Arduino智能家居的設計與定位


自2017年7月在香港教育大學,連續講了十天的Arduino智能燈工作坊之後,十天足足來了共超過四百人,發覺 Arduino Maker合併智能家居會十分有趣,就有寫這本書的想法。本書會以智能家居為主線,介紹出它更可使大家更深入地參與,而且本書向著一個方向是非技術背景的人,同樣地參與整體的設計;這就是跟以往不一樣,以前是找裝修負責設計,做出來有甚麼就用甚麼。到底甚麼才是智能家居,我們可在網上購得一些零件,可以在外時透過手機看到客廳,並遙控家中各樣的電器,這樣其實是遙控家居,還不是智能家居。我們會用之前在教育大學所講的,以Arduino為實施的一部份,配合成好比手手腳腳,做到人人可參與,人人能明白的智能家居,但又不失去技術的深度。

舉個簡單例子,香港常常下雨,而且是突然很大雨,我們就由開窗關窗來看,先由下雨感知器到關窗,我們就用3D打印機來造出下雨關窗的效果來的零件來;接著關了窗,又會太沒有新鮮風,對不同體格的人有明顯分別,關了窗睡,有些人會流通空氣不足第二天頭痛一整天,其實只要住房內測出二氧化碳度太高,窗開出一厘米的空隙,如果流通空氣不足,再窗開出二厘米的空隙,但因夏天冷氣走散,再關回去1.5厘米是最優化的情況,如果夜間下雨,又自動關上,到雨停了又開引入流通空氣,這樣的控制已使人一夜睡眠健康;以這樣例子,智能家居並不是要一直監控,反而是不用監控能達到高品質生活,我們常說到的監控只是一小部份。

再舉個簡單例子,有一些房或廳是西斜方向,夏天黃昏陽光將房或廳的溫度升高了3至5度,家人回來後開冷氣來降溫還要等,如果是有感光或定時控制關窗簾,也省下冷氣和增加舒適度,這也是Arduino可以做到的。由這些各種需求開始,我們要些甚麼感測器和要求它怎樣工作也一一列出。之後再連成中央系統,將感測器連線,要用Apps來控制或多少按鍵如果分佈在家中,都可以一一設計與配備。可以用3D打印機出一個mount,將Android pad固定在入門口的牆上,成為全屋的智能控制中心。這樣人人參與,經過最少加工,智能家居更合所需。

很多智能家居的實施都著重在影音設備,因此有不少公司在這方面都做得很好,因為客户要求同時有牆壁上按鈕、遙控和Apps三項皆備,然後就在遙控器上多加一組燈和窗簾開關而組成智能家居的主要部份,其主力是將所有影音器材的控制指令載入,客戶已經十分滿意了。

我們為甚麼要這樣定位甚麼才是智能家居的核心部份? 其中一個要大家注重的是高峰用電點如何轉移,大多數人是重視使用者介面,所以很多產品都是設計很吸引人的介面等為產品設計的核心,但是漸漸影響很大的,是高峰用電點和平常用電點的電價漸漸分開,而且有了差距,尖峰用電漸貴,平常用電漸便宜,但這是大部份人所享受不到的,多數都是晚上在家多用電,白日家中少用電,誰可以用到如何轉移尖峰用電,但不影響日常生活,這正是要研究要解決的問題。事實上,如果不理會這問題,幾年後就負擔幾年前兩倍甚至更多的電價,愈是這樣,尖峰電價和非尖峰電價漸漸差距愈大。這就是正面臨的問題,如果誰可以用到如何轉移尖峰用電,不止大家用電的成本降低,甚至整體資源運用也相當大程度地可以解決。所以我們想到的不止是方便地遙控家庭電器,或是找一個更方便的介面的問題,這都在我們重點之列,我們希望資源更得到充分地運用。

有些客戶問題是不能充分地解決,就如用一個介面來控制全屋所有東西,不同供應商有不同介面,System Integrator永遠面對這個問題。

我們從每個家庭都差不多有上網出發,在路由器上連上一個智能家居的專用路由器,就是以後每個人家中的第二個路由器,當你選定之後,所有家中的感測裝置和傳動裝設都由這智能家居的專用路由器來連線,它透過主路由器來上網,它也基本可以說感知到每一個窗有沒有關,能傳動那一隻窗再推開2cm使更多新鮮空氣吹進來,冬天的客廳太冷,傳動客廳的電熱器升溫兩度。這樣每個人家中的第二個路由器成為你的管家。當然這樣有私的問題,我們在以下會討論,但我們還要知道如何設計智能燈、智能溫控、智能地板。用Arduino來製作感測和傳動器,連接家中第二個路由器,以指令使智是能家居的用途運作起來。實行上應使用第二個路由器與感測器是以開關接點(Dry Contact)來接線,智能家居路由器與感測和傳動器可以簡單地連線開關接點(Dry Contact),而且將計算與判斷功能交給Arduino,例如下雨感測由Arduino板判定已經是很大雨並持續了20秒,到達了關窗的決定關鍵點,由NO (Normally Open) 轉成 NC(Normally Close)即指令關窗傳動動作,就關窗。

目錄

第一章 智能生活概略

第二章 智能燈

第三章 智能冷氣

第四章 智能地板

第五章 整合科技

第六章 3D打印

第七章 智能生活

第八章 結論

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