本研究的系統設計環境主要使用NILM EMS DSK電紋偵測技術和Arduino單晶片控制器來 設計製作能源互動顯示裝置的運作原型，以下分別簡介兩者的運作方式和使用限制，最後 說明兩者與互動能源顯示裝置在系統配置上的運作關係。
(1). NILM EMS DSK 電紋偵測
每一種用電設備都有各自獨特的用電頻率：電紋(Signature)，本研究設計採用的智慧能源 測量技術：NILM EMS DSK(由盛暘科技授權使用)，包含 EMU Meter 感測器和 NILM Tool 軟體，於一個電力迴路上只需掛載一台 EMU Meter 感測器，無須更動既存電路系統，便可 辨識迴路上不同的電紋，區分出掛載於迴路的電器種類以及相關能耗狀況和能耗累積量 等。
感測器測量的訊號經由有線 / 無線網路傳至伺服器端做分析解譯，再將訊號傳至電腦、
平板或手機等載具，供使用者做資訊狀態的查詢。相較於其他能源測量技術需要裝設大量 的感測器、占用電源座空間或是需要更動既存電路系統，NILM EMS DSK 可提供更有效快
速的解決方案。本研究將使用簡易型的 NILM EMS DSK 感測技術，包括改裝型的 EMU Meter Box 和以筆記型電腦代替伺服器運行 NILM Tool 軟體做電紋的解譯，偵測和 EMU Meter Box 迴路相連的用電設備能耗狀況，作為這次研究的測試組，以下分別簡介 EMU Meter Box 和 NILM Tool 兩套工具的運作模式。
EMU Meter Box 裝置
EMU Meter 感測器的輸入接口有比流器輸入端、參考電壓輸入端、感測器電源供應端，輸 出接口有網路訊號孔。以 EMU Meter 感測器作為基礎，EMU Meter Box 不同於實際裝設於 建築空間的 NILM EMS DSK Meter System，是為了因應研究測試的需求而簡化功能、設計 組裝而成，包含了六組電源座、系統電源線、EMU Meter 感測器和網路傳輸線，同時間可 支援四組電器設備的運作和辨識。
圖 三-6、EMU Meter Box 裝設圖
圖 三-7 、EMU Meter
圖 三-8 、EMU Meter Box NILM Tool 介面
NILM Tool 軟體端的操作介面主要分為四大類，分別為連結 EMU 電表、連結 Arduino 控制 板、設備能耗資訊顯示和學習電紋。NILM Tool 介面較為工程化的排版，主要用於前期讓 工程師等高階使用者可以做初始設定和檢測。
圖 三-9、連結 EMU 電表介面
圖 三-10、連結 Arduino 介面
圖 三-11、學習電紋介面 電紋學習步驟圖說
NILM Tool 主要功能在處理 EMU 電表回傳的電紋訊號，解譯分析進而辨識不同的設備與 運作狀態，而這部分必須事先將參考資料檔載入 EMU 電表的記憶體才能正常運行，以下 簡約介紹電紋學習、生成與上載參考資料檔等等步驟：
1. 進入學習電紋介面“Signature Analysis”畫面。
2. 勾選即時電紋捕捉模式“Instant Signature Event Capture Mode”。
3. 加入新的設備選項，點選”Add New Appliance”會出現視窗選單，在視窗選單中可選 擇需要的電器設備，並且設定 ID，ID 設定不可除重複。
4. 設備電紋量測，以電器設備“開/關”說明。將電源開啟後，等標記的畫面出現數值 後便算完成紀錄“開”的測量值，其數值應為正值。
5. 將電源“關”閉後，等標記畫面出現數值後便算完成紀錄“關”閉的測量值，其數 值中應為負值。
6. 請重複操作“開 / 關”的量測數次，多樣的樣本數有助於解譯分析，但不宜過多。
7. 完成學習，上傳至電表，並重新建立與電表的連線。
圖 三-12、電紋學習步驟
(2). Arduino
Arduino，由 Massimo Banzi 等人研發而製(Banzi, Cuartielles, Igoe, Martino, & Mellis, 2006)，近 年來流行於互動設計領域，是一個開放原始碼(Open Source)的單晶片控制器，可簡單地與 感測器，各式各樣的電子元件連接，從初代的開發版發展至今，Arduino 依不同需求衍生 了許多型號，函式庫方面也預設了許多基礎範本，可對應常見的操作需求，目的希望提供 各領域的人，即使不具專業程式語言的背景也能夠有機會運用 Arduino 簡單的編程語言和 電路製作屬於自己的互動作品。
為了精準地控制互動裝置呈現不同的外觀狀態，用以顯示能耗資訊的變化，需要操作許多 伺服馬達來驅動機構的運作，改變裝置的狀態，輸出訊號腳位相對需求較多，本研究利用 Arduino Mega 作為電表資訊和裝置驅動的中介以及能源顯示互動裝置的控制基礎，由 Arduino 語言撰寫裝置的各種運作行為和模式編程，依據從電腦端接收 EMU 電表傳來設備 能耗資訊，控制裝置中各個伺服馬達的狀態，使裝置的外型改變以表現當下的能耗狀況。
圖 三-13、Arduino Mega
圖 三-14 、Arduino IDE 編輯器
(3). 互動裝置系統架構
Energy Leafs整體系統架構(圖 三-15)，空間中的設備能耗狀態由EMU Meter Box擷取訊號，
傳送至筆記型電腦，經由NILM Tools的轉譯處理，給予Ardiuino動作訊號，進而驅動Energy Leafs裝置外觀的變化。Energy Leafs利用裝置外觀變化，變化的程度的大小代表著各種模式 下資訊量的改變，給予使用者的視覺認知。
圖 三-15、互動裝置系統架構