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增添聯網/智慧功能 感測器讓家庭生活更便捷

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使用者想要的是真正「智慧」和安全的技術,他們希望智慧產品可以自行學會使用者的喜好,且能在幾乎不需要使用者輸入的情況下控制家居功能。而配備了感測器並連結至雲端應用程式,智慧家庭中的系統,包括照明、空調、門窗以及家電等,可以對環境和系統功能施行更佳的本地控制,並且根據不同使用者的需求和喜好,以個人化和自動化的方式做出回應。

關於智慧家庭的自我學習技術,現今最為人熟知的範例當屬Nest Learning Thermostat設備,針對「智慧」產品如何學習及根據使用者愛好進行調整,這個設備提供了一種模式。

就智慧家庭技術而言,比起越來越多的遙控技術,這樣的願景更具吸引力,且由於感測器晶片(半導體)技術的新發展,愈來愈多的智慧家庭操作能以自動且智慧的方式進行控制,毋須增加任何新機盒、控制器或設備;而做為消費性產品感測器晶片的製造商,對於智慧家庭技術的未來,以及感測器在未來智慧家庭中的建置使用,半導體晶片商提出獨到的見解。

感測器效能持續提升讓居家生活更舒適

過去50年以來,半導體產業在愈來愈小的空間內實現了愈來愈多的功能,同時還能不斷降低成本,這是多麼了不起的成就。只要是曾經使用不同世代的個人電腦或手機的人,就曾經歷過這樣的歷程(圖1)。

圖1 製造於1980年代初的Osbourne Executive工作電腦,旁邊是Apple iPhone手機,這款手機的運算能力是舊電腦的500倍左右,記憶體容量大了16,000倍。

相同的力量影響著半導體產業的每個部分,包括用於智慧家庭的感測器晶片。今天的感測器比以前更小、更準確,而且內部存在更多智慧功能。

舉例來說,ams旗下的ENS210環境感測器,能夠測量溫度和相對濕度,然而該產品是一個尺寸僅為2mm×2mm的小晶片。同樣的,大小僅3mm×4mm的氣體感測器CCS811,則能夠藉由揮發性有機化合物的相對濃度來測量空氣品質(圖2),而整合了智慧照明管理晶片的完整色彩感測器尺寸僅為4.5mm×4.7mm。

圖2 CCS811空氣品質感測器(如右圖電路板上所示)的占板面積僅12mm2。 最左邊的銀色元件是標準USB連接器。
圖片來源:ams

如果嵌入在居家產品中,這些感測器所能控制的居家操作將多於現在能做到的部分。在今日,許多家庭的居家自動冷暖空調控制受限於一個位於單一位置的溫度感測器(恆溫器)。然而,人們的舒適感受不是僅由溫度決定,濕度和室內空氣品質(包括空氣是否新鮮)等其他因素也會產生很大的影響。不同的人有不同的需求或喜好,所以要讓家裡每個人都感覺居家更為舒適,較有效率的方式是能夠針對每一個房間單獨改變每一項因子的設定。

小型/低成本感測器實現智慧生活

在Nest Learning Thermostat產品中,隨著時間進展,控制設定變得更為自動化和個性化,顧名思義,恆溫器會「學習」(圖3)。恆溫器之所以能做到這一點,是因為它與雲端運作的強大Nest軟體演算法之間以網際網路連結。同樣的,來自家中各處的環境感測器的輸出,可以通過寬頻路由器饋送至雲端應用程式,如此一來,每個房間的感測器陣列都可以持續「學習」每一使用者的愛好。

圖3 Nest學習型智慧恆溫(Nest Learning Thermostat)控制器。

智慧冷暖空調系統可使得兒童臥室的空氣更涼爽、更乾燥,在此同時,同住一屋的年邁祖父母所在的電視室,則能變得更加溫暖和潮濕。使用者攜帶的智慧型手機加上遍布家中的位置追蹤信標(Beacan),這樣的組合可以偵測誰在哪個空間中。現今在最新的智慧型手機中看到的臉部或語音辨識技術等,將來也可以被做為自動偵測每一空間的使用者身份的方法。

家庭感測器連結雲端還能以不同方式獲得好處。例如,Google Assistant和Apple Siri虛擬個人助理能夠透過強大的雲端運算執行其聰明的自然語言功能。這些助手提供的語音控制已用於家庭設備,例如調暗燈光或升高溫度等。ams等製造商也參與其中,提供的技術能可靠地偵測使用者的語音指令,以進行複雜、微小的音頻感測。

使得家居生活更便利的技術不僅語音一種。想像一下,揮動雙手就能開關或調暗燈光:執行接近感測的同類型紅外線光感測器(當手機靠近使用者臉部時,手機螢幕就會關閉),或是當手勢辨識軟體支援時,相機自動聚焦功能還能用於識別手勢。

智慧照明將扮演感測中樞角色

因此,新型感測器可以使智慧家庭成為一個更舒適和便利的處所,更有利於健康的生活方式。這些感測器非常小,所以幾乎適用於現有任何類型的家用裝置或設備,而恆溫器是顯而易見的選項。然而,或許更有可能的是,新一代智慧照明將成為新型態智慧家庭的「聯網感測器中樞」。聯網照明在這個角色中有三大優勢:

.它們已連結至連續電力,所以不須擔心已放電電池的更換。

.它們有清楚的視野。針對空氣,能感測氣體、溫度和濕度;針對人們,可以感測存在、手勢和語音。

.它們具有內建連網和智慧,可以輕鬆支援增加的感測功能,而不是在多個離散感測器模組中複製網路和微處理器功能。

因此,未來的智慧照明將會明顯的角色定位,也就是成為未來的環境感知數位智慧家庭的新樞紐,為每個空間內的每一使用者提供個性化的自動化舒適和便利設定。

這個角色由智慧感測器支援,例如ams的AS722x智慧照明管理系列,像是AS7221是晶片上的可調白光照明系統控制器,它可以支援簡單的網路介面,如Wi-Fi、Zigbee、藍牙網狀網路和其他網路,處理0~10V調光訊號,並可以承載上述位於同一燈具中的ams ENS210和CCS811等環境感測器。網路連結提供了到雲端的鏈接,其中複雜的應用程式可以根據多個感測器輸入做出決策,並將這些輸入轉發到適當的設備,例如冷暖空調和照明。針對照明部分,AS7221內部的嵌入式智慧將自動執行所需的調整以符合雲端指令的訴求。

現今已有元件能為智慧家庭提供新的聯網感測功能。使用者、安裝商和承包商還可以期待在不久的將來,能夠看到照明和其他類型設備的製造商推出更具智慧的產品版本,而這些產品皆整合了新的感測功能。

(本文作者任職於ams)

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