未來智能家居市場的發(fā)展介紹

提到智能家居，市面上已能看到各種掃地機器人、智能喇叭等智能家電。在消費電子市場，國際大廠紛紛推出各式終端產(chǎn)品，語音識別、手勢辨識等人機接口的討論正火熱。另外，智能電表/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能(AI)與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)功能當作新一代家用電子產(chǎn)品的主要賣點。許多新時代家電陸續(xù)推出，這些產(chǎn)品不只能對外連上互聯(lián)網(wǎng)，也能彼此互聯(lián)，更能結合新興的智能音箱或語音助理，實現(xiàn)創(chuàng)新的智能生活應用。

圖1 資策會智能系統(tǒng)研究所董一志提到，物聯(lián)網(wǎng)概念提出初期，較著重智能水表、智能電表等等公共建設的應用。

智能家居應用正歷經(jīng)新一輪轉(zhuǎn)變，市場也正逐漸擴大當中。研究單位IDC便指出指出，智能家居市場將持續(xù)成長，預計到2022年，規(guī)模將會成長18%，達到全球940萬臺智能家居設備的規(guī)模。AIoT新思維也正快速翻轉(zhuǎn)智能家居應用市場。人工智能自1970年代起便開始被討論，而物聯(lián)網(wǎng)則是新興的概念。資策會智能系統(tǒng)研究所董一志(圖1)提到，物聯(lián)網(wǎng)概念提出初期，其實是對于智能水表、智能電表等等公共建設的應用發(fā)想較多，消費性電子產(chǎn)品則為其次。然而，近年來智能照明等等消費性電子的應用發(fā)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(jīng)營邏輯。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(chǎn)品的問世，廠商必須去思考人們真正的需求為何。眾臺廠應該盡速找到該市場中的關鍵應用，不能再等國際大廠發(fā)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 智能家居控制靠語音面對AIoT與智能家居的技術持續(xù)發(fā)展，人機接口的變革勢必將持續(xù)發(fā)生。自從iPhone導入了多點觸控功能之后，該操作方式為今天的設備使用者帶來的全新的使用習慣，也讓智能設備變得更加便利。英飛凌(Infineon)大中華區(qū)營銷經(jīng)理鐘至仁(圖2)指出，目前多點觸控已成為智能設備的操作接口主流，然而在未來，將會看到越來越多非觸控的接口陸續(xù)出現(xiàn)。

圖2 英飛凌大中華區(qū)營銷經(jīng)理鐘至仁指出在未來，將會看到越來越多非觸控的接口陸續(xù)出現(xiàn)。

鐘至仁提到，未來在智能家居使用情境之中，非觸控的人機接口將會越來越普及。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，了解用戶需求，使智能裝置可以遵從指揮調(diào)節(jié)與控制，并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(fā)展語音控制系統(tǒng)，然而當時能夠判別的字符數(shù)與正確度完全無法與今天的技術高度同日而語。鐘至仁說明，在2011年蘋果推出了Siri語音助理之后，2013年起Google與微軟也紛紛跟進推出自家的語音助理系統(tǒng)；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臺。由各國際大廠競相推出相對應的解決方案可以看出，語音控制人機接口將逐漸深入到日常生活之中。有鑒于非觸控與語音人機界面的發(fā)展，英飛凌亦推出了相對應的感測融合解決方案，致力于整合智能家居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(tǒng)；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能設備時，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傳感器的解決方案，透過融合聲紋辨識與人臉辨識，協(xié)助智能家居的安全防護再升級。Wi-SUN助能源管理 長照監(jiān)控應用多近年來，由于日本政府對于智能電表的推廣，由日本政府制定的Wi-SUN協(xié)議開始導入至智能家居應用當中。***地區(qū)亦開始投入智能電網(wǎng)的建設工作，預計將在2020年設置300萬臺智能電表。設置智能電表不僅能管理電表相關數(shù)據(jù)信息，亦能將數(shù)據(jù)導入至長照監(jiān)控應用之中。

圖3 羅姆營業(yè)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。

Wi-SUN是一由日本政府規(guī)范的Sub-GHz通訊協(xié)議，頻段介于922~928GHz。羅姆半導體(ROHM Semiconductor)營業(yè)部課長李師誠(圖3)分享，該通訊協(xié)議的最大優(yōu)勢在于傳輸距離遠，若在空曠地區(qū)傳輸距離可達一公里之遠；根據(jù)資策會的測試結果指出，垂直穿透力可達三層樓，相對于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(fā)送3,000次訊號的頻率來說，Wi-SUN模塊可以使用十年之久。正因以上諸多優(yōu)勢，日本政府將Wi-SUN納入國家智能電網(wǎng)布建計劃之中。在2017年底，日本已導入3,000萬臺Wi-SUN通訊模塊的智能電表，并計劃在2024年換裝完成8,000萬臺智能電表。***近年來亦積極投入智能電網(wǎng)的建設工作，臺電便計劃在2018年設置20萬臺智能電表，并于2019年設置100萬臺，更希望在2020年設置300萬臺。***地區(qū)總家庭戶數(shù)大約有700萬戶，由此可以看見臺電相當積極投入該技術建設。李師誠指出，由日本電信商IIJ所搜集整理的數(shù)據(jù)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數(shù)據(jù)，在未來能夠運用在長照領域中。由于日本對于隱私權較為重視，因此對于老人照護的監(jiān)控工作較不偏好采用IP Cam，如此，便能夠屏除影像監(jiān)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架構助智能家居聯(lián)機 多通訊協(xié)議提升兼容性由于智能家居的興起，該市場對于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(Mesh Network)的需求也逐漸增高，然而主流通訊協(xié)議目前尚未出現(xiàn)定論，因此許多設備廠商會將多種通訊協(xié)議同時導入至產(chǎn)品之中。因此，多通訊協(xié)議(Multiprotocol)芯片的重要性也日趨增加。

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(xié)議模塊，底層必須要有一顆強而有力的IC支援。

在智能家居應用之中，網(wǎng)狀網(wǎng)絡具備許多優(yōu)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(yōu)勢在于網(wǎng)狀網(wǎng)絡可以延長聯(lián)機距離，因此盡管為數(shù)尚不多，也有許多廠商將Mesh架構應用于戶外聯(lián)機應用。也由于網(wǎng)狀網(wǎng)絡可透過經(jīng)由許多節(jié)點的方式傳輸，因此每次傳輸?shù)挠秒娏枯^小，能有效節(jié)電。另一方面，也由于信息可透過多節(jié)點傳輸，因此若有節(jié)點損壞，信息依然可以透過其他節(jié)點傳輸，能有效提升智能家電的可靠度。林仕文進一步解釋，全部節(jié)點皆可互相連接的Full Mesh架構是最為理想的網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構，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。不同的無線聯(lián)機技術各有優(yōu)勢與缺點，能在不同的應用場景之中發(fā)揮所長。林仕文說明，隨著智能手機的普及，人們普遍習慣使用智能型手機來做到智能家居的控制。因此，當使用者回到住所時，可以利用手機透過Beacon感測解開智能門鎖，在進到家中客廳時再透過Zigbee將電燈打開。在智能家居使用情境之中，將涉及到多種通訊協(xié)議。林仕文指出，若要做到多通訊協(xié)議模塊，底層必須要有一顆強而有力的IC支持，因此芯科科技推出了ARM Cortex-M4產(chǎn)品，該產(chǎn)品支持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(chǎn)品的材料成本(BOM Cost)。