBee 轉紅外線遙控模組, 另一方面也將 ZigBee 設備監控模組所擷取之監控設備資訊回報給手持式通信管理模組, 故 ZigBee 中繼收發模組使用全功能設備, 而 ZigBee 設備監控模組與 ZigBee 轉紅外線遙控模組使用精簡功能設備, 其整個通信網之架構如圖 4 所示其架構中 ZigBee 設備監控模組是與智慧型家電連接, 而 ZigBee 轉紅外線遙控模組則是用來控制既有家電, 因既有家電設備大多使用紅外線遙控功能, 且無資訊回報功能, 故圖 4 中 ZigBee 轉紅外線遙控模組並不執行資訊回報 3.1 硬體架構論文中各硬體模組主要利用 Microchip PIC18LF4620 晶片為控制核心, 並使用 Microchip MRF24J40 晶片為 ZigBee 傳輸晶片 [10-13] 圖 5-8 分別是手持式設備之 ZigBee 通信管理模組 ZigBee 中繼收發模組整合至受控設備之 ZigBee 設備監控模組及 ZigBee 轉紅外線遙控模組之硬體架構圖圖 5 手持式設備之 ZigBee 通信管理模組圖 6 ZigBee 中繼收發模組圖 3 先進遠端監控設施之系統架構圖 7 整合至受控設備之 ZigBee 設備監控模組圖 4 先進遠端監控設施之各模組通信架構圖 III. 先進遠端監控設施之軟硬體架構與佈建方式先進遠端監控設施之硬體設施主要包括 : 手持式設備之 ZigBee 通信管理模組 ZigBee 中繼收發模組整合至受控設備之 ZigBee 設備監控模組及 ZigBee 轉紅外線遙控模組等 ; 而其韌體與軟體則包括各硬體模組內之通信與控制韌體紅外線控制碼擷取軟體及手持式設備所開發之後端監控管理系統等以下針對這些部分加以說明, 此外也將說明利用本文所開發之先進遠端監控設施在智慧居家系統中的佈建方式圖 8 ZigBee 轉紅外線遙控模組圖 5 之手持式設備管理模組主要由 ZigBee 無線通信模組微控制器控制核心及與手持式設備之連接介面所構成, 其中 ZigBee 無線通信模組是採用協調器, 其主要在智慧居家中完成通信建網的功能, 連接介面則可採用 USB RS232 或藍芽等介面圖 6 是 ZigBee 中繼收發模組, 其硬體架構可分成 ZigBee 無線通信模組及微控制器控制核心, 主要負責資訊的接收與轉發, 且在智慧居家需控制之區域較大時, 與其他 ZigBee 中繼收發模組完成資訊的交換, 並構成先進遠端監控設施之主要通信網, 其採用全功能 ZigBee 通信模組圖 7-8 主

要用於設備控制, 其採用精簡功能 ZigBee 通信模組, 圖 7 與圖 8 之差別在於圖 7 可直接用於智慧型家電控制, 而圖 8 則是透過紅外線遙控來控制既有家電此外, 因為未來智慧型家電的類型甚多, 故整合至受控設備之 ZigBee 設備監控模組中包含了插入式控制記憶體, 其可讓使用者將所需要的控制碼直接儲存在記憶體中, 在透過設備控制 I/O 接腳完成所需之設備控制, 且 I/O

4 要用於設備控制, 其採用精簡功能 ZigBee 通信模組, 圖 7 與圖 8 之差別在於圖 7 可直接用於智慧型家電控制, 而圖 8 則是透過紅外線遙控來控制既有家電此外, 因為未來智慧型家電的類型甚多, 故整合至受控設備之 ZigBee 設備監控模組中包含了插入式控制記憶體, 其可讓使用者將所需要的控制碼直接儲存在記憶體中, 在透過設備控制 I/O 接腳完成所需之設備控制, 且 I/O 接腳包括數位與類比輸出 3.2 韌體及軟體架構韌體主要為各硬體模組內之通信與控制韌體, 而軟體主要為所開發手持式設備之後端監控管理系統及紅外線控制碼擷取軟體圖 9 是手持式設備之 ZigBee 通信管理模組之主要韌體流程圖, 由圖中可以看出, 韌體程式平常是處於休眠的狀況, 當有控制訊號需由手持式設備傳至受控設備, 或是有設備資訊需由設備端回傳至手持式設備時, 會觸發微控制器之中斷, 並開始判斷此時所需之動作若是需傳送控制訊號, 則會透過 ZigBee 遠端監控模組傳送至控制設備 ( 小區域控制可直接傳送至 ZigBee 設備監控模組或 ZigBee 轉紅外線遙控模組 ), 若是需回傳設備資訊, 則可透過 USB RS232 或藍芽等介面將資訊傳給手持式設備之後端監控管理系統礙於篇幅, 其他控制韌體之流程圖在此不再累述圖 10 手持式設備之後端監控管理系統圖 9 ZigBee 通信管理模組之主要韌體流程圖 10 為手持式設備之後端管理系統軟體架構圖, 由圖中可以看出控制與顯示畫面最主要是執行設備控制並將回傳資訊顯示, 並可以由資料庫中讀取歷史資訊, 設備控制區塊主要執行設備控制, 控制完成後可讀取設備目前資訊, 其動作流程如圖 11 所示, 當使用者啟動設備控制流程後, 會先透過手持式設備之 ZigBee 通信管理模組建構通信網路, 然後由控制顯示界面選取資料庫中可控設備, 再選取要下達的控制命令若受控設備是連接到 ZigBee 設備監控模組, 則進入讀取設備資訊流程, 若設備是連接到 ZigBee 轉紅外線遙控模組, 則結束整個動作流程礙於篇幅其他後端監控管理系統之各區塊流程在此不再累述紅外線控制碼擷取軟體主要是可以利用 ZigBee 轉紅外線遙控模組直接讀取設備既有遙控器的控制碼, 然後回傳至後端系統資料庫, 並儲存於資料庫內佈建方式圖 11 後端監控管理系統之設備控制流程圖雖然目前 ZigBee 在空曠地區之通信距離約為 1200 公尺, 但若在有水泥隔間且傳輸條件不佳的室內, 其通信距離僅達到公尺, 因此在通信佈建方面建議考量最差的狀況, 亦即以 11 公尺為在智慧居家中先進遠端監控系統的佈建通信距離以下舉兩個例子來說明先進遠端監控系統的佈建方式案例一的居家是屬於小家庭, 坪數約 40 坪左右之三房兩廳住宅, 其通信網路佈建時, 可省略 ZigBee 中繼收發模組, 直接由手持式設備之 ZigBee 通信管理模組來控制 ZigBee 設備監控模組及 ZigBee 轉紅外線遙控模組, 此時可能之架構如圖 12 所示案例二是屬於 3 層樓的透天建築, 此時建議每一層樓裝設一個 ZigBee 中繼收發模組, 以避免不必要的通信死角, 此時可能之架構如圖 13 所示圖 13 中, 若居家空間較大, 也可考慮在各樓層間多安裝 1-2 個 ZigBee 中繼收發模組, 以構成較大之通信網 ZigBee 節點最大定址數可達個, 故在智慧居家甚至中小型工廠中完成監控應當不成問題

圖 12 小家庭之先進遠端監控佈建建議圖 14 ZigBee 轉紅外線遙控模組實體圖圖 13 三樓透天之先進遠端監控佈建建議 IV.

微控制器會使用 PWM 與 Timer 週邊功能輸出載波頻率為 38kHz( 針對本實驗所使用之冷氣設備 ) 之訊號來驅動紅外線發射器, 以控制具紅外線遙控之冷氣機為驗證 ZigBee 轉紅外線遙控模組可發出正確的紅外線控制訊號, 論文中先利用手持式設備之 ZigBee 通信管理模組發出 b01010101 之訊號給 ZigBee 轉紅外線遙控模組, 並利用示波器量測紅外線發射器驅動訊號,

25ms 的波形 ; 當邏輯訊號為 0 時, 其輸出為 560μs 的 Pulse 加上 560μs 的 space 之波形, 證實本文所設計先進遠端監控系統確實可以透過 ZigBee 轉紅外線遙控模組傳送正確的紅外線控制訊號開關風向 25 26 26 27 27 28 28 29 29 30 強變弱弱變微微變強表 1 Hitachi 冷氣之部分紅外線控制碼 0x4D, 0x75,

0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x16,0x29,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x12 0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x26,0x2B,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x15 0x4D, 0x75, 0xB2,

5 圖 12 小家庭之先進遠端監控佈建建議圖 14 ZigBee 轉紅外線遙控模組實體圖圖 13 三樓透天之先進遠端監控佈建建議 IV. 實驗結果因目前智慧型家電並不普遍, 故本文之主要測試結果是以 ZigBee 轉紅外線模組針對 Hitachi 冷氣來執行遠端控制 Hitachi 冷氣之部分紅外線控制碼如表 1 所示圖 14 為本論文所設計之 ZigBee 轉紅外線遙控模組實體圖, 因考量到未來的擴充, 故目前模組之體積較大, 未來實際應用時若將不需要之硬體周邊去除, 其體積可縮小甚多當該模組接收到控制指令, 微控制器會使用 PWM 與 Timer 週邊功能輸出載波頻率為 38kHz( 針對本實驗所使用之冷氣設備 ) 之訊號來驅動紅外線發射器, 以控制具紅外線遙控之冷氣機為驗證 ZigBee 轉紅外線遙控模組可發出正確的紅外線控制訊號, 論文中先利用手持式設備之 ZigBee 通信管理模組發出 b 之訊號給 ZigBee 轉紅外線遙控模組, 並利用示波器量測紅外線發射器驅動訊號, 其結果如圖 15 所示由圖 15 可以看出當邏輯訊號為 1 時, 其輸出之驅動訊號為 560μs 的 Pulse 加上 1690μs 的 space 所組合成之周期為 2.25ms 的波形 ; 當邏輯訊號為 0 時, 其輸出為 560μs 的 Pulse 加上 560μs 的 space 之波形, 證實本文所設計先進遠端監控系統確實可以透過 ZigBee 轉紅外線遙控模組傳送正確的紅外線控制訊號開關風向強變弱弱變微微變強表 1 Hitachi 冷氣之部分紅外線控制碼 0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x26,0x27,0x00,0x00,0x00,0x00,0x08,0x19 0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x16,0x2B,0x00,0x00,0x00,0x00,0x20,0x16 溫度調整 0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x16,0x27,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x10 0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x16,0x29,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x12 0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x26,0x2B,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x15 0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x16,0x2D,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x16 0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x16,0x2F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xCD 風速調整 0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x26,0x2B,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x15 0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x16,0x2B,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x14 0x4D, 0x75, 0xB2, 0x8A,0x0F,0x46,0x2B,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x17 圖 15 示波器所量測之紅外線驅動訊號本文中, 手持式設備之 ZigBee 通信管理模組為網路協調器, 其網路短地址為 0x0000,ZigBee 轉紅外線遙控模組為網路終端設備, 其網路短地址為 0x796F, 在 ZigBee 轉紅外線遙控模組中已預先設定其網路節點之內部端點 0x16 為冷氣設備, 因此當節點 0x796F 接收到為端點 0x16 之資訊, 即可做適當之配置, 例如紅外線驅動訊號載波頻率與通訊協定等等 ( 本文設定為 NEC 紅外線通訊協定 ) 測試過程中, 分別測試冷氣開啟溫度設定與風速調整等, 圖 16 為利用 ZENA 網路資料分析器所擷取之先進遠端監控網路傳輸數據 [14] 由圖 16 中可得知手持式管理設備 (0x0000) 傳送冷氣開啟控制指令至 ZigBee 轉紅外線遙控模組 (0x796F), 資料中並指定目標端點為冷氣設備 (0x16), 當 ZigBee 轉紅外線遙控模組接收到控制指令後, 會將冷氣控制碼 (AF Data) 依所設定之調變方式輸出至紅外線發射器, 完成冷氣開啟實驗過程依序測試溫度設定度與風速由強變弱等控制 ( 參考表 1 之控制碼 ), 傳送控制指令如圖 16 所示, 實驗結果證實所開發之先進遠端監控設施可正確傳送控制指令與控制設備 V. 結論本論文中針對智慧居家能源管理系統之特性, 來開發一套先進遠端監控設施, 並研究其佈建方式所開發之主要模組包括 :ZigBee 中繼收發模組整合至受控設備之 ZigBee 設備監控模組 ZigBee 轉紅外線遙控模

組連接到手持式設備之 ZigBee 通信管理模組及手持式設備所開發之後端監控管理系統實驗過程中利用所開發之系統針對居家冷氣機系統來進行控制, 其結果證實所開發之先進遠端監控設施的完整性與實用性, 且可直接整合到未來 IBEMS 的建置因目前智慧型家電尚未普遍, 故文中所開發之 ZigBee 設備監控模組, 僅能連接到既有家電設備來測試, 而無法連接到實際之市售智慧家電,

6 組連接到手持式設備之 ZigBee 通信管理模組及手持式設備所開發之後端監控管理系統實驗過程中利用所開發之系統針對居家冷氣機系統來進行控制, 其結果證實所開發之先進遠端監控設施的完整性與實用性, 且可直接整合到未來 IBEMS 的建置因目前智慧型家電尚未普遍, 故文中所開發之 ZigBee 設備監控模組, 僅能連接到既有家電設備來測試, 而無法連接到實際之市售智慧家電, 這一部分之結果將在未來呈現 VI. 致謝本論文感謝國科會計畫經費贊助 ( 編號 NSC E ) 參考文獻 [1] 廖珮君 " 打通智慧建築任督二脈從節能與安控開始 " [2] 杜瑞澤 ; 林耕宇 ; 徐傳瑛 " 智慧型住宅之綠色節能照明設備分析研究 " 人文暨社會科學期刊 4 卷 2 期 pp , [3] 集合住宅節能技術手冊經濟部能源局編印 [4] 李玉生等 " 赴英德考察智慧化居住空間發展策略 " 內政部建築研究所 96 年考察報告書 [5] Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs), IEEE , New York, October [6] ZigBee Specification, ZigBee Alliance, ZigBee Document r17, January [7] 鄭立, ZigBee 開發手冊, 全華圖書股份有限公司,2008 年 12 月 [8] Shang-Wen Luan, Jen-Hao Teng, Shun-Yu Chan, Lain-Chyr Hwang, Development of a Smart Power Meter for AMI Based on ZigBee Communication, IEEE 8-th International Conference on Power Electronics and Driver Systems, Taiwan, pp , 2009 [9] 紅外線遙控原理與 NEC IR Protocol html [10] PIC18F2525/2620/4525/4620 Data Sheet Microchip Technology Inc., [11] MRF24J40MB Data Sheet Microchip Technology Inc., [12] Microchip ZigBee-2006 Residential Stack Protocol Microchip Technology Inc., [13] 曾百由, dspic 數位訊號控制器原理與應用 -MPLAB C30 開發實務, 宏友圖書開發股份有限公司,2005 年 12 月. [14] ZENA Wireless Network Analyzer User s Guide Microchip Technology Inc., 圖 16 ZigBee 轉紅外線遙控模組接收資料

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2004 5 IP TCP/IP PC OS µclinux MPEG4 Blackfin DSP MPEG4 IP UDP Winsock I/O DirectShow Filter DirectShow MPEG4 µclinux TCP/IP IP COM, DirectShow I Abstract The techniques of digital video processing, transferring