AI 人工智慧 物聯網 智慧家庭 智慧電表 語音介面 Wi-SUN

公共建設/消費電子應用齊發 智慧家庭市場引爆在即

2018-09-04
提到智慧家庭,市面上已能看到各種掃地機器人、智慧喇叭等智慧家電。在消費電子市場,國際大廠紛紛推出各式終端產品,語音辨識、手勢辨識等人機介面的討論正火熱。另外,智慧電表/水表這類公共建設,則需要政府投入才能普及。

從2017年底的日本CEATEC到2018年的國際消費性電子展(CES),許多品牌大廠都將人工智慧(AI)與物聯網(IoT)功能當作新一代家用電子產品的主要賣點。許多新世代家電陸續推出,這些產品不只能對外連上網際網路,也能彼此互聯,更能結合新興的智慧音箱或語音助理,實現創新的智慧生活應用。

智慧家庭應用正歷經新一輪轉變,市場也正逐漸擴大當中。研究單位IDC便指出指出,智慧家庭市場將持續成長,預計到2022年,規模將會成長18%,達到全球940萬台智慧家庭設備的規模。AIoT新思維也正快速翻轉智慧家庭應用市場。

人工智慧自1970年代起便開始被討論,而物聯網則是新興的概念。資策會智慧系統研究所董一志(圖1)提到,物聯網概念提出初期,其實是對於智慧水表、智慧電表等等公共建設的應用發想較多,消費性電子產品則為其次。然而,近年來智慧照明等等消費性電子的應用發展快速,這兩方面的技術進展與市場推廣更是需要完全不一樣的經營邏輯。

圖1 資策會智慧系統研究所董一志提到,物聯網概念提出初期,較著重智慧水表、智慧電表等等公共建設的應用。

董一志也認為,在AIoT趨勢影響之下,無論是公共建設的推廣還是消費電子產品的問世,廠商必須去思考人們真正的需求為何。眾台廠應該儘速找到該市場中的關鍵應用,不能再等國際大廠發表新應用才跟進,應該要以更快的速度做到新的整合設計。

放下遙控器 智慧家庭控制靠語音

面對AIoT與智慧家庭的技術持續發展,人機介面的變革勢必將持續發生。自從iPhone導入了多點觸控功能之後,該操作方式為今天的設備使用者帶來的全新的使用習慣,也讓智慧設備變得更加便利。英飛凌(Infineon)大中華區行銷經理鍾至仁(圖2)指出,目前多點觸控已成為智慧設備的操作介面主流,然而在未來,將會看到越來越多非觸控的介面陸續出現。

圖2 英飛凌大中華區行銷經理鍾至仁指出在未來,將會看到越來越多非觸控的介面陸續出現。

鍾至仁提到,未來在智慧家庭使用情境之中,非觸控的人機介面將會越來越普及。其中,不外乎手勢控制與語音控制兩大分類。

手勢控制便是透過理解人類的手勢,了解使用者需求,使智慧裝置可以遵從指揮調節與控制,並提前做出相對應的反應。

而在語音控制方面,其實在1961年IBM便已開始發展語音控制系統,然而當時能夠判別的字元數與正確度完全無法與今天的技術高度同日而語。

鍾至仁說明,在2011年蘋果推出了Siri語音助理之後,2013年起Google與微軟也紛紛跟進推出自家的語音助理系統;在2017年,中國的百度、阿里巴巴、騰訊更開始打造中文的語音控制平台。由各國際大廠競相推出相對應的解決方案可以看出,語音控制人機介面將逐漸深入到日常生活之中。

有鑑於非觸控與語音人機界面的發展,英飛凌亦推出了相對應的感測融合解決方案,致力於整合智慧家庭設備所需的各種感測功能。其中包含麥克風與壓力感測結合的解決方案,以做到更可靠的居家警報系統;另外,麥克風加上雷達的感測整合解決方案,則使得使用者在靠近智慧設備時,能夠自動喚醒設備,而不用受到「Hi Alexa」等喚醒語的局限;更有麥克風加上時差測距(TOF)3D感測器的解決方案,透過融合聲紋辨識與人臉辨識,協助智慧家庭的安全防護再升級。

Wi-SUN助能源管理 長照監控應用多

近年來,由於日本政府對於智慧電表的推廣,由日本政府制定的Wi-SUN協定開始導入至智慧家庭應用當中。台灣亦開始投入智慧電網的建設工作,預計將在2020年設置300萬台智慧電表。設置智慧電表不僅能管理電表相關數據資訊,亦能將數據導入至長照監控應用之中。

Wi-SUN是一由日本政府規範的Sub-GHz通訊協定,頻段介於922~928GHz。羅姆半導體(ROHM Semiconductor)營業部課長李師誠(圖3)分享,該通訊協定的最大優勢在於傳輸距離遠,若在空曠地區傳輸距離可達一公里之遠;根據資策會的測試結果指出,垂直穿透力可達三層樓,相對於Wi-Fi和藍牙而言,也能達到較高的穿透力。另一方面,Wi-SUN相當省電,若是使用三顆三號電池,以每個月發送3,000次訊號的頻率來說,Wi-SUN模組可以使用十年之久。

圖3 羅姆營業部課長李師誠指出,透過用電資料能觀察住戶作息,了解家庭成員活動情況,以提供居家照護。

正因以上諸多優勢,日本政府將Wi-SUN納入國家智慧電網布建計畫之中。在2017年底,日本已導入3,000萬台Wi-SUN通訊模組的智慧電表,並計畫在2024年換裝完成8,000萬台智慧電表。

台灣政府近年來亦積極投入智慧電網的建設工作,台電便計畫在2018年設置20萬台智慧電表,並於2019年設置100萬台,更希望在2020年設置300萬台。台灣總家庭戶數大約有700萬戶,由此可以看見台電相當積極投入該技術建設。

李師誠指出,由日本電信商IIJ所蒐集整理的數據中,可以看出日本家庭的用電狀況。依照每十秒接收一次的用電資料,在未來能夠運用在長照領域中。

由於日本對於隱私權較為重視,因此對於老人照護的監控工作較不偏好採用IP Cam,如此,便能夠屏除影像監控的隱私安全疑慮,透過用電資料來觀察住戶作息,來了解長者是否起床活動、用餐情況等情況以利居家照護。

Mesh架構助智慧家庭連線 多通訊協定提升兼容性

由於智慧家庭的興起,該市場對於網狀網路(Mesh Network)的需求也逐漸增高,然而主流通訊協定目前尚未出現定論,因此許多設備廠商會將多種通訊協定同時導入至產品之中。因此,多通訊協定(Multiprotocol)晶片的重要性也日趨增加。

在智慧家庭應用之中,網狀網路具備許多優點。芯科科技(Silicon Labs)資深應用工程師林仕文(圖4)指出,其中最大的優勢在於網狀網路可以延長連線距離,因此儘管為數尚不多,也有許多廠商將Mesh架構應用於戶外連線應用。也由於網狀網路可透過經由許多節點的方式傳輸,因此每次傳輸的用電量較小,能有效節電。

另一方面,也由於資訊可透過多節點傳輸,因此若有節點損壞,資訊依然可以透過其他節點傳輸,能有效提升智慧家電的可靠度。

圖4 芯科科技資深應用工程師林仕文指出,若要做到多通訊協定模組,底層必須要有一顆強而有力的IC支援。

林仕文進一步解釋,全部節點皆可互相連接的Full Mesh架構是最為理想的網狀網路結構,但目前在市面上較為多見的是在中央設置一個集線器(Hub)的Star Network架構。不同的無線連線技術各有優勢與缺點,能在不同的應用場景之中發揮所長。

林仕文說明,隨著智慧型手機的普及,人們普遍習慣使用智慧型手機來做到智慧家庭的控制。因此,當使用者回到住所時,可以利用手機透過Beacon感測解開智慧門鎖,在進到家中客廳時再透過Zigbee將電燈打開。在智慧家庭使用情境之中,將涉及到多種通訊協定。

林仕文指出,若要做到多通訊協定模組,底層必須要有一顆強而有力的IC支援,因此芯科科技推出了ARM Cortex-M4產品,該產品支援2.4GHz與sub-GHz,亦具備省電機制。更能使得廠商的備貨程序更加單純,同時降低產品的材料成本(BOM Cost)。

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