ios + android...
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行政院國家科學委員會補助產學合作研究計畫成果完整報告
iOS + Android 行動雲端居家監控雙系統
計畫類別 先導型 開發型 技術及知識應用型
計畫編號NSC 102-2622-E-168-014-CC3
執行期間102 年 11 月 01 日至 103 年 10 月 31 日
執行單位崑山科技大學
計畫主持人王炳聰
共同主持人吳明芳
計畫參與人員陳漢強陳立堯
處理方式依規定原則上不予公開
中 華 民 國 103 年 11 月 20 日
計畫查核點自評表（請逐年填列）
重要工作項目
查核內容概述（力求量化表示） 廠商參與情形概述
1~5 月 6~8月 9~12月 1~5 月 6~8月 9~12月
居家監控閘道器
硬體
UART 硬
體驅動主要
連 接 WSN
的 CC1101
Coordinator
無線感測網
路CC1101
Coordinator
製作
SDIO
Wi-Fi 網
路提供
IEEE
80211ab
gn連線
USB 硬體驅
動加入USB
35G 網 路 卡
介面
CC1101
Coordinator
（協調器）
以GPIO 為
基礎
進行整合
所有硬體
於同一架
構之測詴
居家監控無線感
測器
溫度無線感
測器製作
濕度無線感
測器製作
人體紅外
線無線感
測器製作
瓦斯無線感
測器製作
電燈與風扇
開關感測器
製作
進行所有
無線感測
器之測詴
居家監控閘道器
Embedded Linux
作業系統核心植
移
植入U-Boot
Embedded
Linux 作 業
系統版本
為2639
驅動USB 驅動UART 驅動Audio
協助三大
驅動程式
的整合測
詴
居家監控閘道器
Android 監控軟
體
啟 動
Android 40
Android
APK應用程
式結合無線
感測網路
有線網路
與WIFI網
路的連線
開發雲端
WSN資料庫
程式
C中介軟體
Linux C 程
式
中介層程
式對下層
Driver 溝
通
手機監控APP Android 開
發環境建置
Android 手
機APP程式
撰寫
Android手
機 監 控
APP上架
iPhone開發環
境xcode建置
iPhone手機
APP程式撰
寫
iOS 手 機
監控A上
架
專利產出 1~5 月 6~8月 9~12月 1~5 月 6~8月 9~12月
WSNs居家監控
之專利
做Prior Art
分析與專利
佈局分析
進行專利之
迴避與評估
開始撰寫
畫面預測
之專利
請廠商提供
WSNs監控平
台之相關專
利
了解其它廠
商之專利佈
局
提供申請
專利之費
用
註本表請依產學合作計畫書設定之查核點期程（如計畫執行及結束後之計畫如何配合追蹤管
考產品產出與開發規劃預期可推廣至產業或市場之成果預估可授權商品預估應用
價值及產值建立平台等）填寫實際執行情形
僑高科技有限公司透過本開發計畫的研發過程將能夠建立研發團隊對於具備居家監控與
自動化控制之雙系統 Android 與 iOS並可掌握這一波數位家庭自動化市場的成長契機經由計
畫的執行過程亦能順勢建立公司的研發管理制度並有機會運用此一新型態產品作為公司
自有品牌產品線的推動主軸避開與新興工業國家低價產品競爭的優勢
長久以來電腦一直為 PC-based 並在數位家庭監控產業存在多時但隨著近幾年智慧型手
機的蓬勃發展用手機來監控居家的一切已逐步成為主流也隨著後 PC 時代的到來完全取
代了 PC本計畫所開發的 Android 與 iOS 居家監控雙系統將滿足顧客需求同時支援目前市面
上的二大手持式裝置必定能成為台灣廠商開闢一條新興產品市場同時帶動居家監控的產值
表現若本計畫能順利執行對所開發產品之產出之規劃如下
(1) 價格策略由於僑高科技公司產品的定價模式並非台灣廠商慣有的低價策略產品行銷定
位一直鎖定在中高價位的市場區塊因此可享有較高的毛利率而本計畫完成後的新產品
亦將是運用此一模式不會考慮以量取勝之策略
(2) 通路策略以往僑高科技公司主要為 ODMOEM 產品為主且產品均為直接銷售予客戶
而非透過代理商主要客戶有 GEGriffin 與 Philips 等自 2007 年起該公司已將產品加
以區分為 OEMODM與自有產品等兩大主軸對 OEMODM 產品而言將延續既有客戶
經營模式而在自有品牌產品部份將以授權各國代理商為主要模式
(3) 推廣策略對本計畫完成後的新產品推廣模式由於產品的使用概念相當創新亦能同時抓
住消費者分別以 Android 與 iOS 來進行取家監控將以自有品牌行銷管道為主希望在數
位家庭監控與自動化產品市場中成為一標竿商品以提高產品之話題性
(4) 售後服務僑高科技有限公司經營消費性電子產業多年已累積相當良好產品聲譽從接單
採購到生產製造均可在台灣本土完成而目前以歐美為主要的市場目前正籌設英國辦
事處負責歐洲業務事宜可說售後服務網路佈建相當完整能因應全球各主要市場售後服務
的要求
(5) 預估應用價值及產值根據英國市調公司 Juniper Research 新調查報告指出2012 年全球居
家監控的產值高達 300 億美金且以遊戲產業主要皆以手持式裝置監控 Android 與 iOS
雙系統為主若以成長率論斷本產品初期應用在家庭自動化控制與感測器監控方面在後
續可結合影像監控之功能根據統計2014 年全球居家監控預估全球有 500 億美金的市
埸因此可充分發揮進可攻退可守之策略
本產學合作計畫研發成果及績效達成情形自評表
成果項目 本產學合作計畫預估研究成果及績效指標
（作為本計畫後續管考之參據） 計畫達成情形
技術移轉 預計技轉授權 1 項 完成技轉授權 1 項
專利
國內 預估 1 件 提出申請 2 件獲得 0 件
國外 預估 0 件 提出申請 0 件獲得 0 件
人才培育
博士 0 人畢業任職於業界 0 人 博士 0 人畢業任職於業
界 0 人
碩士 1 人畢業任職於業界 1 人 碩士 1 人畢業任職於業
界 1 人
其他 人畢業任職於業界 人 其他 人畢業任職於業
界 人
論文著作
國內
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
研討會論文 2 件 發表研討會論文 2 件
SCI論文 0 件 發表SCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書 0 件
技術報告 1 件 完成技術報告 1 件
國外
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
學術論文 0 件 發表學術論文 0 件
研討會論文 3 件 發表研討會論文 3 件
SCI SSCI論文 0 件 發表SCI SSCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書 0 件
技術報告 0 件 完成技術報告 0 件
其他協助產業發
展之具體績效 新公司或衍生公司 0 家
設立新公司或衍生公司 (名
稱)
其他
註其他實際完成之研究成果及績效請於「其他」欄內補充填寫
表 C012A-4
壹計畫摘要
一中文摘要
本計畫提出設計一個居家無線感測網路監控平台包括開發 2 套居家監控 APP 與居家監控
閘道器在 APP 的部份開發出 2 套居家監控 APP 分別支援智慧型手機 Android 與 iOS 打造
出居家監控雙系統主要的目的在於監督者可透過目前市面上最流行的 Android 或 iOS 智慧
型手機以跨網監控的方式來監控居家無線感測網路另本計畫亦自行開發居家監控閘道器對
外連上網際網路走 Ethenet 的方式或經由 35G USB Dongle 連上 Internet或走 WIFI 的方式
連上 Internet並可對內連接家中的無線感測網路進行家中的感測器監控與家庭自動化的控
制諸如家電 ONOFF 控制與溫濕度或瓦斯人體紅外線之偵測最後可以進行連上雲端資料庫
儲存感測資訊與偵測到回常情形時發送緊急短簡訊與電子郵件來通報監督者的 Android 或
iOS 手機本計畫之最大功效可大幅的提供監督者的智慧型手機使用自由度並可連接 Home
Gateway 以達到跨網居家監控的功能主要應於家庭自動化控制與家庭無線感測網路監控
關鍵詞AndroidiOS 家庭閘道器家庭自動化控制與家庭無線感測網路
二英文摘要
In this project we want to develop two APPs for Android and iOS dual system The Home
gateway to monitor Home WSN and Home Automation The sensors can transports sensor data over a
wireless sensor netewok by relay method The wireless sensor nodes can sensor environment data
such as temperature light and gas and transport back to collector centor by its wireless capability
The two main issues of wireless sensor nodes is power consumption and communication distance
However these issues are solved by the technology improved
Due to many user use Anodroid and iOS System so we are support them to monitor home sensor
nodes in the wireless sensor netewok need be monitored we proposed a wireless sensor netewok
control centor to manage these sensor nodes This control centor is an embedded system We use
ARM 11 CPU develop the Home Gateway It can connect tree network such as wireless sensor
networks Internet and telecom for seamless monitor Our application is focus on home amp factory
automation gargen fishery and farm monitors
Key WordAndroidiOSHome GatewayHome Automation and Wireless Sensor Network
貳報告內容
一前言
本計畫設計一個 iOS + Android 智慧雲端居家監控雙系統主要的動機在於監督者置身在
戶外時可透過 iPhone 手機或 Android 手機以行動連網監控的方式來監控居家無線感測網路
(Wireless Sensor NetworkWSN)而居家監控 Gateway 亦可透過有線網際網路走 Internet 的方
式連上雲端資料庫或透過 USB 35G Dongle 連上電信網路的方式來與監督者的手機 APP(iOS
or Android)連線並進行連上雲端資料庫上傳監控感測資訊發送緊急短簡訊與電子郵件之功
能而不用監督者一直待在監控平台旁邊來進行監測工作本計畫之最大功效分別開發 iOS
與 Android 二套不同手機作業系統的居家監控 APP 軟體以大幅的滿足不同監督者所使用的
iPhone 手機或者 Android 手機之方便性即在任何有 Wi-Fi 網路或 35G 電信網路的地方皆可
監控居家無線感測網路以達到行動跨網監控的功能主要應於無線感測網路家庭自動化控
制家電開關與監控工廠監控與農漁業監控等領域由於本計畫所開發的居家監控 Gateway
亦提供有 35G 的上網功能可大幅提昇監控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置
能力為加強無線感測網路的跨網監控功能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用
手機或電腦便可監控無線感測網路由於本計畫所實現之雲端居家監控 Gateway在對外的網
路連接部份架設起有線 Ethernet 網路來連接 Internet 與無線 35G 網路來連接電信業者的網
路對內網路則是連接居家監控的 WSN 網路在居家監控 Gateway 之實作可分為硬體與軟
體兩大部份在硬體部份使用 Friendly ARM MINI6410 平台而在軟體部份執行 Android 40
作業系統並自行開發 WSN Monitor APP 程式該 APP 能同時裝在監控人員的 Android 手機
與居家監控 Gateway 上以進行居家無線感測網路監控
二研究目的
半導體產業是目前國家重點科技項目之一其中上游的IC設計可說是半導體產品的創意
源頭而各式各樣的需求應用不斷的推陳出新每間公司都需有自已的核心技術IP以提高產
品之競爭力由於本計畫所開發的居家監控Gateway亦提供有35G的上網功能可大幅提昇監
控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置能力為加強無線感測網路的跨網監控功
能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用手機或電腦便可監控無線感測網路由於
本計畫所實現之雲端居家監控Gateway在對外的網路連接部份架設起有線Ethernet網路來連
接 Internet與無線35G網路來連接電信業者的網路對內網路則是連接居家監控的WSN網路在
居家監控Gateway之實作可分為硬體與軟體兩大部份在硬體部份使用Friendly ARM MINI6410
平台而在軟體部份執行Android 40作業系統並自行開發WSN Monitor APP程式該APP能同
時裝在監控人員的Android手機與居家監控Gateway上以進行居家無線感測網路監控
本計畫所開發之Android 居家監控Gateway能連接對外網路與對內WSN網路而WSN網路
所使用之433MHz無線傳輸晶片可達無線傳輸200M之優勢可在農漁業家庭控制自動化與
監控系統發揮出無線感測與監控能力預估於後續無線感測網路技術將能帶動朝向與Google
EarthGoogle Map與Sensor Map等網路地理資訊軟體或與超商賣場大樓居家照護與交通
系統(諸如公車公車站與計程車)等能見度高之硬體結合的應用邁進亦即以有線網路技術為主
幹連接無線網路技術達到物與物相連之IOT精神使資訊服務達到可隨時隨地取得資訊以
衍生出多樣化可攜式服務功能
而合作計畫所研發出來的成果對系統監控設計廠商而言可省去研發的時間與成本使
得系統監控廠商可直接與本計畫所開發的Home Gateway與iOS + Android APP進行技術轉移
三文獻探討
由 H Song D K 等學者在 2005 年於 Proceedings of the second International Conference on
Mobile Computing and Ubiquitous Networking 所提出 「Sensor network management architecture」
的感測網路管理架構方法中在智慧行動監控的問題必頇克服例如在多裝置的監控支援並
且多支多人連線當遇到無線頻寛不足時它的無線感測封包效率會下降 60因此即時性的
無線感測傳輸資料就會發生問題本計劃針對這個問題提出結決方案並獲得實際驗證接著
列出執行本計畫之主要參考文獻如下
參考文獻
[1] H Song D K ldquoSensor network management architecturerdquo Proceedings of the second International
Conference on Mobile Computing and Ubiquitous Networking pp 85ndash92 2005
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CSSE-06-001 2006 N Ramanathan K Chang R Kapur L Gir Kohler ldquoSympathy for the sensor
network Centre for Embedded Network Sensing pp 98 2005
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[4] C L Fok and G C Roman ldquoMobile agent middleware for sensor networks An application case
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者孫宏明 出版社碁峰
[12] iOS 6 程式設計實戰 136 個快速上手的開發技巧 朱克剛 著 碁峰圖書
[13] App 程式設計入門iPhoneiPad(第二版)作者彼得潘 出版社松崗
[14] 掌握 iPhone SDK 程式開發技巧 羅友志 譯 上奇圖書
[15] 輕鬆搞定 Google 雲端技術 MapsAndroidApp EngineCloudSQL 與電子商務 API 實例 陳
世興 著 全華圖書
[16] MySQL+PHP 資料庫網頁程式設計實例入門作者西澤夢路出版社博碩
[17] Web 應用程序--CGI 到 Web 三層系統 高敬[譯] 科學出版社
叁研究方法
一主架構
本計畫之網路連線實作部分可分為無線感測網路35G 網路有線網際網路與雲端儲
存等 4 大區塊前面 3 個網路皆已經連接至無線監控平台接著詳細說明這 4 大區塊之主要
功能如下
(1)智慧型手機 Android + iOS 打造出監控雙系統主要的動機在於監督者可透過二款
目前市面上最流行的智慧型手機連接居家監控 Gateway 的監控畫面如圖 1 所示多款
Android 手機與 1 支 iPhone (iOS)同時連接到居家監控 Gateway 的實境同時取得溫度濕
度地震瓦斯與人體紅外線之感測資訊並且能控制家中的電燈與風扇 ONOFF
(2) 無線感測網路的部份用來接收各式感測器回傳回來的感測值分別為光感測
器人體紅外線感測器瓦斯感測器溫度感測器濕度感測器與地震感測器等數據
(3) 35G 電信網路的部份透過無線監控平台的 USB 埠連接上 USB 35G Modem
以連上電信業者的基地台並做為連上雲端資料庫與發送緊急簡訊與緊急 email 等 3 大功能
當監督者出門在外只要有隨身攜帶著手機當有緊急狀況發生時便能接收到 WSN 監控
平台偵測的異常狀況時之緊急通報的簡訊
(4)雲端儲存透過有線網際網路與 35G 電信網路連線方式可將無線感測網路部分
的感測值回傳至雲端資料庫做儲存以方便日後查詢之用使用者可在任何可上網的地方
利用網頁瀏覽器連結接到監控平台的 Web Server 並可依照日期查詢資料庫儲存資料以作為
參考的依據
圖 1 Android + iOS 連接居家監控 Gateway
綜合以上之說明可歸納本作可實現之功能如下
近端監控 1可監控無線感測遠端的溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線
近端監控 2在無線感測網路方面可從遠端接收感測器所偵測到的溫度顯示在無
線監控平台上 LCD 畫面並由 Android Application 呈現音樂緊急播報等近端監控
遠端監控 1
可透過電信網路來監控無線監控平台之無線感測網路監控端若有突發緊急事
件時則可透過電信網路發送短簡訊使身在戶外的監督者可即時收到緊急訊息
亦可達到遠端即時監控或由手機發簡訊控制監控平台
遠端監控 2
可透過有網頁瀏覽器經有線網際網路來監控無線監控平台為基礎之無線感測
網路監控端可監控溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線與控制監控平台
遠端監控 3
因手機為目前相當普及之通訊裝置且可隨使用者移動到任何地方（具移動
性）因此透過手機來監控 WSN[4]為本計畫的一大創意
遠端監控 4當 Android 監控系統偵測到異常時將可會拍照並夾帶文字訊息
檔到監督者的電子郵件中即可在監督者的電子郵件管理系統中收到當 Android
監控系統所發出的電子郵件
二本計畫 Home Gateway 監控平台軟體設計
本計畫在軟體方面實現以下 4 個部份
(1) 植入 Embedded Linux 作業系統[3]版本為 Kernel 30以此作業系統為
核心在上頭啟動 Android Framework 40 等二種版本皆可支援
(2) 開發 Home Gateway Android APK 應用程式結合無線感測網路[4]35G
網路有線 Ethernet 網路與 WIFI 網路的連線與斷線以不斷的接收來自無線感測節
點所回傳的感測值將感測值記錄下來並顯示在 Android APK 的應用程式上且
將感測資訊上傳至雲端資料庫作為結合緊急情況的手機短簡訊發報與 e-mail 通報
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
計畫查核點自評表（請逐年填列）
重要工作項目
查核內容概述（力求量化表示） 廠商參與情形概述
1~5 月 6~8月 9~12月 1~5 月 6~8月 9~12月
居家監控閘道器
硬體
UART 硬
體驅動主要
連 接 WSN
的 CC1101
Coordinator
無線感測網
路CC1101
Coordinator
製作
SDIO
Wi-Fi 網
路提供
IEEE
80211ab
gn連線
USB 硬體驅
動加入USB
35G 網 路 卡
介面
CC1101
Coordinator
（協調器）
以GPIO 為
基礎
進行整合
所有硬體
於同一架
構之測詴
居家監控無線感
測器
溫度無線感
測器製作
濕度無線感
測器製作
人體紅外
線無線感
測器製作
瓦斯無線感
測器製作
電燈與風扇
開關感測器
製作
進行所有
無線感測
器之測詴
居家監控閘道器
Embedded Linux
作業系統核心植
移
植入U-Boot
Embedded
Linux 作 業
系統版本
為2639
驅動USB 驅動UART 驅動Audio
協助三大
驅動程式
的整合測
詴
居家監控閘道器
Android 監控軟
體
啟 動
Android 40
Android
APK應用程
式結合無線
感測網路
有線網路
與WIFI網
路的連線
開發雲端
WSN資料庫
程式
C中介軟體
Linux C 程
式
中介層程
式對下層
Driver 溝
通
手機監控APP Android 開
發環境建置
Android 手
機APP程式
撰寫
Android手
機 監 控
APP上架
iPhone開發環
境xcode建置
iPhone手機
APP程式撰
寫
iOS 手 機
監控A上
架
專利產出 1~5 月 6~8月 9~12月 1~5 月 6~8月 9~12月
WSNs居家監控
之專利
做Prior Art
分析與專利
佈局分析
進行專利之
迴避與評估
開始撰寫
畫面預測
之專利
請廠商提供
WSNs監控平
台之相關專
利
了解其它廠
商之專利佈
局
提供申請
專利之費
用
註本表請依產學合作計畫書設定之查核點期程（如計畫執行及結束後之計畫如何配合追蹤管
考產品產出與開發規劃預期可推廣至產業或市場之成果預估可授權商品預估應用
價值及產值建立平台等）填寫實際執行情形
僑高科技有限公司透過本開發計畫的研發過程將能夠建立研發團隊對於具備居家監控與
自動化控制之雙系統 Android 與 iOS並可掌握這一波數位家庭自動化市場的成長契機經由計
畫的執行過程亦能順勢建立公司的研發管理制度並有機會運用此一新型態產品作為公司
自有品牌產品線的推動主軸避開與新興工業國家低價產品競爭的優勢
長久以來電腦一直為 PC-based 並在數位家庭監控產業存在多時但隨著近幾年智慧型手
機的蓬勃發展用手機來監控居家的一切已逐步成為主流也隨著後 PC 時代的到來完全取
代了 PC本計畫所開發的 Android 與 iOS 居家監控雙系統將滿足顧客需求同時支援目前市面
上的二大手持式裝置必定能成為台灣廠商開闢一條新興產品市場同時帶動居家監控的產值
表現若本計畫能順利執行對所開發產品之產出之規劃如下
(1) 價格策略由於僑高科技公司產品的定價模式並非台灣廠商慣有的低價策略產品行銷定
位一直鎖定在中高價位的市場區塊因此可享有較高的毛利率而本計畫完成後的新產品
亦將是運用此一模式不會考慮以量取勝之策略
(2) 通路策略以往僑高科技公司主要為 ODMOEM 產品為主且產品均為直接銷售予客戶
而非透過代理商主要客戶有 GEGriffin 與 Philips 等自 2007 年起該公司已將產品加
以區分為 OEMODM與自有產品等兩大主軸對 OEMODM 產品而言將延續既有客戶
經營模式而在自有品牌產品部份將以授權各國代理商為主要模式
(3) 推廣策略對本計畫完成後的新產品推廣模式由於產品的使用概念相當創新亦能同時抓
住消費者分別以 Android 與 iOS 來進行取家監控將以自有品牌行銷管道為主希望在數
位家庭監控與自動化產品市場中成為一標竿商品以提高產品之話題性
(4) 售後服務僑高科技有限公司經營消費性電子產業多年已累積相當良好產品聲譽從接單
採購到生產製造均可在台灣本土完成而目前以歐美為主要的市場目前正籌設英國辦
事處負責歐洲業務事宜可說售後服務網路佈建相當完整能因應全球各主要市場售後服務
的要求
(5) 預估應用價值及產值根據英國市調公司 Juniper Research 新調查報告指出2012 年全球居
家監控的產值高達 300 億美金且以遊戲產業主要皆以手持式裝置監控 Android 與 iOS
雙系統為主若以成長率論斷本產品初期應用在家庭自動化控制與感測器監控方面在後
續可結合影像監控之功能根據統計2014 年全球居家監控預估全球有 500 億美金的市
埸因此可充分發揮進可攻退可守之策略
本產學合作計畫研發成果及績效達成情形自評表
成果項目 本產學合作計畫預估研究成果及績效指標
（作為本計畫後續管考之參據） 計畫達成情形
技術移轉 預計技轉授權 1 項 完成技轉授權 1 項
專利
國內 預估 1 件 提出申請 2 件獲得 0 件
國外 預估 0 件 提出申請 0 件獲得 0 件
人才培育
博士 0 人畢業任職於業界 0 人 博士 0 人畢業任職於業
界 0 人
碩士 1 人畢業任職於業界 1 人 碩士 1 人畢業任職於業
界 1 人
其他 人畢業任職於業界 人 其他 人畢業任職於業
界 人
論文著作
國內
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
研討會論文 2 件 發表研討會論文 2 件
SCI論文 0 件 發表SCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書 0 件
技術報告 1 件 完成技術報告 1 件
國外
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
學術論文 0 件 發表學術論文 0 件
研討會論文 3 件 發表研討會論文 3 件
SCI SSCI論文 0 件 發表SCI SSCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書 0 件
技術報告 0 件 完成技術報告 0 件
其他協助產業發
展之具體績效 新公司或衍生公司 0 家
設立新公司或衍生公司 (名
稱)
其他
註其他實際完成之研究成果及績效請於「其他」欄內補充填寫
表 C012A-4
壹計畫摘要
一中文摘要
本計畫提出設計一個居家無線感測網路監控平台包括開發 2 套居家監控 APP 與居家監控
閘道器在 APP 的部份開發出 2 套居家監控 APP 分別支援智慧型手機 Android 與 iOS 打造
出居家監控雙系統主要的目的在於監督者可透過目前市面上最流行的 Android 或 iOS 智慧
型手機以跨網監控的方式來監控居家無線感測網路另本計畫亦自行開發居家監控閘道器對
外連上網際網路走 Ethenet 的方式或經由 35G USB Dongle 連上 Internet或走 WIFI 的方式
連上 Internet並可對內連接家中的無線感測網路進行家中的感測器監控與家庭自動化的控
制諸如家電 ONOFF 控制與溫濕度或瓦斯人體紅外線之偵測最後可以進行連上雲端資料庫
儲存感測資訊與偵測到回常情形時發送緊急短簡訊與電子郵件來通報監督者的 Android 或
iOS 手機本計畫之最大功效可大幅的提供監督者的智慧型手機使用自由度並可連接 Home
Gateway 以達到跨網居家監控的功能主要應於家庭自動化控制與家庭無線感測網路監控
關鍵詞AndroidiOS 家庭閘道器家庭自動化控制與家庭無線感測網路
二英文摘要
In this project we want to develop two APPs for Android and iOS dual system The Home
gateway to monitor Home WSN and Home Automation The sensors can transports sensor data over a
wireless sensor netewok by relay method The wireless sensor nodes can sensor environment data
such as temperature light and gas and transport back to collector centor by its wireless capability
The two main issues of wireless sensor nodes is power consumption and communication distance
However these issues are solved by the technology improved
Due to many user use Anodroid and iOS System so we are support them to monitor home sensor
nodes in the wireless sensor netewok need be monitored we proposed a wireless sensor netewok
control centor to manage these sensor nodes This control centor is an embedded system We use
ARM 11 CPU develop the Home Gateway It can connect tree network such as wireless sensor
networks Internet and telecom for seamless monitor Our application is focus on home amp factory
automation gargen fishery and farm monitors
Key WordAndroidiOSHome GatewayHome Automation and Wireless Sensor Network
貳報告內容
一前言
本計畫設計一個 iOS + Android 智慧雲端居家監控雙系統主要的動機在於監督者置身在
戶外時可透過 iPhone 手機或 Android 手機以行動連網監控的方式來監控居家無線感測網路
(Wireless Sensor NetworkWSN)而居家監控 Gateway 亦可透過有線網際網路走 Internet 的方
式連上雲端資料庫或透過 USB 35G Dongle 連上電信網路的方式來與監督者的手機 APP(iOS
or Android)連線並進行連上雲端資料庫上傳監控感測資訊發送緊急短簡訊與電子郵件之功
能而不用監督者一直待在監控平台旁邊來進行監測工作本計畫之最大功效分別開發 iOS
與 Android 二套不同手機作業系統的居家監控 APP 軟體以大幅的滿足不同監督者所使用的
iPhone 手機或者 Android 手機之方便性即在任何有 Wi-Fi 網路或 35G 電信網路的地方皆可
監控居家無線感測網路以達到行動跨網監控的功能主要應於無線感測網路家庭自動化控
制家電開關與監控工廠監控與農漁業監控等領域由於本計畫所開發的居家監控 Gateway
亦提供有 35G 的上網功能可大幅提昇監控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置
能力為加強無線感測網路的跨網監控功能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用
手機或電腦便可監控無線感測網路由於本計畫所實現之雲端居家監控 Gateway在對外的網
路連接部份架設起有線 Ethernet 網路來連接 Internet 與無線 35G 網路來連接電信業者的網
路對內網路則是連接居家監控的 WSN 網路在居家監控 Gateway 之實作可分為硬體與軟
體兩大部份在硬體部份使用 Friendly ARM MINI6410 平台而在軟體部份執行 Android 40
作業系統並自行開發 WSN Monitor APP 程式該 APP 能同時裝在監控人員的 Android 手機
與居家監控 Gateway 上以進行居家無線感測網路監控
二研究目的
半導體產業是目前國家重點科技項目之一其中上游的IC設計可說是半導體產品的創意
源頭而各式各樣的需求應用不斷的推陳出新每間公司都需有自已的核心技術IP以提高產
品之競爭力由於本計畫所開發的居家監控Gateway亦提供有35G的上網功能可大幅提昇監
控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置能力為加強無線感測網路的跨網監控功
能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用手機或電腦便可監控無線感測網路由於
本計畫所實現之雲端居家監控Gateway在對外的網路連接部份架設起有線Ethernet網路來連
接 Internet與無線35G網路來連接電信業者的網路對內網路則是連接居家監控的WSN網路在
居家監控Gateway之實作可分為硬體與軟體兩大部份在硬體部份使用Friendly ARM MINI6410
平台而在軟體部份執行Android 40作業系統並自行開發WSN Monitor APP程式該APP能同
時裝在監控人員的Android手機與居家監控Gateway上以進行居家無線感測網路監控
本計畫所開發之Android 居家監控Gateway能連接對外網路與對內WSN網路而WSN網路
所使用之433MHz無線傳輸晶片可達無線傳輸200M之優勢可在農漁業家庭控制自動化與
監控系統發揮出無線感測與監控能力預估於後續無線感測網路技術將能帶動朝向與Google
EarthGoogle Map與Sensor Map等網路地理資訊軟體或與超商賣場大樓居家照護與交通
系統(諸如公車公車站與計程車)等能見度高之硬體結合的應用邁進亦即以有線網路技術為主
幹連接無線網路技術達到物與物相連之IOT精神使資訊服務達到可隨時隨地取得資訊以
衍生出多樣化可攜式服務功能
而合作計畫所研發出來的成果對系統監控設計廠商而言可省去研發的時間與成本使
得系統監控廠商可直接與本計畫所開發的Home Gateway與iOS + Android APP進行技術轉移
三文獻探討
由 H Song D K 等學者在 2005 年於 Proceedings of the second International Conference on
Mobile Computing and Ubiquitous Networking 所提出 「Sensor network management architecture」
的感測網路管理架構方法中在智慧行動監控的問題必頇克服例如在多裝置的監控支援並
且多支多人連線當遇到無線頻寛不足時它的無線感測封包效率會下降 60因此即時性的
無線感測傳輸資料就會發生問題本計劃針對這個問題提出結決方案並獲得實際驗證接著
列出執行本計畫之主要參考文獻如下
參考文獻
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[10] Android 系統移植與開發測詴 梁泉韓超 著 博碩文化
[11] Android 4X 手機平板電腦程式設計入門應用到精通(第二版--適用 Android 1X~4X) 作
者孫宏明 出版社碁峰
[12] iOS 6 程式設計實戰 136 個快速上手的開發技巧 朱克剛 著 碁峰圖書
[13] App 程式設計入門iPhoneiPad(第二版)作者彼得潘 出版社松崗
[14] 掌握 iPhone SDK 程式開發技巧 羅友志 譯 上奇圖書
[15] 輕鬆搞定 Google 雲端技術 MapsAndroidApp EngineCloudSQL 與電子商務 API 實例 陳
世興 著 全華圖書
[16] MySQL+PHP 資料庫網頁程式設計實例入門作者西澤夢路出版社博碩
[17] Web 應用程序--CGI 到 Web 三層系統 高敬[譯] 科學出版社
叁研究方法
一主架構
本計畫之網路連線實作部分可分為無線感測網路35G 網路有線網際網路與雲端儲
存等 4 大區塊前面 3 個網路皆已經連接至無線監控平台接著詳細說明這 4 大區塊之主要
功能如下
(1)智慧型手機 Android + iOS 打造出監控雙系統主要的動機在於監督者可透過二款
目前市面上最流行的智慧型手機連接居家監控 Gateway 的監控畫面如圖 1 所示多款
Android 手機與 1 支 iPhone (iOS)同時連接到居家監控 Gateway 的實境同時取得溫度濕
度地震瓦斯與人體紅外線之感測資訊並且能控制家中的電燈與風扇 ONOFF
(2) 無線感測網路的部份用來接收各式感測器回傳回來的感測值分別為光感測
器人體紅外線感測器瓦斯感測器溫度感測器濕度感測器與地震感測器等數據
(3) 35G 電信網路的部份透過無線監控平台的 USB 埠連接上 USB 35G Modem
以連上電信業者的基地台並做為連上雲端資料庫與發送緊急簡訊與緊急 email 等 3 大功能
當監督者出門在外只要有隨身攜帶著手機當有緊急狀況發生時便能接收到 WSN 監控
平台偵測的異常狀況時之緊急通報的簡訊
(4)雲端儲存透過有線網際網路與 35G 電信網路連線方式可將無線感測網路部分
的感測值回傳至雲端資料庫做儲存以方便日後查詢之用使用者可在任何可上網的地方
利用網頁瀏覽器連結接到監控平台的 Web Server 並可依照日期查詢資料庫儲存資料以作為
參考的依據
圖 1 Android + iOS 連接居家監控 Gateway
綜合以上之說明可歸納本作可實現之功能如下
近端監控 1可監控無線感測遠端的溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線
近端監控 2在無線感測網路方面可從遠端接收感測器所偵測到的溫度顯示在無
線監控平台上 LCD 畫面並由 Android Application 呈現音樂緊急播報等近端監控
遠端監控 1
可透過電信網路來監控無線監控平台之無線感測網路監控端若有突發緊急事
件時則可透過電信網路發送短簡訊使身在戶外的監督者可即時收到緊急訊息
亦可達到遠端即時監控或由手機發簡訊控制監控平台
遠端監控 2
可透過有網頁瀏覽器經有線網際網路來監控無線監控平台為基礎之無線感測
網路監控端可監控溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線與控制監控平台
遠端監控 3
因手機為目前相當普及之通訊裝置且可隨使用者移動到任何地方（具移動
性）因此透過手機來監控 WSN[4]為本計畫的一大創意
遠端監控 4當 Android 監控系統偵測到異常時將可會拍照並夾帶文字訊息
檔到監督者的電子郵件中即可在監督者的電子郵件管理系統中收到當 Android
監控系統所發出的電子郵件
二本計畫 Home Gateway 監控平台軟體設計
本計畫在軟體方面實現以下 4 個部份
(1) 植入 Embedded Linux 作業系統[3]版本為 Kernel 30以此作業系統為
核心在上頭啟動 Android Framework 40 等二種版本皆可支援
(2) 開發 Home Gateway Android APK 應用程式結合無線感測網路[4]35G
網路有線 Ethernet 網路與 WIFI 網路的連線與斷線以不斷的接收來自無線感測節
點所回傳的感測值將感測值記錄下來並顯示在 Android APK 的應用程式上且
將感測資訊上傳至雲端資料庫作為結合緊急情況的手機短簡訊發報與 e-mail 通報
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
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居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
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刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
自動化控制之雙系統 Android 與 iOS並可掌握這一波數位家庭自動化市場的成長契機經由計
畫的執行過程亦能順勢建立公司的研發管理制度並有機會運用此一新型態產品作為公司
自有品牌產品線的推動主軸避開與新興工業國家低價產品競爭的優勢
長久以來電腦一直為 PC-based 並在數位家庭監控產業存在多時但隨著近幾年智慧型手
機的蓬勃發展用手機來監控居家的一切已逐步成為主流也隨著後 PC 時代的到來完全取
代了 PC本計畫所開發的 Android 與 iOS 居家監控雙系統將滿足顧客需求同時支援目前市面
上的二大手持式裝置必定能成為台灣廠商開闢一條新興產品市場同時帶動居家監控的產值
表現若本計畫能順利執行對所開發產品之產出之規劃如下
(1) 價格策略由於僑高科技公司產品的定價模式並非台灣廠商慣有的低價策略產品行銷定
位一直鎖定在中高價位的市場區塊因此可享有較高的毛利率而本計畫完成後的新產品
亦將是運用此一模式不會考慮以量取勝之策略
(2) 通路策略以往僑高科技公司主要為 ODMOEM 產品為主且產品均為直接銷售予客戶
而非透過代理商主要客戶有 GEGriffin 與 Philips 等自 2007 年起該公司已將產品加
以區分為 OEMODM與自有產品等兩大主軸對 OEMODM 產品而言將延續既有客戶
經營模式而在自有品牌產品部份將以授權各國代理商為主要模式
(3) 推廣策略對本計畫完成後的新產品推廣模式由於產品的使用概念相當創新亦能同時抓
住消費者分別以 Android 與 iOS 來進行取家監控將以自有品牌行銷管道為主希望在數
位家庭監控與自動化產品市場中成為一標竿商品以提高產品之話題性
(4) 售後服務僑高科技有限公司經營消費性電子產業多年已累積相當良好產品聲譽從接單
採購到生產製造均可在台灣本土完成而目前以歐美為主要的市場目前正籌設英國辦
事處負責歐洲業務事宜可說售後服務網路佈建相當完整能因應全球各主要市場售後服務
的要求
(5) 預估應用價值及產值根據英國市調公司 Juniper Research 新調查報告指出2012 年全球居
家監控的產值高達 300 億美金且以遊戲產業主要皆以手持式裝置監控 Android 與 iOS
雙系統為主若以成長率論斷本產品初期應用在家庭自動化控制與感測器監控方面在後
續可結合影像監控之功能根據統計2014 年全球居家監控預估全球有 500 億美金的市
埸因此可充分發揮進可攻退可守之策略
本產學合作計畫研發成果及績效達成情形自評表
成果項目 本產學合作計畫預估研究成果及績效指標
（作為本計畫後續管考之參據） 計畫達成情形
技術移轉 預計技轉授權 1 項 完成技轉授權 1 項
專利
國內 預估 1 件 提出申請 2 件獲得 0 件
國外 預估 0 件 提出申請 0 件獲得 0 件
人才培育
博士 0 人畢業任職於業界 0 人 博士 0 人畢業任職於業
界 0 人
碩士 1 人畢業任職於業界 1 人 碩士 1 人畢業任職於業
界 1 人
其他 人畢業任職於業界 人 其他 人畢業任職於業
界 人
論文著作
國內
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
研討會論文 2 件 發表研討會論文 2 件
SCI論文 0 件 發表SCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書 0 件
技術報告 1 件 完成技術報告 1 件
國外
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
學術論文 0 件 發表學術論文 0 件
研討會論文 3 件 發表研討會論文 3 件
SCI SSCI論文 0 件 發表SCI SSCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書 0 件
技術報告 0 件 完成技術報告 0 件
其他協助產業發
展之具體績效 新公司或衍生公司 0 家
設立新公司或衍生公司 (名
稱)
其他
註其他實際完成之研究成果及績效請於「其他」欄內補充填寫
表 C012A-4
壹計畫摘要
一中文摘要
本計畫提出設計一個居家無線感測網路監控平台包括開發 2 套居家監控 APP 與居家監控
閘道器在 APP 的部份開發出 2 套居家監控 APP 分別支援智慧型手機 Android 與 iOS 打造
出居家監控雙系統主要的目的在於監督者可透過目前市面上最流行的 Android 或 iOS 智慧
型手機以跨網監控的方式來監控居家無線感測網路另本計畫亦自行開發居家監控閘道器對
外連上網際網路走 Ethenet 的方式或經由 35G USB Dongle 連上 Internet或走 WIFI 的方式
連上 Internet並可對內連接家中的無線感測網路進行家中的感測器監控與家庭自動化的控
制諸如家電 ONOFF 控制與溫濕度或瓦斯人體紅外線之偵測最後可以進行連上雲端資料庫
儲存感測資訊與偵測到回常情形時發送緊急短簡訊與電子郵件來通報監督者的 Android 或
iOS 手機本計畫之最大功效可大幅的提供監督者的智慧型手機使用自由度並可連接 Home
Gateway 以達到跨網居家監控的功能主要應於家庭自動化控制與家庭無線感測網路監控
關鍵詞AndroidiOS 家庭閘道器家庭自動化控制與家庭無線感測網路
二英文摘要
In this project we want to develop two APPs for Android and iOS dual system The Home
gateway to monitor Home WSN and Home Automation The sensors can transports sensor data over a
wireless sensor netewok by relay method The wireless sensor nodes can sensor environment data
such as temperature light and gas and transport back to collector centor by its wireless capability
The two main issues of wireless sensor nodes is power consumption and communication distance
However these issues are solved by the technology improved
Due to many user use Anodroid and iOS System so we are support them to monitor home sensor
nodes in the wireless sensor netewok need be monitored we proposed a wireless sensor netewok
control centor to manage these sensor nodes This control centor is an embedded system We use
ARM 11 CPU develop the Home Gateway It can connect tree network such as wireless sensor
networks Internet and telecom for seamless monitor Our application is focus on home amp factory
automation gargen fishery and farm monitors
Key WordAndroidiOSHome GatewayHome Automation and Wireless Sensor Network
貳報告內容
一前言
本計畫設計一個 iOS + Android 智慧雲端居家監控雙系統主要的動機在於監督者置身在
戶外時可透過 iPhone 手機或 Android 手機以行動連網監控的方式來監控居家無線感測網路
(Wireless Sensor NetworkWSN)而居家監控 Gateway 亦可透過有線網際網路走 Internet 的方
式連上雲端資料庫或透過 USB 35G Dongle 連上電信網路的方式來與監督者的手機 APP(iOS
or Android)連線並進行連上雲端資料庫上傳監控感測資訊發送緊急短簡訊與電子郵件之功
能而不用監督者一直待在監控平台旁邊來進行監測工作本計畫之最大功效分別開發 iOS
與 Android 二套不同手機作業系統的居家監控 APP 軟體以大幅的滿足不同監督者所使用的
iPhone 手機或者 Android 手機之方便性即在任何有 Wi-Fi 網路或 35G 電信網路的地方皆可
監控居家無線感測網路以達到行動跨網監控的功能主要應於無線感測網路家庭自動化控
制家電開關與監控工廠監控與農漁業監控等領域由於本計畫所開發的居家監控 Gateway
亦提供有 35G 的上網功能可大幅提昇監控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置
能力為加強無線感測網路的跨網監控功能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用
手機或電腦便可監控無線感測網路由於本計畫所實現之雲端居家監控 Gateway在對外的網
路連接部份架設起有線 Ethernet 網路來連接 Internet 與無線 35G 網路來連接電信業者的網
路對內網路則是連接居家監控的 WSN 網路在居家監控 Gateway 之實作可分為硬體與軟
體兩大部份在硬體部份使用 Friendly ARM MINI6410 平台而在軟體部份執行 Android 40
作業系統並自行開發 WSN Monitor APP 程式該 APP 能同時裝在監控人員的 Android 手機
與居家監控 Gateway 上以進行居家無線感測網路監控
二研究目的
半導體產業是目前國家重點科技項目之一其中上游的IC設計可說是半導體產品的創意
源頭而各式各樣的需求應用不斷的推陳出新每間公司都需有自已的核心技術IP以提高產
品之競爭力由於本計畫所開發的居家監控Gateway亦提供有35G的上網功能可大幅提昇監
控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置能力為加強無線感測網路的跨網監控功
能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用手機或電腦便可監控無線感測網路由於
本計畫所實現之雲端居家監控Gateway在對外的網路連接部份架設起有線Ethernet網路來連
接 Internet與無線35G網路來連接電信業者的網路對內網路則是連接居家監控的WSN網路在
居家監控Gateway之實作可分為硬體與軟體兩大部份在硬體部份使用Friendly ARM MINI6410
平台而在軟體部份執行Android 40作業系統並自行開發WSN Monitor APP程式該APP能同
時裝在監控人員的Android手機與居家監控Gateway上以進行居家無線感測網路監控
本計畫所開發之Android 居家監控Gateway能連接對外網路與對內WSN網路而WSN網路
所使用之433MHz無線傳輸晶片可達無線傳輸200M之優勢可在農漁業家庭控制自動化與
監控系統發揮出無線感測與監控能力預估於後續無線感測網路技術將能帶動朝向與Google
EarthGoogle Map與Sensor Map等網路地理資訊軟體或與超商賣場大樓居家照護與交通
系統(諸如公車公車站與計程車)等能見度高之硬體結合的應用邁進亦即以有線網路技術為主
幹連接無線網路技術達到物與物相連之IOT精神使資訊服務達到可隨時隨地取得資訊以
衍生出多樣化可攜式服務功能
而合作計畫所研發出來的成果對系統監控設計廠商而言可省去研發的時間與成本使
得系統監控廠商可直接與本計畫所開發的Home Gateway與iOS + Android APP進行技術轉移
三文獻探討
由 H Song D K 等學者在 2005 年於 Proceedings of the second International Conference on
Mobile Computing and Ubiquitous Networking 所提出 「Sensor network management architecture」
的感測網路管理架構方法中在智慧行動監控的問題必頇克服例如在多裝置的監控支援並
且多支多人連線當遇到無線頻寛不足時它的無線感測封包效率會下降 60因此即時性的
無線感測傳輸資料就會發生問題本計劃針對這個問題提出結決方案並獲得實際驗證接著
列出執行本計畫之主要參考文獻如下
參考文獻
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叁研究方法
一主架構
本計畫之網路連線實作部分可分為無線感測網路35G 網路有線網際網路與雲端儲
存等 4 大區塊前面 3 個網路皆已經連接至無線監控平台接著詳細說明這 4 大區塊之主要
功能如下
(1)智慧型手機 Android + iOS 打造出監控雙系統主要的動機在於監督者可透過二款
目前市面上最流行的智慧型手機連接居家監控 Gateway 的監控畫面如圖 1 所示多款
Android 手機與 1 支 iPhone (iOS)同時連接到居家監控 Gateway 的實境同時取得溫度濕
度地震瓦斯與人體紅外線之感測資訊並且能控制家中的電燈與風扇 ONOFF
(2) 無線感測網路的部份用來接收各式感測器回傳回來的感測值分別為光感測
器人體紅外線感測器瓦斯感測器溫度感測器濕度感測器與地震感測器等數據
(3) 35G 電信網路的部份透過無線監控平台的 USB 埠連接上 USB 35G Modem
以連上電信業者的基地台並做為連上雲端資料庫與發送緊急簡訊與緊急 email 等 3 大功能
當監督者出門在外只要有隨身攜帶著手機當有緊急狀況發生時便能接收到 WSN 監控
平台偵測的異常狀況時之緊急通報的簡訊
(4)雲端儲存透過有線網際網路與 35G 電信網路連線方式可將無線感測網路部分
的感測值回傳至雲端資料庫做儲存以方便日後查詢之用使用者可在任何可上網的地方
利用網頁瀏覽器連結接到監控平台的 Web Server 並可依照日期查詢資料庫儲存資料以作為
參考的依據
圖 1 Android + iOS 連接居家監控 Gateway
綜合以上之說明可歸納本作可實現之功能如下
近端監控 1可監控無線感測遠端的溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線
近端監控 2在無線感測網路方面可從遠端接收感測器所偵測到的溫度顯示在無
線監控平台上 LCD 畫面並由 Android Application 呈現音樂緊急播報等近端監控
遠端監控 1
可透過電信網路來監控無線監控平台之無線感測網路監控端若有突發緊急事
件時則可透過電信網路發送短簡訊使身在戶外的監督者可即時收到緊急訊息
亦可達到遠端即時監控或由手機發簡訊控制監控平台
遠端監控 2
可透過有網頁瀏覽器經有線網際網路來監控無線監控平台為基礎之無線感測
網路監控端可監控溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線與控制監控平台
遠端監控 3
因手機為目前相當普及之通訊裝置且可隨使用者移動到任何地方（具移動
性）因此透過手機來監控 WSN[4]為本計畫的一大創意
遠端監控 4當 Android 監控系統偵測到異常時將可會拍照並夾帶文字訊息
檔到監督者的電子郵件中即可在監督者的電子郵件管理系統中收到當 Android
監控系統所發出的電子郵件
二本計畫 Home Gateway 監控平台軟體設計
本計畫在軟體方面實現以下 4 個部份
(1) 植入 Embedded Linux 作業系統[3]版本為 Kernel 30以此作業系統為
核心在上頭啟動 Android Framework 40 等二種版本皆可支援
(2) 開發 Home Gateway Android APK 應用程式結合無線感測網路[4]35G
網路有線 Ethernet 網路與 WIFI 網路的連線與斷線以不斷的接收來自無線感測節
點所回傳的感測值將感測值記錄下來並顯示在 Android APK 的應用程式上且
將感測資訊上傳至雲端資料庫作為結合緊急情況的手機短簡訊發報與 e-mail 通報
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
本產學合作計畫研發成果及績效達成情形自評表
成果項目 本產學合作計畫預估研究成果及績效指標
（作為本計畫後續管考之參據） 計畫達成情形
技術移轉 預計技轉授權 1 項 完成技轉授權 1 項
專利
國內 預估 1 件 提出申請 2 件獲得 0 件
國外 預估 0 件 提出申請 0 件獲得 0 件
人才培育
博士 0 人畢業任職於業界 0 人 博士 0 人畢業任職於業
界 0 人
碩士 1 人畢業任職於業界 1 人 碩士 1 人畢業任職於業
界 1 人
其他 人畢業任職於業界 人 其他 人畢業任職於業
界 人
論文著作
國內
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
研討會論文 2 件 發表研討會論文 2 件
SCI論文 0 件 發表SCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書 0 件
技術報告 1 件 完成技術報告 1 件
國外
期刊論文 0 件 發表期刊論文 0 件
學術論文 0 件 發表學術論文 0 件
研討會論文 3 件 發表研討會論文 3 件
SCI SSCI論文 0 件 發表SCI SSCI論文 0 件
專書 0 件 完成專書 0 件
技術報告 0 件 完成技術報告 0 件
其他協助產業發
展之具體績效 新公司或衍生公司 0 家
設立新公司或衍生公司 (名
稱)
其他
註其他實際完成之研究成果及績效請於「其他」欄內補充填寫
表 C012A-4
壹計畫摘要
一中文摘要
本計畫提出設計一個居家無線感測網路監控平台包括開發 2 套居家監控 APP 與居家監控
閘道器在 APP 的部份開發出 2 套居家監控 APP 分別支援智慧型手機 Android 與 iOS 打造
出居家監控雙系統主要的目的在於監督者可透過目前市面上最流行的 Android 或 iOS 智慧
型手機以跨網監控的方式來監控居家無線感測網路另本計畫亦自行開發居家監控閘道器對
外連上網際網路走 Ethenet 的方式或經由 35G USB Dongle 連上 Internet或走 WIFI 的方式
連上 Internet並可對內連接家中的無線感測網路進行家中的感測器監控與家庭自動化的控
制諸如家電 ONOFF 控制與溫濕度或瓦斯人體紅外線之偵測最後可以進行連上雲端資料庫
儲存感測資訊與偵測到回常情形時發送緊急短簡訊與電子郵件來通報監督者的 Android 或
iOS 手機本計畫之最大功效可大幅的提供監督者的智慧型手機使用自由度並可連接 Home
Gateway 以達到跨網居家監控的功能主要應於家庭自動化控制與家庭無線感測網路監控
關鍵詞AndroidiOS 家庭閘道器家庭自動化控制與家庭無線感測網路
二英文摘要
In this project we want to develop two APPs for Android and iOS dual system The Home
gateway to monitor Home WSN and Home Automation The sensors can transports sensor data over a
wireless sensor netewok by relay method The wireless sensor nodes can sensor environment data
such as temperature light and gas and transport back to collector centor by its wireless capability
The two main issues of wireless sensor nodes is power consumption and communication distance
However these issues are solved by the technology improved
Due to many user use Anodroid and iOS System so we are support them to monitor home sensor
nodes in the wireless sensor netewok need be monitored we proposed a wireless sensor netewok
control centor to manage these sensor nodes This control centor is an embedded system We use
ARM 11 CPU develop the Home Gateway It can connect tree network such as wireless sensor
networks Internet and telecom for seamless monitor Our application is focus on home amp factory
automation gargen fishery and farm monitors
Key WordAndroidiOSHome GatewayHome Automation and Wireless Sensor Network
貳報告內容
一前言
本計畫設計一個 iOS + Android 智慧雲端居家監控雙系統主要的動機在於監督者置身在
戶外時可透過 iPhone 手機或 Android 手機以行動連網監控的方式來監控居家無線感測網路
(Wireless Sensor NetworkWSN)而居家監控 Gateway 亦可透過有線網際網路走 Internet 的方
式連上雲端資料庫或透過 USB 35G Dongle 連上電信網路的方式來與監督者的手機 APP(iOS
or Android)連線並進行連上雲端資料庫上傳監控感測資訊發送緊急短簡訊與電子郵件之功
能而不用監督者一直待在監控平台旁邊來進行監測工作本計畫之最大功效分別開發 iOS
與 Android 二套不同手機作業系統的居家監控 APP 軟體以大幅的滿足不同監督者所使用的
iPhone 手機或者 Android 手機之方便性即在任何有 Wi-Fi 網路或 35G 電信網路的地方皆可
監控居家無線感測網路以達到行動跨網監控的功能主要應於無線感測網路家庭自動化控
制家電開關與監控工廠監控與農漁業監控等領域由於本計畫所開發的居家監控 Gateway
亦提供有 35G 的上網功能可大幅提昇監控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置
能力為加強無線感測網路的跨網監控功能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用
手機或電腦便可監控無線感測網路由於本計畫所實現之雲端居家監控 Gateway在對外的網
路連接部份架設起有線 Ethernet 網路來連接 Internet 與無線 35G 網路來連接電信業者的網
路對內網路則是連接居家監控的 WSN 網路在居家監控 Gateway 之實作可分為硬體與軟
體兩大部份在硬體部份使用 Friendly ARM MINI6410 平台而在軟體部份執行 Android 40
作業系統並自行開發 WSN Monitor APP 程式該 APP 能同時裝在監控人員的 Android 手機
與居家監控 Gateway 上以進行居家無線感測網路監控
二研究目的
半導體產業是目前國家重點科技項目之一其中上游的IC設計可說是半導體產品的創意
源頭而各式各樣的需求應用不斷的推陳出新每間公司都需有自已的核心技術IP以提高產
品之競爭力由於本計畫所開發的居家監控Gateway亦提供有35G的上網功能可大幅提昇監
控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置能力為加強無線感測網路的跨網監控功
能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用手機或電腦便可監控無線感測網路由於
本計畫所實現之雲端居家監控Gateway在對外的網路連接部份架設起有線Ethernet網路來連
接 Internet與無線35G網路來連接電信業者的網路對內網路則是連接居家監控的WSN網路在
居家監控Gateway之實作可分為硬體與軟體兩大部份在硬體部份使用Friendly ARM MINI6410
平台而在軟體部份執行Android 40作業系統並自行開發WSN Monitor APP程式該APP能同
時裝在監控人員的Android手機與居家監控Gateway上以進行居家無線感測網路監控
本計畫所開發之Android 居家監控Gateway能連接對外網路與對內WSN網路而WSN網路
所使用之433MHz無線傳輸晶片可達無線傳輸200M之優勢可在農漁業家庭控制自動化與
監控系統發揮出無線感測與監控能力預估於後續無線感測網路技術將能帶動朝向與Google
EarthGoogle Map與Sensor Map等網路地理資訊軟體或與超商賣場大樓居家照護與交通
系統(諸如公車公車站與計程車)等能見度高之硬體結合的應用邁進亦即以有線網路技術為主
幹連接無線網路技術達到物與物相連之IOT精神使資訊服務達到可隨時隨地取得資訊以
衍生出多樣化可攜式服務功能
而合作計畫所研發出來的成果對系統監控設計廠商而言可省去研發的時間與成本使
得系統監控廠商可直接與本計畫所開發的Home Gateway與iOS + Android APP進行技術轉移
三文獻探討
由 H Song D K 等學者在 2005 年於 Proceedings of the second International Conference on
Mobile Computing and Ubiquitous Networking 所提出 「Sensor network management architecture」
的感測網路管理架構方法中在智慧行動監控的問題必頇克服例如在多裝置的監控支援並
且多支多人連線當遇到無線頻寛不足時它的無線感測封包效率會下降 60因此即時性的
無線感測傳輸資料就會發生問題本計劃針對這個問題提出結決方案並獲得實際驗證接著
列出執行本計畫之主要參考文獻如下
參考文獻
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叁研究方法
一主架構
本計畫之網路連線實作部分可分為無線感測網路35G 網路有線網際網路與雲端儲
存等 4 大區塊前面 3 個網路皆已經連接至無線監控平台接著詳細說明這 4 大區塊之主要
功能如下
(1)智慧型手機 Android + iOS 打造出監控雙系統主要的動機在於監督者可透過二款
目前市面上最流行的智慧型手機連接居家監控 Gateway 的監控畫面如圖 1 所示多款
Android 手機與 1 支 iPhone (iOS)同時連接到居家監控 Gateway 的實境同時取得溫度濕
度地震瓦斯與人體紅外線之感測資訊並且能控制家中的電燈與風扇 ONOFF
(2) 無線感測網路的部份用來接收各式感測器回傳回來的感測值分別為光感測
器人體紅外線感測器瓦斯感測器溫度感測器濕度感測器與地震感測器等數據
(3) 35G 電信網路的部份透過無線監控平台的 USB 埠連接上 USB 35G Modem
以連上電信業者的基地台並做為連上雲端資料庫與發送緊急簡訊與緊急 email 等 3 大功能
當監督者出門在外只要有隨身攜帶著手機當有緊急狀況發生時便能接收到 WSN 監控
平台偵測的異常狀況時之緊急通報的簡訊
(4)雲端儲存透過有線網際網路與 35G 電信網路連線方式可將無線感測網路部分
的感測值回傳至雲端資料庫做儲存以方便日後查詢之用使用者可在任何可上網的地方
利用網頁瀏覽器連結接到監控平台的 Web Server 並可依照日期查詢資料庫儲存資料以作為
參考的依據
圖 1 Android + iOS 連接居家監控 Gateway
綜合以上之說明可歸納本作可實現之功能如下
近端監控 1可監控無線感測遠端的溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線
近端監控 2在無線感測網路方面可從遠端接收感測器所偵測到的溫度顯示在無
線監控平台上 LCD 畫面並由 Android Application 呈現音樂緊急播報等近端監控
遠端監控 1
可透過電信網路來監控無線監控平台之無線感測網路監控端若有突發緊急事
件時則可透過電信網路發送短簡訊使身在戶外的監督者可即時收到緊急訊息
亦可達到遠端即時監控或由手機發簡訊控制監控平台
遠端監控 2
可透過有網頁瀏覽器經有線網際網路來監控無線監控平台為基礎之無線感測
網路監控端可監控溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線與控制監控平台
遠端監控 3
因手機為目前相當普及之通訊裝置且可隨使用者移動到任何地方（具移動
性）因此透過手機來監控 WSN[4]為本計畫的一大創意
遠端監控 4當 Android 監控系統偵測到異常時將可會拍照並夾帶文字訊息
檔到監督者的電子郵件中即可在監督者的電子郵件管理系統中收到當 Android
監控系統所發出的電子郵件
二本計畫 Home Gateway 監控平台軟體設計
本計畫在軟體方面實現以下 4 個部份
(1) 植入 Embedded Linux 作業系統[3]版本為 Kernel 30以此作業系統為
核心在上頭啟動 Android Framework 40 等二種版本皆可支援
(2) 開發 Home Gateway Android APK 應用程式結合無線感測網路[4]35G
網路有線 Ethernet 網路與 WIFI 網路的連線與斷線以不斷的接收來自無線感測節
點所回傳的感測值將感測值記錄下來並顯示在 Android APK 的應用程式上且
將感測資訊上傳至雲端資料庫作為結合緊急情況的手機短簡訊發報與 e-mail 通報
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
壹計畫摘要
一中文摘要
本計畫提出設計一個居家無線感測網路監控平台包括開發 2 套居家監控 APP 與居家監控
閘道器在 APP 的部份開發出 2 套居家監控 APP 分別支援智慧型手機 Android 與 iOS 打造
出居家監控雙系統主要的目的在於監督者可透過目前市面上最流行的 Android 或 iOS 智慧
型手機以跨網監控的方式來監控居家無線感測網路另本計畫亦自行開發居家監控閘道器對
外連上網際網路走 Ethenet 的方式或經由 35G USB Dongle 連上 Internet或走 WIFI 的方式
連上 Internet並可對內連接家中的無線感測網路進行家中的感測器監控與家庭自動化的控
制諸如家電 ONOFF 控制與溫濕度或瓦斯人體紅外線之偵測最後可以進行連上雲端資料庫
儲存感測資訊與偵測到回常情形時發送緊急短簡訊與電子郵件來通報監督者的 Android 或
iOS 手機本計畫之最大功效可大幅的提供監督者的智慧型手機使用自由度並可連接 Home
Gateway 以達到跨網居家監控的功能主要應於家庭自動化控制與家庭無線感測網路監控
關鍵詞AndroidiOS 家庭閘道器家庭自動化控制與家庭無線感測網路
二英文摘要
In this project we want to develop two APPs for Android and iOS dual system The Home
gateway to monitor Home WSN and Home Automation The sensors can transports sensor data over a
wireless sensor netewok by relay method The wireless sensor nodes can sensor environment data
such as temperature light and gas and transport back to collector centor by its wireless capability
The two main issues of wireless sensor nodes is power consumption and communication distance
However these issues are solved by the technology improved
Due to many user use Anodroid and iOS System so we are support them to monitor home sensor
nodes in the wireless sensor netewok need be monitored we proposed a wireless sensor netewok
control centor to manage these sensor nodes This control centor is an embedded system We use
ARM 11 CPU develop the Home Gateway It can connect tree network such as wireless sensor
networks Internet and telecom for seamless monitor Our application is focus on home amp factory
automation gargen fishery and farm monitors
Key WordAndroidiOSHome GatewayHome Automation and Wireless Sensor Network
貳報告內容
一前言
本計畫設計一個 iOS + Android 智慧雲端居家監控雙系統主要的動機在於監督者置身在
戶外時可透過 iPhone 手機或 Android 手機以行動連網監控的方式來監控居家無線感測網路
(Wireless Sensor NetworkWSN)而居家監控 Gateway 亦可透過有線網際網路走 Internet 的方
式連上雲端資料庫或透過 USB 35G Dongle 連上電信網路的方式來與監督者的手機 APP(iOS
or Android)連線並進行連上雲端資料庫上傳監控感測資訊發送緊急短簡訊與電子郵件之功
能而不用監督者一直待在監控平台旁邊來進行監測工作本計畫之最大功效分別開發 iOS
與 Android 二套不同手機作業系統的居家監控 APP 軟體以大幅的滿足不同監督者所使用的
iPhone 手機或者 Android 手機之方便性即在任何有 Wi-Fi 網路或 35G 電信網路的地方皆可
監控居家無線感測網路以達到行動跨網監控的功能主要應於無線感測網路家庭自動化控
制家電開關與監控工廠監控與農漁業監控等領域由於本計畫所開發的居家監控 Gateway
亦提供有 35G 的上網功能可大幅提昇監控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置
能力為加強無線感測網路的跨網監控功能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用
手機或電腦便可監控無線感測網路由於本計畫所實現之雲端居家監控 Gateway在對外的網
路連接部份架設起有線 Ethernet 網路來連接 Internet 與無線 35G 網路來連接電信業者的網
路對內網路則是連接居家監控的 WSN 網路在居家監控 Gateway 之實作可分為硬體與軟
體兩大部份在硬體部份使用 Friendly ARM MINI6410 平台而在軟體部份執行 Android 40
作業系統並自行開發 WSN Monitor APP 程式該 APP 能同時裝在監控人員的 Android 手機
與居家監控 Gateway 上以進行居家無線感測網路監控
二研究目的
半導體產業是目前國家重點科技項目之一其中上游的IC設計可說是半導體產品的創意
源頭而各式各樣的需求應用不斷的推陳出新每間公司都需有自已的核心技術IP以提高產
品之競爭力由於本計畫所開發的居家監控Gateway亦提供有35G的上網功能可大幅提昇監
控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置能力為加強無線感測網路的跨網監控功
能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用手機或電腦便可監控無線感測網路由於
本計畫所實現之雲端居家監控Gateway在對外的網路連接部份架設起有線Ethernet網路來連
接 Internet與無線35G網路來連接電信業者的網路對內網路則是連接居家監控的WSN網路在
居家監控Gateway之實作可分為硬體與軟體兩大部份在硬體部份使用Friendly ARM MINI6410
平台而在軟體部份執行Android 40作業系統並自行開發WSN Monitor APP程式該APP能同
時裝在監控人員的Android手機與居家監控Gateway上以進行居家無線感測網路監控
本計畫所開發之Android 居家監控Gateway能連接對外網路與對內WSN網路而WSN網路
所使用之433MHz無線傳輸晶片可達無線傳輸200M之優勢可在農漁業家庭控制自動化與
監控系統發揮出無線感測與監控能力預估於後續無線感測網路技術將能帶動朝向與Google
EarthGoogle Map與Sensor Map等網路地理資訊軟體或與超商賣場大樓居家照護與交通
系統(諸如公車公車站與計程車)等能見度高之硬體結合的應用邁進亦即以有線網路技術為主
幹連接無線網路技術達到物與物相連之IOT精神使資訊服務達到可隨時隨地取得資訊以
衍生出多樣化可攜式服務功能
而合作計畫所研發出來的成果對系統監控設計廠商而言可省去研發的時間與成本使
得系統監控廠商可直接與本計畫所開發的Home Gateway與iOS + Android APP進行技術轉移
三文獻探討
由 H Song D K 等學者在 2005 年於 Proceedings of the second International Conference on
Mobile Computing and Ubiquitous Networking 所提出 「Sensor network management architecture」
的感測網路管理架構方法中在智慧行動監控的問題必頇克服例如在多裝置的監控支援並
且多支多人連線當遇到無線頻寛不足時它的無線感測封包效率會下降 60因此即時性的
無線感測傳輸資料就會發生問題本計劃針對這個問題提出結決方案並獲得實際驗證接著
列出執行本計畫之主要參考文獻如下
參考文獻
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世興 著 全華圖書
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[17] Web 應用程序--CGI 到 Web 三層系統 高敬[譯] 科學出版社
叁研究方法
一主架構
本計畫之網路連線實作部分可分為無線感測網路35G 網路有線網際網路與雲端儲
存等 4 大區塊前面 3 個網路皆已經連接至無線監控平台接著詳細說明這 4 大區塊之主要
功能如下
(1)智慧型手機 Android + iOS 打造出監控雙系統主要的動機在於監督者可透過二款
目前市面上最流行的智慧型手機連接居家監控 Gateway 的監控畫面如圖 1 所示多款
Android 手機與 1 支 iPhone (iOS)同時連接到居家監控 Gateway 的實境同時取得溫度濕
度地震瓦斯與人體紅外線之感測資訊並且能控制家中的電燈與風扇 ONOFF
(2) 無線感測網路的部份用來接收各式感測器回傳回來的感測值分別為光感測
器人體紅外線感測器瓦斯感測器溫度感測器濕度感測器與地震感測器等數據
(3) 35G 電信網路的部份透過無線監控平台的 USB 埠連接上 USB 35G Modem
以連上電信業者的基地台並做為連上雲端資料庫與發送緊急簡訊與緊急 email 等 3 大功能
當監督者出門在外只要有隨身攜帶著手機當有緊急狀況發生時便能接收到 WSN 監控
平台偵測的異常狀況時之緊急通報的簡訊
(4)雲端儲存透過有線網際網路與 35G 電信網路連線方式可將無線感測網路部分
的感測值回傳至雲端資料庫做儲存以方便日後查詢之用使用者可在任何可上網的地方
利用網頁瀏覽器連結接到監控平台的 Web Server 並可依照日期查詢資料庫儲存資料以作為
參考的依據
圖 1 Android + iOS 連接居家監控 Gateway
綜合以上之說明可歸納本作可實現之功能如下
近端監控 1可監控無線感測遠端的溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線
近端監控 2在無線感測網路方面可從遠端接收感測器所偵測到的溫度顯示在無
線監控平台上 LCD 畫面並由 Android Application 呈現音樂緊急播報等近端監控
遠端監控 1
可透過電信網路來監控無線監控平台之無線感測網路監控端若有突發緊急事
件時則可透過電信網路發送短簡訊使身在戶外的監督者可即時收到緊急訊息
亦可達到遠端即時監控或由手機發簡訊控制監控平台
遠端監控 2
可透過有網頁瀏覽器經有線網際網路來監控無線監控平台為基礎之無線感測
網路監控端可監控溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線與控制監控平台
遠端監控 3
因手機為目前相當普及之通訊裝置且可隨使用者移動到任何地方（具移動
性）因此透過手機來監控 WSN[4]為本計畫的一大創意
遠端監控 4當 Android 監控系統偵測到異常時將可會拍照並夾帶文字訊息
檔到監督者的電子郵件中即可在監督者的電子郵件管理系統中收到當 Android
監控系統所發出的電子郵件
二本計畫 Home Gateway 監控平台軟體設計
本計畫在軟體方面實現以下 4 個部份
(1) 植入 Embedded Linux 作業系統[3]版本為 Kernel 30以此作業系統為
核心在上頭啟動 Android Framework 40 等二種版本皆可支援
(2) 開發 Home Gateway Android APK 應用程式結合無線感測網路[4]35G
網路有線 Ethernet 網路與 WIFI 網路的連線與斷線以不斷的接收來自無線感測節
點所回傳的感測值將感測值記錄下來並顯示在 Android APK 的應用程式上且
將感測資訊上傳至雲端資料庫作為結合緊急情況的手機短簡訊發報與 e-mail 通報
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
二英文摘要
In this project we want to develop two APPs for Android and iOS dual system The Home
gateway to monitor Home WSN and Home Automation The sensors can transports sensor data over a
wireless sensor netewok by relay method The wireless sensor nodes can sensor environment data
such as temperature light and gas and transport back to collector centor by its wireless capability
The two main issues of wireless sensor nodes is power consumption and communication distance
However these issues are solved by the technology improved
Due to many user use Anodroid and iOS System so we are support them to monitor home sensor
nodes in the wireless sensor netewok need be monitored we proposed a wireless sensor netewok
control centor to manage these sensor nodes This control centor is an embedded system We use
ARM 11 CPU develop the Home Gateway It can connect tree network such as wireless sensor
networks Internet and telecom for seamless monitor Our application is focus on home amp factory
automation gargen fishery and farm monitors
Key WordAndroidiOSHome GatewayHome Automation and Wireless Sensor Network
貳報告內容
一前言
本計畫設計一個 iOS + Android 智慧雲端居家監控雙系統主要的動機在於監督者置身在
戶外時可透過 iPhone 手機或 Android 手機以行動連網監控的方式來監控居家無線感測網路
(Wireless Sensor NetworkWSN)而居家監控 Gateway 亦可透過有線網際網路走 Internet 的方
式連上雲端資料庫或透過 USB 35G Dongle 連上電信網路的方式來與監督者的手機 APP(iOS
or Android)連線並進行連上雲端資料庫上傳監控感測資訊發送緊急短簡訊與電子郵件之功
能而不用監督者一直待在監控平台旁邊來進行監測工作本計畫之最大功效分別開發 iOS
與 Android 二套不同手機作業系統的居家監控 APP 軟體以大幅的滿足不同監督者所使用的
iPhone 手機或者 Android 手機之方便性即在任何有 Wi-Fi 網路或 35G 電信網路的地方皆可
監控居家無線感測網路以達到行動跨網監控的功能主要應於無線感測網路家庭自動化控
制家電開關與監控工廠監控與農漁業監控等領域由於本計畫所開發的居家監控 Gateway
亦提供有 35G 的上網功能可大幅提昇監控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置
能力為加強無線感測網路的跨網監控功能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用
手機或電腦便可監控無線感測網路由於本計畫所實現之雲端居家監控 Gateway在對外的網
路連接部份架設起有線 Ethernet 網路來連接 Internet 與無線 35G 網路來連接電信業者的網
路對內網路則是連接居家監控的 WSN 網路在居家監控 Gateway 之實作可分為硬體與軟
體兩大部份在硬體部份使用 Friendly ARM MINI6410 平台而在軟體部份執行 Android 40
作業系統並自行開發 WSN Monitor APP 程式該 APP 能同時裝在監控人員的 Android 手機
與居家監控 Gateway 上以進行居家無線感測網路監控
二研究目的
半導體產業是目前國家重點科技項目之一其中上游的IC設計可說是半導體產品的創意
源頭而各式各樣的需求應用不斷的推陳出新每間公司都需有自已的核心技術IP以提高產
品之競爭力由於本計畫所開發的居家監控Gateway亦提供有35G的上網功能可大幅提昇監
控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置能力為加強無線感測網路的跨網監控功
能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用手機或電腦便可監控無線感測網路由於
本計畫所實現之雲端居家監控Gateway在對外的網路連接部份架設起有線Ethernet網路來連
接 Internet與無線35G網路來連接電信業者的網路對內網路則是連接居家監控的WSN網路在
居家監控Gateway之實作可分為硬體與軟體兩大部份在硬體部份使用Friendly ARM MINI6410
平台而在軟體部份執行Android 40作業系統並自行開發WSN Monitor APP程式該APP能同
時裝在監控人員的Android手機與居家監控Gateway上以進行居家無線感測網路監控
本計畫所開發之Android 居家監控Gateway能連接對外網路與對內WSN網路而WSN網路
所使用之433MHz無線傳輸晶片可達無線傳輸200M之優勢可在農漁業家庭控制自動化與
監控系統發揮出無線感測與監控能力預估於後續無線感測網路技術將能帶動朝向與Google
EarthGoogle Map與Sensor Map等網路地理資訊軟體或與超商賣場大樓居家照護與交通
系統(諸如公車公車站與計程車)等能見度高之硬體結合的應用邁進亦即以有線網路技術為主
幹連接無線網路技術達到物與物相連之IOT精神使資訊服務達到可隨時隨地取得資訊以
衍生出多樣化可攜式服務功能
而合作計畫所研發出來的成果對系統監控設計廠商而言可省去研發的時間與成本使
得系統監控廠商可直接與本計畫所開發的Home Gateway與iOS + Android APP進行技術轉移
三文獻探討
由 H Song D K 等學者在 2005 年於 Proceedings of the second International Conference on
Mobile Computing and Ubiquitous Networking 所提出 「Sensor network management architecture」
的感測網路管理架構方法中在智慧行動監控的問題必頇克服例如在多裝置的監控支援並
且多支多人連線當遇到無線頻寛不足時它的無線感測封包效率會下降 60因此即時性的
無線感測傳輸資料就會發生問題本計劃針對這個問題提出結決方案並獲得實際驗證接著
列出執行本計畫之主要參考文獻如下
參考文獻
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[13] App 程式設計入門iPhoneiPad(第二版)作者彼得潘 出版社松崗
[14] 掌握 iPhone SDK 程式開發技巧 羅友志 譯 上奇圖書
[15] 輕鬆搞定 Google 雲端技術 MapsAndroidApp EngineCloudSQL 與電子商務 API 實例 陳
世興 著 全華圖書
[16] MySQL+PHP 資料庫網頁程式設計實例入門作者西澤夢路出版社博碩
[17] Web 應用程序--CGI 到 Web 三層系統 高敬[譯] 科學出版社
叁研究方法
一主架構
本計畫之網路連線實作部分可分為無線感測網路35G 網路有線網際網路與雲端儲
存等 4 大區塊前面 3 個網路皆已經連接至無線監控平台接著詳細說明這 4 大區塊之主要
功能如下
(1)智慧型手機 Android + iOS 打造出監控雙系統主要的動機在於監督者可透過二款
目前市面上最流行的智慧型手機連接居家監控 Gateway 的監控畫面如圖 1 所示多款
Android 手機與 1 支 iPhone (iOS)同時連接到居家監控 Gateway 的實境同時取得溫度濕
度地震瓦斯與人體紅外線之感測資訊並且能控制家中的電燈與風扇 ONOFF
(2) 無線感測網路的部份用來接收各式感測器回傳回來的感測值分別為光感測
器人體紅外線感測器瓦斯感測器溫度感測器濕度感測器與地震感測器等數據
(3) 35G 電信網路的部份透過無線監控平台的 USB 埠連接上 USB 35G Modem
以連上電信業者的基地台並做為連上雲端資料庫與發送緊急簡訊與緊急 email 等 3 大功能
當監督者出門在外只要有隨身攜帶著手機當有緊急狀況發生時便能接收到 WSN 監控
平台偵測的異常狀況時之緊急通報的簡訊
(4)雲端儲存透過有線網際網路與 35G 電信網路連線方式可將無線感測網路部分
的感測值回傳至雲端資料庫做儲存以方便日後查詢之用使用者可在任何可上網的地方
利用網頁瀏覽器連結接到監控平台的 Web Server 並可依照日期查詢資料庫儲存資料以作為
參考的依據
圖 1 Android + iOS 連接居家監控 Gateway
綜合以上之說明可歸納本作可實現之功能如下
近端監控 1可監控無線感測遠端的溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線
近端監控 2在無線感測網路方面可從遠端接收感測器所偵測到的溫度顯示在無
線監控平台上 LCD 畫面並由 Android Application 呈現音樂緊急播報等近端監控
遠端監控 1
可透過電信網路來監控無線監控平台之無線感測網路監控端若有突發緊急事
件時則可透過電信網路發送短簡訊使身在戶外的監督者可即時收到緊急訊息
亦可達到遠端即時監控或由手機發簡訊控制監控平台
遠端監控 2
可透過有網頁瀏覽器經有線網際網路來監控無線監控平台為基礎之無線感測
網路監控端可監控溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線與控制監控平台
遠端監控 3
因手機為目前相當普及之通訊裝置且可隨使用者移動到任何地方（具移動
性）因此透過手機來監控 WSN[4]為本計畫的一大創意
遠端監控 4當 Android 監控系統偵測到異常時將可會拍照並夾帶文字訊息
檔到監督者的電子郵件中即可在監督者的電子郵件管理系統中收到當 Android
監控系統所發出的電子郵件
二本計畫 Home Gateway 監控平台軟體設計
本計畫在軟體方面實現以下 4 個部份
(1) 植入 Embedded Linux 作業系統[3]版本為 Kernel 30以此作業系統為
核心在上頭啟動 Android Framework 40 等二種版本皆可支援
(2) 開發 Home Gateway Android APK 應用程式結合無線感測網路[4]35G
網路有線 Ethernet 網路與 WIFI 網路的連線與斷線以不斷的接收來自無線感測節
點所回傳的感測值將感測值記錄下來並顯示在 Android APK 的應用程式上且
將感測資訊上傳至雲端資料庫作為結合緊急情況的手機短簡訊發報與 e-mail 通報
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
貳報告內容
一前言
本計畫設計一個 iOS + Android 智慧雲端居家監控雙系統主要的動機在於監督者置身在
戶外時可透過 iPhone 手機或 Android 手機以行動連網監控的方式來監控居家無線感測網路
(Wireless Sensor NetworkWSN)而居家監控 Gateway 亦可透過有線網際網路走 Internet 的方
式連上雲端資料庫或透過 USB 35G Dongle 連上電信網路的方式來與監督者的手機 APP(iOS
or Android)連線並進行連上雲端資料庫上傳監控感測資訊發送緊急短簡訊與電子郵件之功
能而不用監督者一直待在監控平台旁邊來進行監測工作本計畫之最大功效分別開發 iOS
與 Android 二套不同手機作業系統的居家監控 APP 軟體以大幅的滿足不同監督者所使用的
iPhone 手機或者 Android 手機之方便性即在任何有 Wi-Fi 網路或 35G 電信網路的地方皆可
監控居家無線感測網路以達到行動跨網監控的功能主要應於無線感測網路家庭自動化控
制家電開關與監控工廠監控與農漁業監控等領域由於本計畫所開發的居家監控 Gateway
亦提供有 35G 的上網功能可大幅提昇監控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置
能力為加強無線感測網路的跨網監控功能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用
手機或電腦便可監控無線感測網路由於本計畫所實現之雲端居家監控 Gateway在對外的網
路連接部份架設起有線 Ethernet 網路來連接 Internet 與無線 35G 網路來連接電信業者的網
路對內網路則是連接居家監控的 WSN 網路在居家監控 Gateway 之實作可分為硬體與軟
體兩大部份在硬體部份使用 Friendly ARM MINI6410 平台而在軟體部份執行 Android 40
作業系統並自行開發 WSN Monitor APP 程式該 APP 能同時裝在監控人員的 Android 手機
與居家監控 Gateway 上以進行居家無線感測網路監控
二研究目的
半導體產業是目前國家重點科技項目之一其中上游的IC設計可說是半導體產品的創意
源頭而各式各樣的需求應用不斷的推陳出新每間公司都需有自已的核心技術IP以提高產
品之競爭力由於本計畫所開發的居家監控Gateway亦提供有35G的上網功能可大幅提昇監
控平台在空曠地區或有線網路無法到達地方的建置能力為加強無線感測網路的跨網監控功
能以實現監控人員不在無線感測網路內只要使用手機或電腦便可監控無線感測網路由於
本計畫所實現之雲端居家監控Gateway在對外的網路連接部份架設起有線Ethernet網路來連
接 Internet與無線35G網路來連接電信業者的網路對內網路則是連接居家監控的WSN網路在
居家監控Gateway之實作可分為硬體與軟體兩大部份在硬體部份使用Friendly ARM MINI6410
平台而在軟體部份執行Android 40作業系統並自行開發WSN Monitor APP程式該APP能同
時裝在監控人員的Android手機與居家監控Gateway上以進行居家無線感測網路監控
本計畫所開發之Android 居家監控Gateway能連接對外網路與對內WSN網路而WSN網路
所使用之433MHz無線傳輸晶片可達無線傳輸200M之優勢可在農漁業家庭控制自動化與
監控系統發揮出無線感測與監控能力預估於後續無線感測網路技術將能帶動朝向與Google
EarthGoogle Map與Sensor Map等網路地理資訊軟體或與超商賣場大樓居家照護與交通
系統(諸如公車公車站與計程車)等能見度高之硬體結合的應用邁進亦即以有線網路技術為主
幹連接無線網路技術達到物與物相連之IOT精神使資訊服務達到可隨時隨地取得資訊以
衍生出多樣化可攜式服務功能
而合作計畫所研發出來的成果對系統監控設計廠商而言可省去研發的時間與成本使
得系統監控廠商可直接與本計畫所開發的Home Gateway與iOS + Android APP進行技術轉移
三文獻探討
由 H Song D K 等學者在 2005 年於 Proceedings of the second International Conference on
Mobile Computing and Ubiquitous Networking 所提出 「Sensor network management architecture」
的感測網路管理架構方法中在智慧行動監控的問題必頇克服例如在多裝置的監控支援並
且多支多人連線當遇到無線頻寛不足時它的無線感測封包效率會下降 60因此即時性的
無線感測傳輸資料就會發生問題本計劃針對這個問題提出結決方案並獲得實際驗證接著
列出執行本計畫之主要參考文獻如下
參考文獻
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[13] App 程式設計入門iPhoneiPad(第二版)作者彼得潘 出版社松崗
[14] 掌握 iPhone SDK 程式開發技巧 羅友志 譯 上奇圖書
[15] 輕鬆搞定 Google 雲端技術 MapsAndroidApp EngineCloudSQL 與電子商務 API 實例 陳
世興 著 全華圖書
[16] MySQL+PHP 資料庫網頁程式設計實例入門作者西澤夢路出版社博碩
[17] Web 應用程序--CGI 到 Web 三層系統 高敬[譯] 科學出版社
叁研究方法
一主架構
本計畫之網路連線實作部分可分為無線感測網路35G 網路有線網際網路與雲端儲
存等 4 大區塊前面 3 個網路皆已經連接至無線監控平台接著詳細說明這 4 大區塊之主要
功能如下
(1)智慧型手機 Android + iOS 打造出監控雙系統主要的動機在於監督者可透過二款
目前市面上最流行的智慧型手機連接居家監控 Gateway 的監控畫面如圖 1 所示多款
Android 手機與 1 支 iPhone (iOS)同時連接到居家監控 Gateway 的實境同時取得溫度濕
度地震瓦斯與人體紅外線之感測資訊並且能控制家中的電燈與風扇 ONOFF
(2) 無線感測網路的部份用來接收各式感測器回傳回來的感測值分別為光感測
器人體紅外線感測器瓦斯感測器溫度感測器濕度感測器與地震感測器等數據
(3) 35G 電信網路的部份透過無線監控平台的 USB 埠連接上 USB 35G Modem
以連上電信業者的基地台並做為連上雲端資料庫與發送緊急簡訊與緊急 email 等 3 大功能
當監督者出門在外只要有隨身攜帶著手機當有緊急狀況發生時便能接收到 WSN 監控
平台偵測的異常狀況時之緊急通報的簡訊
(4)雲端儲存透過有線網際網路與 35G 電信網路連線方式可將無線感測網路部分
的感測值回傳至雲端資料庫做儲存以方便日後查詢之用使用者可在任何可上網的地方
利用網頁瀏覽器連結接到監控平台的 Web Server 並可依照日期查詢資料庫儲存資料以作為
參考的依據
圖 1 Android + iOS 連接居家監控 Gateway
綜合以上之說明可歸納本作可實現之功能如下
近端監控 1可監控無線感測遠端的溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線
近端監控 2在無線感測網路方面可從遠端接收感測器所偵測到的溫度顯示在無
線監控平台上 LCD 畫面並由 Android Application 呈現音樂緊急播報等近端監控
遠端監控 1
可透過電信網路來監控無線監控平台之無線感測網路監控端若有突發緊急事
件時則可透過電信網路發送短簡訊使身在戶外的監督者可即時收到緊急訊息
亦可達到遠端即時監控或由手機發簡訊控制監控平台
遠端監控 2
可透過有網頁瀏覽器經有線網際網路來監控無線監控平台為基礎之無線感測
網路監控端可監控溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線與控制監控平台
遠端監控 3
因手機為目前相當普及之通訊裝置且可隨使用者移動到任何地方（具移動
性）因此透過手機來監控 WSN[4]為本計畫的一大創意
遠端監控 4當 Android 監控系統偵測到異常時將可會拍照並夾帶文字訊息
檔到監督者的電子郵件中即可在監督者的電子郵件管理系統中收到當 Android
監控系統所發出的電子郵件
二本計畫 Home Gateway 監控平台軟體設計
本計畫在軟體方面實現以下 4 個部份
(1) 植入 Embedded Linux 作業系統[3]版本為 Kernel 30以此作業系統為
核心在上頭啟動 Android Framework 40 等二種版本皆可支援
(2) 開發 Home Gateway Android APK 應用程式結合無線感測網路[4]35G
網路有線 Ethernet 網路與 WIFI 網路的連線與斷線以不斷的接收來自無線感測節
點所回傳的感測值將感測值記錄下來並顯示在 Android APK 的應用程式上且
將感測資訊上傳至雲端資料庫作為結合緊急情況的手機短簡訊發報與 e-mail 通報
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
居家監控Gateway之實作可分為硬體與軟體兩大部份在硬體部份使用Friendly ARM MINI6410
平台而在軟體部份執行Android 40作業系統並自行開發WSN Monitor APP程式該APP能同
時裝在監控人員的Android手機與居家監控Gateway上以進行居家無線感測網路監控
本計畫所開發之Android 居家監控Gateway能連接對外網路與對內WSN網路而WSN網路
所使用之433MHz無線傳輸晶片可達無線傳輸200M之優勢可在農漁業家庭控制自動化與
監控系統發揮出無線感測與監控能力預估於後續無線感測網路技術將能帶動朝向與Google
EarthGoogle Map與Sensor Map等網路地理資訊軟體或與超商賣場大樓居家照護與交通
系統(諸如公車公車站與計程車)等能見度高之硬體結合的應用邁進亦即以有線網路技術為主
幹連接無線網路技術達到物與物相連之IOT精神使資訊服務達到可隨時隨地取得資訊以
衍生出多樣化可攜式服務功能
而合作計畫所研發出來的成果對系統監控設計廠商而言可省去研發的時間與成本使
得系統監控廠商可直接與本計畫所開發的Home Gateway與iOS + Android APP進行技術轉移
三文獻探討
由 H Song D K 等學者在 2005 年於 Proceedings of the second International Conference on
Mobile Computing and Ubiquitous Networking 所提出 「Sensor network management architecture」
的感測網路管理架構方法中在智慧行動監控的問題必頇克服例如在多裝置的監控支援並
且多支多人連線當遇到無線頻寛不足時它的無線感測封包效率會下降 60因此即時性的
無線感測傳輸資料就會發生問題本計劃針對這個問題提出結決方案並獲得實際驗證接著
列出執行本計畫之主要參考文獻如下
參考文獻
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Conference on Mobile Computing and Ubiquitous Networking pp 85ndash92 2005
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CSSE-06-001 2006 N Ramanathan K Chang R Kapur L Gir Kohler ldquoSympathy for the sensor
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studyrdquo Proceedings of the 4th International Conference on Information Processing in Sensor
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[10] Android 系統移植與開發測詴 梁泉韓超 著 博碩文化
[11] Android 4X 手機平板電腦程式設計入門應用到精通(第二版--適用 Android 1X~4X) 作
者孫宏明 出版社碁峰
[12] iOS 6 程式設計實戰 136 個快速上手的開發技巧 朱克剛 著 碁峰圖書
[13] App 程式設計入門iPhoneiPad(第二版)作者彼得潘 出版社松崗
[14] 掌握 iPhone SDK 程式開發技巧 羅友志 譯 上奇圖書
[15] 輕鬆搞定 Google 雲端技術 MapsAndroidApp EngineCloudSQL 與電子商務 API 實例 陳
世興 著 全華圖書
[16] MySQL+PHP 資料庫網頁程式設計實例入門作者西澤夢路出版社博碩
[17] Web 應用程序--CGI 到 Web 三層系統 高敬[譯] 科學出版社
叁研究方法
一主架構
本計畫之網路連線實作部分可分為無線感測網路35G 網路有線網際網路與雲端儲
存等 4 大區塊前面 3 個網路皆已經連接至無線監控平台接著詳細說明這 4 大區塊之主要
功能如下
(1)智慧型手機 Android + iOS 打造出監控雙系統主要的動機在於監督者可透過二款
目前市面上最流行的智慧型手機連接居家監控 Gateway 的監控畫面如圖 1 所示多款
Android 手機與 1 支 iPhone (iOS)同時連接到居家監控 Gateway 的實境同時取得溫度濕
度地震瓦斯與人體紅外線之感測資訊並且能控制家中的電燈與風扇 ONOFF
(2) 無線感測網路的部份用來接收各式感測器回傳回來的感測值分別為光感測
器人體紅外線感測器瓦斯感測器溫度感測器濕度感測器與地震感測器等數據
(3) 35G 電信網路的部份透過無線監控平台的 USB 埠連接上 USB 35G Modem
以連上電信業者的基地台並做為連上雲端資料庫與發送緊急簡訊與緊急 email 等 3 大功能
當監督者出門在外只要有隨身攜帶著手機當有緊急狀況發生時便能接收到 WSN 監控
平台偵測的異常狀況時之緊急通報的簡訊
(4)雲端儲存透過有線網際網路與 35G 電信網路連線方式可將無線感測網路部分
的感測值回傳至雲端資料庫做儲存以方便日後查詢之用使用者可在任何可上網的地方
利用網頁瀏覽器連結接到監控平台的 Web Server 並可依照日期查詢資料庫儲存資料以作為
參考的依據
圖 1 Android + iOS 連接居家監控 Gateway
綜合以上之說明可歸納本作可實現之功能如下
近端監控 1可監控無線感測遠端的溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線
近端監控 2在無線感測網路方面可從遠端接收感測器所偵測到的溫度顯示在無
線監控平台上 LCD 畫面並由 Android Application 呈現音樂緊急播報等近端監控
遠端監控 1
可透過電信網路來監控無線監控平台之無線感測網路監控端若有突發緊急事
件時則可透過電信網路發送短簡訊使身在戶外的監督者可即時收到緊急訊息
亦可達到遠端即時監控或由手機發簡訊控制監控平台
遠端監控 2
可透過有網頁瀏覽器經有線網際網路來監控無線監控平台為基礎之無線感測
網路監控端可監控溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線與控制監控平台
遠端監控 3
因手機為目前相當普及之通訊裝置且可隨使用者移動到任何地方（具移動
性）因此透過手機來監控 WSN[4]為本計畫的一大創意
遠端監控 4當 Android 監控系統偵測到異常時將可會拍照並夾帶文字訊息
檔到監督者的電子郵件中即可在監督者的電子郵件管理系統中收到當 Android
監控系統所發出的電子郵件
二本計畫 Home Gateway 監控平台軟體設計
本計畫在軟體方面實現以下 4 個部份
(1) 植入 Embedded Linux 作業系統[3]版本為 Kernel 30以此作業系統為
核心在上頭啟動 Android Framework 40 等二種版本皆可支援
(2) 開發 Home Gateway Android APK 應用程式結合無線感測網路[4]35G
網路有線 Ethernet 網路與 WIFI 網路的連線與斷線以不斷的接收來自無線感測節
點所回傳的感測值將感測值記錄下來並顯示在 Android APK 的應用程式上且
將感測資訊上傳至雲端資料庫作為結合緊急情況的手機短簡訊發報與 e-mail 通報
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
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[10] Android 系統移植與開發測詴 梁泉韓超 著 博碩文化
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者孫宏明 出版社碁峰
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功能如下
(1)智慧型手機 Android + iOS 打造出監控雙系統主要的動機在於監督者可透過二款
目前市面上最流行的智慧型手機連接居家監控 Gateway 的監控畫面如圖 1 所示多款
Android 手機與 1 支 iPhone (iOS)同時連接到居家監控 Gateway 的實境同時取得溫度濕
度地震瓦斯與人體紅外線之感測資訊並且能控制家中的電燈與風扇 ONOFF
(2) 無線感測網路的部份用來接收各式感測器回傳回來的感測值分別為光感測
器人體紅外線感測器瓦斯感測器溫度感測器濕度感測器與地震感測器等數據
(3) 35G 電信網路的部份透過無線監控平台的 USB 埠連接上 USB 35G Modem
以連上電信業者的基地台並做為連上雲端資料庫與發送緊急簡訊與緊急 email 等 3 大功能
當監督者出門在外只要有隨身攜帶著手機當有緊急狀況發生時便能接收到 WSN 監控
平台偵測的異常狀況時之緊急通報的簡訊
(4)雲端儲存透過有線網際網路與 35G 電信網路連線方式可將無線感測網路部分
的感測值回傳至雲端資料庫做儲存以方便日後查詢之用使用者可在任何可上網的地方
利用網頁瀏覽器連結接到監控平台的 Web Server 並可依照日期查詢資料庫儲存資料以作為
參考的依據
圖 1 Android + iOS 連接居家監控 Gateway
綜合以上之說明可歸納本作可實現之功能如下
近端監控 1可監控無線感測遠端的溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線
近端監控 2在無線感測網路方面可從遠端接收感測器所偵測到的溫度顯示在無
線監控平台上 LCD 畫面並由 Android Application 呈現音樂緊急播報等近端監控
遠端監控 1
可透過電信網路來監控無線監控平台之無線感測網路監控端若有突發緊急事
件時則可透過電信網路發送短簡訊使身在戶外的監督者可即時收到緊急訊息
亦可達到遠端即時監控或由手機發簡訊控制監控平台
遠端監控 2
可透過有網頁瀏覽器經有線網際網路來監控無線監控平台為基礎之無線感測
網路監控端可監控溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線與控制監控平台
遠端監控 3
因手機為目前相當普及之通訊裝置且可隨使用者移動到任何地方（具移動
性）因此透過手機來監控 WSN[4]為本計畫的一大創意
遠端監控 4當 Android 監控系統偵測到異常時將可會拍照並夾帶文字訊息
檔到監督者的電子郵件中即可在監督者的電子郵件管理系統中收到當 Android
監控系統所發出的電子郵件
二本計畫 Home Gateway 監控平台軟體設計
本計畫在軟體方面實現以下 4 個部份
(1) 植入 Embedded Linux 作業系統[3]版本為 Kernel 30以此作業系統為
核心在上頭啟動 Android Framework 40 等二種版本皆可支援
(2) 開發 Home Gateway Android APK 應用程式結合無線感測網路[4]35G
網路有線 Ethernet 網路與 WIFI 網路的連線與斷線以不斷的接收來自無線感測節
點所回傳的感測值將感測值記錄下來並顯示在 Android APK 的應用程式上且
將感測資訊上傳至雲端資料庫作為結合緊急情況的手機短簡訊發報與 e-mail 通報
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
器人體紅外線感測器瓦斯感測器溫度感測器濕度感測器與地震感測器等數據
(3) 35G 電信網路的部份透過無線監控平台的 USB 埠連接上 USB 35G Modem
以連上電信業者的基地台並做為連上雲端資料庫與發送緊急簡訊與緊急 email 等 3 大功能
當監督者出門在外只要有隨身攜帶著手機當有緊急狀況發生時便能接收到 WSN 監控
平台偵測的異常狀況時之緊急通報的簡訊
(4)雲端儲存透過有線網際網路與 35G 電信網路連線方式可將無線感測網路部分
的感測值回傳至雲端資料庫做儲存以方便日後查詢之用使用者可在任何可上網的地方
利用網頁瀏覽器連結接到監控平台的 Web Server 並可依照日期查詢資料庫儲存資料以作為
參考的依據
圖 1 Android + iOS 連接居家監控 Gateway
綜合以上之說明可歸納本作可實現之功能如下
近端監控 1可監控無線感測遠端的溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線
近端監控 2在無線感測網路方面可從遠端接收感測器所偵測到的溫度顯示在無
線監控平台上 LCD 畫面並由 Android Application 呈現音樂緊急播報等近端監控
遠端監控 1
可透過電信網路來監控無線監控平台之無線感測網路監控端若有突發緊急事
件時則可透過電信網路發送短簡訊使身在戶外的監督者可即時收到緊急訊息
亦可達到遠端即時監控或由手機發簡訊控制監控平台
遠端監控 2
可透過有網頁瀏覽器經有線網際網路來監控無線監控平台為基礎之無線感測
網路監控端可監控溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線與控制監控平台
遠端監控 3
因手機為目前相當普及之通訊裝置且可隨使用者移動到任何地方（具移動
性）因此透過手機來監控 WSN[4]為本計畫的一大創意
遠端監控 4當 Android 監控系統偵測到異常時將可會拍照並夾帶文字訊息
檔到監督者的電子郵件中即可在監督者的電子郵件管理系統中收到當 Android
監控系統所發出的電子郵件
二本計畫 Home Gateway 監控平台軟體設計
本計畫在軟體方面實現以下 4 個部份
(1) 植入 Embedded Linux 作業系統[3]版本為 Kernel 30以此作業系統為
核心在上頭啟動 Android Framework 40 等二種版本皆可支援
(2) 開發 Home Gateway Android APK 應用程式結合無線感測網路[4]35G
網路有線 Ethernet 網路與 WIFI 網路的連線與斷線以不斷的接收來自無線感測節
點所回傳的感測值將感測值記錄下來並顯示在 Android APK 的應用程式上且
將感測資訊上傳至雲端資料庫作為結合緊急情況的手機短簡訊發報與 e-mail 通報
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
綜合以上之說明可歸納本作可實現之功能如下
近端監控 1可監控無線感測遠端的溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線
近端監控 2在無線感測網路方面可從遠端接收感測器所偵測到的溫度顯示在無
線監控平台上 LCD 畫面並由 Android Application 呈現音樂緊急播報等近端監控
遠端監控 1
可透過電信網路來監控無線監控平台之無線感測網路監控端若有突發緊急事
件時則可透過電信網路發送短簡訊使身在戶外的監督者可即時收到緊急訊息
亦可達到遠端即時監控或由手機發簡訊控制監控平台
遠端監控 2
可透過有網頁瀏覽器經有線網際網路來監控無線監控平台為基礎之無線感測
網路監控端可監控溫度濕度照度瓦斯與人體紅外線與控制監控平台
遠端監控 3
因手機為目前相當普及之通訊裝置且可隨使用者移動到任何地方（具移動
性）因此透過手機來監控 WSN[4]為本計畫的一大創意
遠端監控 4當 Android 監控系統偵測到異常時將可會拍照並夾帶文字訊息
檔到監督者的電子郵件中即可在監督者的電子郵件管理系統中收到當 Android
監控系統所發出的電子郵件
二本計畫 Home Gateway 監控平台軟體設計
本計畫在軟體方面實現以下 4 個部份
(1) 植入 Embedded Linux 作業系統[3]版本為 Kernel 30以此作業系統為
核心在上頭啟動 Android Framework 40 等二種版本皆可支援
(2) 開發 Home Gateway Android APK 應用程式結合無線感測網路[4]35G
網路有線 Ethernet 網路與 WIFI 網路的連線與斷線以不斷的接收來自無線感測節
點所回傳的感測值將感測值記錄下來並顯示在 Android APK 的應用程式上且
將感測資訊上傳至雲端資料庫作為結合緊急情況的手機短簡訊發報與 e-mail 通報
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
之功能例如偵測到溫度過高就發出簡訊與 e-mail 通知監督者
(3) 在 Home Gateway Android APK 應用程式中所建立 e-mail Book 與
Phone Book可用來存儲 8 位系統管理者的電子郵件與手機號碼以供監控系統回
報緊急狀況
(4) 開發雲端 WSN 資料庫程式將無線感測感測平台所接收到的溫度瓦
斯與震度之結果記錄在雲端資料庫中並提供監督者使用網頁 Browser 連上雲端
資料庫進行查詢
本計畫之Android APK Icon如圖2所示可運行於Android 40或40作業系統中
圖 2 Home Gateway APK Icon
本計畫之 Home Gateway Android WSN [5]監控平台軟體設計架構圖可分為
Linux Kernel Space 層Android Framework 層與 Android Application 層等 3 層本計
畫將 Embedded Linux 系統移植到嵌入式平台核心版本 2639再加入 Android 40 版
本的 Framework便可在嵌入式平台上面開發 Home Gateway Android 應用程式作
為控制無線感測網路的使用者介面並可作為連上雲端的資料庫以 SQL 的方式將
所監測到的數據放在雲端資料庫伺服器上以供系統管理員透過網際網路連結進來
監看本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度感測節點之資訊在溫度
感測節點所偵測到之溫度高於攝氏 40 度時監控平台將會撥放系統偵測溫度過高之
音樂如圖 3 所示以提醒監控者發生高溫現象並拍攝周遭環境之實況經由 e-mail
或簡訊發送給通知監控人員
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
圖 3 Home Gateway 音樂警示
本系統可透過無線感測器網路將可取得溫濕度人體紅外線地震與瓦斯
等感測節點之資訊顯示居家無線感測資訊於 Home Gateway APP 上如圖 4 所示
圖 4 Home Gateway APP 居家監控 WSN
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有 SMS 電話號碼管理如圖 5
所示可輸入 5 組系統管理者之電話號碼存入 SD CARD 中當有偵測到異常情形
時會根據 SMS 電話號碼管理內的電話號碼發送簡訊通知系統管理者
圖 5 Home Gateway 電話管理
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式在底層的 Linux Kernel Space 層中
需驅動 TCPIPUARTPPPDWi-Fi 與 Ethernet 做為連網的基本條件而在中間
層的 Android Framework 層則需至 Google 網站下載 Android 原始碼以進行編譯
本計畫所選用的 Android 40 版本[5]本系統在 Android 40 都已測詴成功並可正
常工作
本計畫之 Home Gateway Android APK 程式架構具有連線 Ethernet連線 3G
斷線 3G連線 WSN[8]連線 Wi-Fi簡訊發送緊急電話管理與雲端連線等 8 項
主要功能若系統偵測到嚴重異常的情形(例如溫度過高或瓦斯外洩時)將可透過本
計畫所開發的程式發送短簡訊(SMS)並透過 USB 35G Modem 傳送至系統管理員
的手機接收到溫度過高之 SMS 短簡訊如圖 6 所示
圖 6 成功發送手機簡訊結果圖
並同時發送 e-mail 給系統管理員在透過雲端 SMTP[6]郵件伺服器傳送電子郵
件並進行 SSL 郵件內容資料加密與 Starttls 等加密協議之處理以確保簡訊內容無
法被破解而本系統的 Email 管理如 7 所示由前面之討論可知本系統可同時使
用簡訊與電子郵件來進行緊急通報此為目前市面上監控平台所尚未整合出來的功
能
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
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居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
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本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
圖 7 Home Gateway Email 管理
當系統管理員接收到緊急簡訊或 e-mail 通知時即可知道監控平台偵測到感測
節點之異常狀況便可立刻前往處理做出正確的處置以實現系統管理員不用在
近端監控之目的本計畫之 Android APK[9]在軟體設計的命令流程方面計有
Ethernet35G35G 斷線Wi-Fie-mailWSNSMS 與 SQL[7]等 8 種命令在
後續對應的動作有些為呼叫外部程式有些則為自行開發的 C 程式碼並編譯到系
統中在外部程式的部份包括系統提供的 netcfgpppd 與 iwconfig 用來連接網路
而自行開發的程式則包括 mailsendccomtestcsms_3gc 與 HTTPclientc在
mailsendc [6]的部份可用來發送具有 SSL 保密功能的電子郵件而在 comtestc 的
部份可用來控制 UART 介面來與協調器溝通以取得 WSN 感測節點資料在
sms_3gc 的部份可用來透過 USB 35G 網卡發送短簡訊在 HTTPclientc 的部份
可用來連上雲端儲存資料庫
當點選選單之 e-mail 發送後便可使用 e-mail 功能在經過實際測詴後顯示
APK 功能可透過網路之 e-mail 發送並可夾帶 2 個檔案其中一個為文字檔而發
送之文字內容為『Android email test』在按下選單簡訊發送功能後再經由手機所
接收到之內容所顯示之內容與傳送之文字相同而另一個為圖片檔所發送之圖
片檔內容可由本監控系統的所拍攝之內容此功能可在發生緊急狀況發生時本
系統將可進行拍照並將所拍攝之照片以圖片檔的方式夾帶在電子郵件中以通
知系統管理員而在 Web Mail 中成收到 Android 監控系統所發出的電子郵件如圖
8 所示
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
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四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
圖 8成功發送 E-mail 結果圖
三本計畫智慧型手機監控 APP 程式開發
針對本論文之論文所自行設計開發的監控軟體可分為 Android App[10]程式與
iOS App 程式本節將以這兩個部分來詳細說明如下
1 Android APP 監控軟體
當點選本論文於 Android 桌面[11]的 Icon 後如圖 2便會出現的功能選單功
能選單有連線 3G斷線 3G連線 EthernetE-mail 發送簡訊發送連線 WSN 與
緊急電話管理等 7 個功能於連線 WSN 選單內可以進入監控溫濕度瓦斯人
體紅外線與地震等感測資料而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開
關圖 9 顯示 APP 程式中有 1 個控制風扇開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上
電以控制風扇轉動當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
圖 9App 控制風扇開與關
圖 10 顯示 APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Toggle Button當該 Toggle Button
被按下呈現 ON 狀態時綠燈亮起此時 Android APP 就會連上 Home Gateway 的 IP
Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上
電以控制電燈打亮當該 Toggle Button 再被按下則呈現 OFF 狀態時Android APP
就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家
中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈滅掉
圖 10 App 控制電燈開與關
由圖 9 與圖 10 在 APP 程式上加入 Toggle Button 來達成以智慧型手機進行家庭
自動化之控制
2 iOS 居家監控 APP
繼 Android 智慧型手機達成居家監控後iPhone 智慧型手機 APP 也跟進支援
居家無線感測網路監控與家庭自動化控制如圖 11 所示
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
圖 11 iPhone 手機居家監控 APP
開發 iPhone iOS 手機程式[12]也具備監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等
感測資料以圖 11 為例目前偵測到的溫度為 283 度而相對濕度為 566並沒
有偵測到人體紅外線地震與瓦斯外洩發生
而家庭自動化的控制為控制家中電燈開關與風扇開關圖 11 顯示 APP 程式中
有 1 個控制風扇開關的 Switch Bar當該 Switch Bar 被向右推向 ON 狀態時綠燈亮
起此時 iPhone iOS APP 就會連上 IP Address 為 12011468130 的 Home Gateway
然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的風扇節點上電以控制風扇轉動
當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 則呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機 APP 程式就
會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home Gateway 將家中
無線感測網路的風扇節點斷電以控制風扇停止轉動
APP 程式中有 1 個控制電燈開關的 Switch Bar[13]當該 Switch Bar 被向右推
向 ON 狀態時此時 iPhone iOS APP 就會連上 Home Gateway 的 IP Address
12011468130然後通知 Home Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點上電以
控制電燈亮若當該 Switch Bar 被向左推向 OFF 呈現 OFF 狀態時iPhone iOS 手機
APP 程式就會連上 Home Gateway 的 IP Address 12011468130然後通知 Home
Gateway 將家中無線感測網路的電燈節點斷電以控制電燈熄滅
Apple 已經在 Mac App Store 釋出了最新的 iOS 開發工具Xcode 45[14]我們
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
在 mac book Pro 筆電上安裝好 Xcode 45 如圖 12並向 Apple 註冊成為開發者支
付了一年 99美金才取得 iOS Provision的資格才能夠將程式下載到我們的 IPHONE
手機中整體學習 iOS 的學習曲線是陡峭的本身開發 IOS APP 就要花錢取得 iOS
Provision 資格之外還是額外學習 Objective C 程式語言學會基本的 Objective C
程式語言就要開撰寫本論文的 iPhone 手機居家監控 APP 程式這支程式除了 GUI
的設計(按鈕圖片文字開關文字框與 IP Address 輸入框)之外還要進行內部
TCP IP 程式 AsyncSocket 的連接才能與本論文的居家監控 Gateway 進行連接如圖
1 之系統連接圖示
圖 12 Xcode 開發 iPhone APP 環境
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
20
四系統操作步驟
在兩款手機 APP 軟體的開發後我們也針對居家監控網頁做了設計且支援居家無
線感測網路的監控居家監控網頁的設計讓使用者也可以透過瀏覽器來取得家中 Home
Gateway 的感測狀況
使用者只要開啟網頁瀏覽器後鍵入 Home Gateway 的 IP Address 12011468130隨
即進入 Home Gateway 的居家監控網頁登入畫面如圖 13 所示鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後登入登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁如圖 12 所示
圖 13 居家監控網頁登入畫面
圖 14 Home Gateway 居家環境監控網頁
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
21
居家環境監控頁面也具備了監控溫濕度瓦斯人體紅外線與地震等感測資料
以圖 14 為例目前偵測到的溫度為 233 度而相對濕度為 589並沒有偵測到人體
紅外線地震與瓦斯外洩發生
為了達到居家環境監控網頁的功能設計所需要的正是 CGI[17]程式的設計網頁瀏
覽器能夠透過 CGI 程式與 Home Gateway 進行溝通取得無線感測網路即時訊息以及透
過 CGI 程式來實現更多互動式網頁
開啟瀏覽器鍵入Home Gateway的 IP Address 12011468130鍵入使用者名稱 admin
密碼 admin 後按下登入按鈕時便會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式來
驗證使用者名稱及密碼是否正確無誤登入後點選環境監控選單進入居家環境監控網頁
時同樣的會透過網際網路傳送回 Home Gateway 由 CGI 程式取得居家無線感測網路的
監控數據並顯示在瀏覽器上如圖 14 所示
參實作輸出結果
使用者可以透網頁瀏覽器進入雲端[15]資料庫即可依日期來查詢感測節點的歷史
紀錄方便使用者查詢某特定時段的感測器狀況
透過無線感測網路系統(Wireless Sensor Network System)即取得連接至系統之所
有感測器的數據若經過 Ethernet3G 或 Wi-Fi 上網並回傳至雲端[7]資料庫即可
方便日後進行各感測節點的相關資料查詢之用如圖 15 所示使用者可利用網際網路
輸入日期進行資料庫的查詢本系統搭配 ApachePHP 與 MySQL[16]來實現雲端資料
庫[8]並架設起網站伺服器來建立起資料庫以構成一個互動網頁完成資料
圖 15雲端 WSN 資料庫
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
22
本計畫具備居家監控與自動化控制之雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機如圖 16 所
示左側為 iPhone 4S 手機右側為 Android 手機兩支手機的 APP 可同時連上居家監控
Gateway 進行監控
圖 16 居家監控雙系統 Android 與 iOS 智慧型手機
本系統將 24 小時不停的監控並提供跨網監控的功能也就是可透過網際網路與電
信網路來與感測網路連接讓監督者雖然人不在感測網路內但只要有網際網路與電信
網路存在的地方都可以得知目前感測網路的情況並下達操作指令本計劃希望這套產
品能協助廠商切入無線監控領域讓電子資通訊技術打入農漁園藝家庭與工廠自
動化之領域或許這將為下一個台灣奇蹟
肆結論與建議
本計畫預期完成之工作項目如下
(1) 完成居家監控閘道器硬體部分
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
23
(2) 完成居家監控無線感測器硬體
(3) 完成居家監控閘道器 Embedded Linux 作業系統核心植移
(4) 完成居家監控閘道器 Android 監控軟體
(5) 完成居家監控閘道 WWW 網頁監控設計
(6) 完成雲端 WSN 資料庫部份
(7) 完成 Android APP 監控
(8) 完成 iPhone APP 監控
(9) 完成 Android 與 iOS 居家監控之系統整合
以目前產業的技術關聯來探討目前當成熟的技術有電信網路的 35G 與網際網路的移
動式 LTE 透過技術關聯圖中的電信網路若要能與未來普及的網路接軌就必頇讓本計畫所
要開發的 WSNs 監控平台能與這二大電信與網路系統連接上去而電信網路的部份目前最
基本的是要支援 GSMGPRS 系統本計畫在這一部份主要是用來傳送短簡訊但 35G 與
LTE 因為頻寬較大且具備上網功能透過技術關聯圖中的網際網路因些這二個網路則可
用來與我們計畫開發的WSNs 監控平台的Web Server連接以Web Page的方式將WSNs 監
控平台的 Web 畫面傳送給監控人員
本計畫所要開發的 WSNs 監控平台能的 ARM11 設計部份其主要是跑 Android 40 系
統內嵌一個 ARM 的 Embedded Processor因為內嵌在 IC 內因此成本可大幅降低再
加上 ARM11 具有彈性化的設計可自行設計電路並結合 ARM11 的 Embedded Processor 協
同運作我們在 ARM11 Design 部份利用週邊的 SDRAMFLASHDM9000A 乙太網路
與 UART 介面來做為居家監控系統與連結三大網路於本系統中
本計畫在嵌入式系統中選用目前業界公認最穏定的 Android 40 作業系統且它具備 0
成本可幫廠商大幅降低成本且沒有 license 的問題此外在建立 Web ServerWSN
Application 與 SMS Service 的軟體便可將嵌入式 Home gateway 建立起來了
伍成果自評
本計畫對於學術研究產業界國家發展與他應用方面預期之貢獻分別使用 2 部分
說明如下
5-1 學術研究
在學校方面主持計畫之教授可與研究生進行核心演算法開發讓研究生從中找到論
文題目以訓練學生之實務經驗並可將研究所得之成果發表至國內外的研討會與期
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
24
刊為學術界做出貢獻並可訓練參與計畫之研究生具有理論與實務並重的能力在專
利的產出部份學術界亦能參與專利之撰寫提升業界進行 Patent 的品質以維護產品的
權益
5-2 產業界
在產業界部份可專注在產品的低成本維持與行銷通路方面以縮短研發時程與公司
的研發人力與成本若將複雜的核心處理部份交由學校的教授來開發讓產業界能夠運
用到學術界的研發資源補足本身不足之處以達到事半功倍之效果
5-3 國家發展
藉由本計畫之實施讓學術界能夠培育出業界所需要的人力以紓解業界找不到人才
之苦這對國家發展而言不僅能夠孕育出有科技研發能力的年輕學子亦能協助產業開
發產品與吸收人才以實現產官學三贏之效果
陸本計畫之技術或知識服務應用等範圍
本計畫對於之技術或知識服務應用等範圍分別使用 2 部分說明如下
6-1 量化效益
1增加產值 30000 千元以上 2產出新產品或服務共 3項 3衍生商品或服務數共 3 項
4投入研發費用 300 千元以
上
5促成投資額 9000 千元以
上
6降低成本 1000 千元以上
7增加就業人數 2 人 8成立新公司 0 家 9發明專利共 1 件
10新型新式樣專利共 1 件 11期刊論文共 1 篇 12研討會論文共 1 篇
6-2 非量化效益
藉由本開發計畫的研發過程將能建立研發團隊對於無線傳輸系統APP 設計與感測
監控控制系統的技術能量以掌握這一波智慧型手機 Android 與 iOS 成長契機透過本計
畫的執行過程亦能順勢建立合作公司的研發管理制度有機會運用此一新型態產品作
為公司自有品牌產品線的推動主軸以避開與新興工業國家低價產品的競爭
柒對於參與之工作人員預期可獲之訓練
對於參與本計畫之研究生可得到學習業界最新技術的大好機會訓練出學生具備居
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差
25
家監控閘道器韌體設計與 APP 程式設計之技術以儲備將來從學校畢業進入職埸的研發
能量對學校教授的部份可掌握目前業界最新的科技方向適時調整研究與教學方向
才不致於出現學界與業界間之落差