第三章 建構智慧化居住空間之原型（PROTOTYPE）
第一節 美國 X-10 無線式系統之建置
在建立可以控制不同家庭設備的家庭網路標準的幾個嘗試中，X-10 協議是 最早的一個。它在 1978 年被導入，用於 Sears Home Control System 和 Radio Shack Plug'n Power System。它採用電力線發送和接收命令。X-10 PRO 程式碼格式是電 力線載波傳輸的實際標準。以不須重新架設新線路的前提下，利用既有的電力 線網路來控制家中的電子電器產品所研發的計畫，也是全球第一個將家庭自動化 產品商業化成功的技術。
X-10 傳輸同步於交流電力線的過零點。在過零點上的一個 1ms 的 120kHz 脈衝串代表二進位的 1，而在沒有 120kHz 脈衝串的情況代表二進位的 0。網路
由發送器單元、接收器單元以及能接收和發送 X-10 命令的雙向單元組成。接收 單元相當於遙控電力開關來控制家庭設備或燈遙控調光器。發送器單元一般是常 開開關，當被關閉後就發送一個預定義的 X-10 命令。X-10 命令能讓你改變設備 的狀態(打開或關閉)，或者控制燈的狀態(開、關、明、暗)。雙向設備可以在要 求的情況下發送他們的當前狀態(開或關)。一個特別的程式碼用來傳輸來自類比 感測器的資料。現在，Radio Shack 或者網路零售商可以提供很多種使用 X-10 協 議來控制家庭設備的設備。
圖 3-2 X-10 系統利用舊有電力線來組成控制迴路
可用性和簡單性使 X-10 成為最有名的家庭自動控制標準。它實現了任何家 庭設備的即插即用操作，不需要特別的知識來配置和操作家庭網路。
X-10 是家庭自動化的眾多技術中歷史最悠久的產物，其產品已逾 5000 多 種，不論是基本的燈光控制、保全系統、家庭劇院、溫度或動作感測與電腦相關 介面與控制…等的產品皆已完備；在美國是市場佔有率最高的，目前約有超過 400 萬個家庭在使用它，但其缺點在於低速、低可靠性以及缺乏安全性。有效的 資料傳輸速率為 60bps，對於節點之間任何有意義的資料傳輸來說太慢。電力線 上嚴重的訊號弱化是由於轉換中的高度冗餘造成。對於任何電力設備，X-10 傳
輸看起來類似於雜訊，容易被電力線上的濾波器濾除。可靠性和安全問題使得
圖 3-3 X-10 PalmPad Remote Control 貳. 天線轉發器：
與電腦用 USB 連接，進行各種時程啟停設定，也是接收無線控制 訊號的控制介面，電力線發送數位訊號給各應用設備端，此設備為 X-10 主要傳送、接收控制訊號之轉換介面。
圖 3-4 Active House Pro 2-Way Pc Interface 參. 接收器：
裝設於插頭以及電氣設備之間，用於接收信號控制電器之啟停。
圖 3-5 Activehome Two Way Lamp Module 肆. 其他連動應用設備：
Eagle Eye 利用紅外線偵測前方之移動感知，傳送無線訊號給天線
轉發器，用於設備之間的連動設定，是個常用的移動感知簡易設備。
圖 3-6 Power House Eagle Eye Motion Sensor
在 X-10 的控制系統中，將給的被控制設備進行編號分類，通常分為房間碼 (House Code)以及單位碼(Key Code)，房間碼為 A、B、C…..等英文字母編號，而 單位碼為 1、2、3……，因此寢室設備的編碼為 A1、A2、A3…，廚房風扇的編 號為 B1、B2、B3，以此類推。也可將某兩個設備的編碼設為一樣，就可以一起 做動了。
在 X-10 的控制系統中，最為人所稱讚的是 X-10 設備的價格低與可 DIY 兩 個特性，這兩大特色讓 X-10 在美國已風行許久，歐洲版的 X-10 發展的也相當 迅速且普及，而亞洲地區由於家庭自動化、智慧化的以及 DIY 的風潮並不像歐 美國家普及，因此 X-10 在亞洲還正在逐漸普及階段。
圖 3-7 X-10 系統簡易控制圖
在此次計劃也在實驗空間內，裝設了 X-10 的簡易控制系統，主要有：
壹. 電線傳送、轉發器 貳. 燈器專用用接收器 參. 家電用接收器 肆. 家用鷹眼感應器 伍. X-10 用遙控器
下圖 3-8 為系統架構圖
圖 3-8 實驗空間之 X-10 系統架構圖
此實驗系統利用發射器透過原有之電力線發送訊號給燈具以及家電設備，進 行啟停之控制，並搭配 Eagle Eye 感應是否有人進門，發送無線訊號給發射器，
來進行玄關處之燈具照明啟停。並且搭配遙控開關來進行無線遙控各連動設備。
下圖 3-9 為本研究居住空間實景圖。
圖 3-9 本實驗空間實景
X-10 之系統經建構架設以及使用後，歸納出以下四點之功能分析：
壹. 設備安裝簡易：
所有的設備只要簡單的將接收器裝置於插座上，再將欲將控制之電氣設備插 頭裝置於接收器上，再將接收器上的房間碼以及單位碼設定好，即可進行控制。
而發送訊號端，需要在插座上設置一個電線傳送發射器(Active House Pro 2-Way
Pc Interface)，此設備為主要的發送控制訊號以及接收無線控制訊號之介面，此 設備也可以透過 USB 連接電腦進行各種使用設定。
圖 3-10 簡易的 X-10 設備安裝
圖 3-11 Eygle Eye 簡易的安裝於入口門上 貳. 軟體安裝方便、控制操作介面人性化：
ActiveHome Professional Software 透過簡易的安裝即可開始使用設定以及操
作，軟體操作的部分主要是可以設定使用時程以及設定連動設定。例如可以設定 A 設備在 B 設備啟動後的 15 分鐘在啟動或是停止的設定，可以建立一系列之啟 停設定。
圖 3-12 X-10 之 ActiveHome Professional Software 軟體設定，接收器之設定
圖 3-13 可以透過軟體發送訊號來控制設備啟停
圖 3-14 建立簡易的使用時程
參. 無線遙控的便利性：
X-10 之無線遙控器，只要將搖控器上之房間碼以及單位碼對應調整到要控 制的對應接受器相同之號碼，即可進行無線遙控啟停，其主要的做動方式為無線 遙控器傳送無線訊號到電線傳送轉發器，再利用電線傳送轉發器透過電力線傳送 訊號給對應之用電設備進行控制，因此無線遙控是不需要透過電腦即可進行的簡 單控制。
圖 3-15 X-10 之無線遙控器，左為 2 channel，右為多 channel。
肆. 缺少記錄功能：
X-10 系統雖然擁有簡易安裝以及設定簡便的優點，在管理上也有著時程設 定的便利性，但是卻缺少了能遠管理的功能，無法對於控制之設備進行能源監 控，在家庭能源管理方面只有控制功能，而缺少了計量之功能。
因此，本實驗除了利用 X-10 控制系統以外，再搭配可拆式比流器(Split-core CTs)以及 HOBO 工業多頻記錄器，進行電器設備用電之量測與紀錄，並針對其 紀錄實驗空間之資料進行比較與分析。以下為本實驗空間之用電量測情形：
壹. 本實驗居住類型空間及使用概況之相關簡介：
本實驗居住空間之建築物居住類型空間地點位於高雄市，量測空間位於 4
星期日 7.18 2.90 4.95 15.03 將該建築物之電力分佈情形，使用 Microsoft Excel 軟體，將該建築物居住類
型空間之用電需量與用電度數情形繪製成趨勢圖、圓餅圖與柱狀圖，以利於分析
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
星期一 星期二 星期三 星期四 星期五 星期六 星期日
kW
圖 3-18 建築物居住類型空間之空調用電趨勢圖
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4
星期一 星期二 星期三 星期四 星期五 星期六 星期日
kW
圖 3-19 建築物居住類型空間之照明用電趨勢圖
0.0 Utility Intensity)。而單日最大用電度數時間為星期日，用電度數為 15.03kWh，
每平方公尺總耗電量最大值為 0.25kWh/ m2•Day。
0.21 (Demand Utility Intensity)。而單日最大用電需量之時間為星期四，最大用電需量 為 1.69kW，每平方公尺最大用電需量密度為 28.37W/m2。
24 25 26 27 28 29
W/m²
總用電DUI 26.9 27.3 27.4 28.4 27.2 25.9 25.6
星期一 星期二 星期三 星期四 星期五 星期六 星期日
圖 3-22 建築物居住類型空間逐日 DUI 柱狀圖