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1.前言
近年來，電能已逐漸成為家庭所使用之主要能源之一，但礙於相關技術
之不足，電能之管理仍無法有效遂行，不但造成地球資源之加速消耗與
浪費，出現許多環保相關問題。
本論文之目的在建置一節能、低成本、操作方便之家庭電能管理系統。
本文以Zigbee為基礎開發嵌入式家庭電能管理系統，對於軟體與開發及
硬體的設計應用完整規劃。家庭電能管理系統之開發，包含硬體設備與
軟體介面兩大部份。系統功能乃透過網路伺服器與遠端設備進行溝通與
資訊傳送，本論文中，系統開發選擇使用腳本化的電能管理機制，透過
其易於建置及維護之特性，在同時保有管理彈性之架構下，開發合適之
家庭電能管理系統，預期達到有效控制家庭電能，降低資源浪費之目的。
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2.系統需求及架構設計
2.1 家庭電能管理需求
•
近年來，由於能源大量流失，許多的節能概念與系統都陸續被發展及應用，現階段
，將家庭電能管理系統之技術引入一般家庭之中，就是智慧家庭概念之發展，因此
，在建置電能管理系統時，除了技術上與功能上之需求外，成本就會是最需要考慮
的重點。因此，採用低成本且電能消耗低的系統平台來進行建置與設計，將會是家
庭電能系統開發之主要根基。
•
目前之家庭自動化之建置，都會需要進行實體線路之佈設。因此，不論是系統之建
置或後續之維護都十分不便。為了避免因實體線路所造成之困擾，使用無線的方式
是較好的選擇。目前大部份之無線控制協定中，Zigbee是目前較為開放且成熟之技
術。因此，本文所建置之系統採用之無線監控設備就是使用Zigbee之技術與設備來
進行。
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2.2. 系統架構設計
A. 系統架構
硬體部份：以BeagleBoard-xM為硬體主體，如圖1所示。作
業系統為Linux OS -Ubuntu 11.04，提供開發及管理家庭電
能主程式之執行環境。
圖1 BeagleBoard-xM硬體規格圖
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軟體部份：
。
整體架構如圖2所示，以下將由外而內進行各軟體模組的詳細介紹
圖2系統架構
Socket Server：家庭電能管理之主程式，功能在負責整個家庭電能管理
系統之運作，並依需求調用其他程式模組進行相應之工作。
SQLite3 Database：為檔案式資料庫，提供標準之SQL關聯式資料庫功
能與語法，資料的存入及取出則經由SQLite3 API操作，此為家庭電能管
理系統之資料儲存方案。
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Zigbee API：
為操作Zigbee裝置之邏輯控制單元。提供經由Zigbee通訊協定之各項操
作指令，如開/關裝置、取得裝置之狀態、進行裝置註冊與移除等。在接
收操作指令後，透過USB-RS232的方式與Zigbee Dongle 進行溝通，並
送出Zigbee protocol之RF訊號至被操作端Zigbee 設備，以達到控制的目
的。
HEMS Script Engine(HEMS.S.E)：
執行電能計劃之主要程序，其構成腳本語言為LUA Script 。執行計劃性
之工作，經由Socket Server提供的API讀取資料庫內容並進行Zigbee裝置
之操作，藉由其Script的特性，因應各種環境的電能計劃需求。將常用命
令集縮為幾個功能集進行系統操作之用。
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B. 系統運作流程
系統外部包含遠端控制及電能計劃之運作，其流程說明如下：
遠端控制流程:透過由網路進行遠端控制之行為，進行Zigbee 裝置操作。如圖3所示。
圖3遠端控制流程
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家庭電能管理流程：系統在預設時間下進行之電能計劃檢查及實施流程簡述如下。其執行
過程如圖6所示。
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