TWI581652B - Energy - saving system and method based on wireless signal strength - Google Patents

Description

基於無線信號強度之節能系統及方法

本發明係有關於節能管理系統及其方法，尤指一種基於無線終端設備之無線信號強度來判斷一環境中是否有人，並於判斷無人環境下，依據使用者設定自動關閉電器之電源。

家中很多的電器設備，常常是人在的時候才開啟使用，而人要離開現場或出門時，本來就是該逐一隨手關閉電源開關，藉以達到節能省電與安全之目的。然而，對於忙碌的現代人，可能因匆忙而忽略掉這些小動作；對於家中的老人家，可能因行動上的不便，而有實際上之困難；對於青少年也可能因為無此習慣，而讓節約能源淪為口號，以至於隨手關電如此簡單的動作，似乎也不是很容易就能達成。而其所衍生的問題，白白的浪費金錢事小，若是造成家中火警等安全問題，恐將令人終身遺憾。

為了達到上述目的，直覺的令人想到，我們只要判別該空間是否有人員，藉以達到是否進一步關閉電源之判斷依據。也因此，我們需要具有偵測人員的技術，習知常用的人員感測技術，就是利用紅外線(Infrared)來偵測，它可區分為主動式紅外線twin-bean infrared sensor(感應器本身會發射紅外線光束偵測物體移動)，與被動式紅外線PIR(感應器本身不會發射紅外線光束，而是靠物體之熱源移動觸發感應器)。

主動式紅外線大多數皆為2個(成對)一起使用，一為發射紅外線光束(Transmitter)，另一為接收紅外線光束(Receiver)，主要適用於室內或室外點對點之直線距離使用；被動式紅外線則適用於室內封閉空間之移動人員感測應用。一般而言，主動式紅外線之成本較被動式紅外線PIR高，因本身會持續發射紅外線光束，故受干擾誤報機會不大，相對的，其所能偵測的範圍僅限於點對點之直線距離，常不如被動式紅外線PIR有著整個空間的大涵蓋偵測範圍；然而PIR主要是靠物體之熱源移動觸發感應器，當人員靜止不動時將會造成偵測結果誤判。

依據中華民國專利：M478294-紅外線廁所電燈開關，該專利為達燈源之節能，故利用一紅外線感測器，用以偵測是否有物體通過該感測區域；其使用技術為PIR紅外線技術，其成本雖低，但所監控之範圍相對較小；可節能之設備較少，並且，當所感測之人體靜止不移動時，紅外線感測設備將認為人員已經離開而關掉電燈，如此地誤動作將造成使用上之不便。

而近期隨著IP Cam之普及，也有人利用影像識別之技術，來達成空間人員判斷之效果；依據中華民國專利：I386769-影像監控室內環境狀態之控制方法及系統，該專利透過影像監控室內之環境狀態變化如人數、分佈情形以及人群動向等狀態，而可自動因應調整室內各區間的空調與照明狀態。該利用擷取即時影像之監控手段，須要高容量的硬體儲存設備供紀錄相關的影音資訊，故必須耗費較多的設備及成本；尤其，監視區域人員的一舉一動完全被錄影、紀錄，甚至所儲存的影像有可能外流或遭不當使用，將嚴重危害監視區域內的人員隱私。

由以上可知，需要一種新穎的節能管理系統，以輔助使用者妥善地解決既有的問題。

本發明係揭露一種基於無線信號強度之節能系統及方法，來達到空間人員偵測，以進一步自動開關電源及設定電器設備狀態，達到利用現行之無線終端設備，在不增加額外感測設備之成本下，即可正確的達成節能省電與安全之目的與功效。

由於人體百分之70以上是水所構成，因此，人體的接近常常會影響及干擾無線信號強度。本專利運用複數個無線終端裝置，於一特定場域內由使用者設定，相關無線終端裝置所控管之電器設備，是否應於人員離開時自動關閉相關電器設備。複數個無線終端裝置將自行學習特定場域內，在無人出沒時之無線信號強度之結果，以判別該空間於無人員出沒時之無線信號強度。之後，當人員離開場域或不再使用環境時，系統則自動依據使用者之需求，關閉相關電器設備之電源，真正達到節能省電及居家用電安全之目的。

本發明提供一種基於無線信號強度之節能系統，包含一後台裝置、一服務控制器及複數個無線終端裝置相連結。後台裝置依據使用者之設定，產生一控制指令，服務控制器接受後台裝置之控制指令，命令各無線終端裝置回傳連結品質數值，並依據控制指令，適時地關閉各無線終端裝置之電源。

其中後台裝置，更包含一使用者排程模組，係提供一排程使 用者介面予後台裝置之使用者設定一控制參數，此參數包含啟動RF自動學習模組時間與指定節能判斷模組所要關閉的無線終端裝置。一RF自動學習模組係依據使用者設定之控制參數，適時取得各無線終端裝置回傳之各連結品質數值，以建立一個無人環境之資料模型；以及一節能判斷模組依據使用者設定之控制參數，收集目前環境中各無線終端裝置回傳之各連結品質數值，再根據之前建立的無人環境之資料模型判斷是否有人存在於環境中，根據計算結果傳送控制指令至服務控制器進行節能管理運作，即為關閉無人環境時指定之無線終端裝置。

本發明提供另一種基於無線信號強度之節能系統，包含一服務控制器與複數個無線終端裝置，其中服務控制器，產生一控制指令，直接命令各無線終端裝置回傳連結品質數值，並依據控制指令，適時地關閉各無線終端裝置之電源。

其中服務控制器，更包含一使用者排程模組，係提供一排程使用者介面予服務控制器之使用者設定一控制參數，此參數包含啟動RF自動學習模組時間與指定節能判斷模組所要關閉的無線終端裝置。一RF自動學習模組係依據使用者設定之控制參數，適時取得各無線終端裝置回傳之各連結品質數值，以建立一個無人環境之資料模型；以及一節能判斷模組依據使用者設定之控制參數，收集目前環境中各無線終端裝置回傳之各連結品質數值，再根據之前建立的無人環境之資料模型判斷是否有人存在於環境中，根據結果由服務控制器傳送控制指令進行節能管理運作，即為關閉無人環境時指定之無線終端裝置。

本發明之基於無線信號強度之節能系統及方法，與其他現有技術相互比較時，更具備下列優點：

1.可充分利用現有之無線終端設備，無需添購額外之感測設備，有助於節省成本。

2.利用無線終端設備進行人員感測，其所能偵測的範圍優於僅限於點對點直線距離之主動式紅外線，以及被動式紅外線PIR所涵蓋偵測範圍；並且不會有PIR在人員靜止不動時所造成之偵測結果誤判。

3.相關無線終端設備可依設定自行學習、與自動動作，無須人為額外之操作，即可自動達成節能省電與安全之雙重功效。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

100‧‧‧後台裝置

200‧‧‧服務控制器

300‧‧‧無線終端裝置

310‧‧‧無線終端裝置

320‧‧‧無線終端裝置

330‧‧‧無線終端裝置

110‧‧‧使用者排程模組

120‧‧‧RF自動學習模組

130‧‧‧節能判斷模組

S301-S305‧‧‧步驟流程

S401-S404‧‧‧步驟流程

S501-S506‧‧‧步驟流程

圖1為本發明之基於無線信號強度之節能系統的示意圖。

圖2為本發明之另一基於無線信號強度之節能系統的示意圖。

圖3為本發明之基於無線信號強度之節能方法之流程圖。

圖4為本發明之基於無線信號強度之節能方法之RF自動學習模組之流程圖。

圖5為本發明之基於無線信號強度之節能方法之節能判斷模組之流程圖。

為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱圖1，為本發明之基於無線信號強度之節能系統的示意圖，包含一後台裝置100、一服務控制器200及複數個無線終端裝置300(無線終端裝置310、無線終端裝置320以及無線終端裝置330等等)相連結。後台裝置100依據使用者之設定，產生一控制指令，服務控制器200接受後台裝置100之控制指令，命令複數個無線終端裝置300(無線終端裝置310、無線終端裝置320以及無線終端裝置330等等)關閉其電源與回傳複數個連結品質數值至後台裝置100。

其中後台裝置100內包含使用者排程模組110、RF自動學習模組120以及節能判斷模組130。使用者排程模組110係提供一排程使用者介面予後台裝置100之使用者設定一控制參數；RF自動學習模組120依據控制參數，取得複數個無線終端裝置300回傳之連結品質數值，建立一無人環境之資料模型；節能判斷模組130依據控制參數，收集目前環境中複數個無線終端裝置300回傳之連結品質數值，再配合無人環境之資料模型判斷是否有人存在於環境中，以產生並傳送控制指令，當服務控制器200接受後台裝置100之控制指令時，依據控制指令使無線終端裝置310、無線終端裝置320或無線終端裝置330關閉或維持目前狀態。

請參閱圖2，為本發明之另一基於無線信號強度之節能系統的示意圖，包含服務控制器200及複數個無線終端裝置300相連結。服務控制器200依據使用者之設定，產生一控制指令，命令複數個無線終端裝置300(無線終端裝置310、無線終端裝置320以及無線終端裝置330等等)關閉其電源與回傳複數個連結品質數值至服務控制器200。

其中服務控制器200內包含使用者排程模組110、RF自動學習模組120以及節能判斷模組130，使用者排程模組110係提供一排程使用者介面予服務控制器200之使用者設定一控制參數，RF自動學習模組120依據控制參數，取得複數個無線終端裝置300回傳之連結品質數值，建立一無人環境之資料模型，節能判斷模組130依據控制參數，收集目前環境中複數個無線終端裝置300回傳之連結品質數值，再配合無人環境之資料模型判斷是否有人存在於環境中，以產生並傳送控制指令，並控制無線終端裝置310、無線終端裝置320或無線終端裝置330關閉或維持目前狀態。

請參閱圖3，為本發明之基於無線信號強度之節能方法之流程圖，步驟如下：S301：使用者透過一使用者排程模組提供之一排程使用者介面予設定一控制參數，其中該控制參數，包含啟動一RF自動學習模組之時間與一節能判斷模組所指定要關閉的複數個無線終端裝置；S302：該RF自動學習模組依據該控制參數收集區域的各該無線終端裝置傳送的複數個連結品質數值，並產生一無人環境之資料模型；S303：節能判斷模組依據無人環境之資料模型，判斷目前環境是否為有人或是無人，並產生一控制指令； S304：環境為有人時，服務控制器依據該控制指令，命令各該無線終端裝置維持目前之運作；以及S305：環境為無人時，該服務控制器依據該控制指令，分別關閉無人環境所指定之無線終端裝置。

請參閱圖4，為本發明之基於無線信號強度之節能方法之RF自動學習模組之流程圖，步驟如下：S401：該RF自動學習模組依據該控制參數命令該服務控制器發送指令至環境內任一該無線終端裝置；S402：該無線終端裝置接收指令後，利用廣播發送RF連結回報指令給其他各該無線終端裝置；S403：當其他各該無線終端裝置接收到該無線終端裝置之RF連結回報指令時，其他各該無線終端裝置則將其他各該無線終端裝置與該無線終端裝置之間通訊的複數個連結品質數值回傳給該RF自動學習模組；以及S404：當該RF自動學習模組接收所有連結品質數值後，係依常態分布值進行過濾，將落於三個標準差的各該連結品質數值視為異常並除去後，再將平均值、標準差寫入一資料庫，即產生該無人環境之資料模型。

請參閱圖5，為本發明之基於無線信號強度之節能方法之節能判斷模組之流程圖，步驟如下：

S501：該節能判斷模組依據該控制參數命令該服務控制器發送指令至環境內任一該無線終端裝置，該無線終端裝置接收指令後，利用廣播發送RF連結回報指令給其他各該無線終端裝置，系統預設為送收1000次；

S502：當其他各該無線終端裝置接收到該無線終端裝置之RF連結回報指令 時，其他各該無線終端裝置則將其他各無線終端裝置與該無線終端裝置之間通訊的複數個連結品質數值回傳給該節能判斷模組；

S503：該節能判斷模組接收所有連結品質數值後，係依常態分布值進行過濾，將各該連結品質數值之平均值、標準差與資料庫中無人環境之資料模型之各該連結品質數值之平均值、標準差比對運算得出標準分數(z-score)，將標準分數位於-1與1之間之值視為正常值，其他為異常值；

S504：當系統將環境中全部週邊設備兩兩之連結品質數值之平均值算出是正常值或是異常值，先檢查週邊設備兩兩之間是否同為正常值或是異常值，例如：AB是正常值而BA也是正常值，則保留此結果。相反例如：AB是正常值，而BA是異常值則視為無效的判斷結果；排除無效的判斷結果後，剩下的結果如有任一異常值即為判斷為環境中有人。

S505：當判斷為環境中有人時，該服務控制器依據該控制指令，命令各無線終端裝置維持目前之運作狀態；以及

S506：當判斷為環境中為無人時該服務控制器依據該控制指令，關閉無人環境中指定之無線終端裝置。

綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

100‧‧‧後台裝置

200‧‧‧服務控制器

300‧‧‧無線終端裝置

310‧‧‧無線終端裝置

320‧‧‧無線終端裝置

330‧‧‧無線終端裝置

110‧‧‧使用者排程模組

120‧‧‧RF自動學習模組

130‧‧‧節能判斷模組

Claims (7)

1. 一種基於無線信號強度之節能系統，包含：一後台裝置，係依據使用者之設定，產生一控制指令，控制複數個無線終端裝置，該後台裝置中更包含；一使用者排程模組，係提供一排程使用者介面予該後台裝置之使用者設定一控制參數；一RF自動學習模組，依據該控制參數，適時地取得各該無線終端裝置回傳之複數個連結品質數值，建立一無人環境之資料模型；一節能判斷模組，依據該控制參數，收集目前環境中各該無線終端裝置回傳之各該連結品質數值，再將收集到的各該連結品質數值與該RF自動學習模組所建立該無人環境之資料模型相比較，以判斷是否有人存在於該環境，產生並傳送該控制指令；以及一服務控制器，係設於該後台裝置與各該無線終端裝置之間，並接受該後台裝置之該控制指令，並依據該控制指令關閉各該無線終端裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之基於無線信號強度之節能系統，其中該控制參數係為該RF自動學習模組之起始時間，以及該節能判斷模組起始週期及指定可關閉之該無線終端裝置。
3. 一種基於無線信號強度之節能系統，包含：一服務控制器，係依據使用者之設定，產生一控制指令，並依據該控制指令關閉各該無線終端裝置，該服務控制器更包含；一使用者排程模組，係提供一排程使用者介面予該服務控制器之使用者設定一控制參數； 一RF自動學習模組，依據該控制參數，適時地取得各該無線終端裝置回傳之複數個連結品質數值，建立一無人環境之資料模型；以及一節能判斷模組，依據該控制參數，收集目前環境中各該無線終端裝置回傳之各該連結品質數值，再將收集到的各該連結品質數值與該RF自動學習模組所建立該無人環境之資料模型相比較，藉以判斷是否有人存在於該環境，產生並傳送該控制指令。
4. 如申請專利範圍第3項所述之基於無線信號強度之節能系統，其中該控制參數係為該RF自動學習模組之起始時間，以及該節能判斷模組起始週期及指定可關閉之該無線終端裝置。
5. 一種基於無線信號強度之節能方法，步驟如下：使用者透過一使用者排程模組提供之一排程使用者介面予設定一控制參數，其中該控制參數，包含啟動一RF自動學習模組之時間與一節能判斷模組所要關閉的複數個無線終端裝置；該RF自動學習模組依據該控制參數，適時地收集區域的各該無線終端裝置傳送的複數個連結品質數值，並產生一無人環境之資料模型；節能判斷模組依據無人環境之資料模型，判斷目前環境是否為有人或是無人，並產生一控制指令；環境為有人時，一服務控制器依據該控制指令，命令各該無線終端裝置維持目前之運作；以及環境為無人時，該服務控制器依據該控制指令，分別關閉無人環境中各該無線終端裝置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之基於無線信號強度之節能方法，其中該RF 自動學習模組產生該無人環境之資料模型，步驟如下：該RF自動學習模組依據該控制參數，命令該服務控制器發送指令至環境內任一該無線終端裝置；該無線終端裝置接收指令後，利用廣播發送RF連結回報指令給其他各該無線終端裝置；當其他各該無線終端裝置接收到該無線終端裝置之RF連結回報指令時，其他各該無線終端裝置則將其他各該無線終端裝置與該無線終端裝置之間通訊的複數個連結品質數值回傳給該RF自動學習模組；以及當該RF自動學習模組接收所有連結品質數值後，係依常態分布值進行過濾，將落於三個標準差的各該連結品質數值視為異常並除去後，再將平均值、標準差寫入一資料庫，即產生該無人環境之資料模型。
7. 如申請專利範圍第5項所述之基於無線信號強度之節能方法，其中該節能判斷模組判斷目前環境是有人或無人，及發出控制指令，使該服務控制器關閉各該無線終端裝置，步驟如下：該節能判斷模組依據該控制參數，命令環境各該無線終端裝置收集各自的連結品質數值，並回傳給該節能判斷模組；該節能判斷模組接收所有各該連結品質數值後，係依常態分布值進行過濾，將各該連結品質數值之平均值、標準差與資料庫中該無人環境之資料模型之各該連結品質數值之平均值、標準差比對運算得出標準分數(z-score)，將標準分數位於-1與1之間之值視為正常值(無人)，其他為異常值(有人)；以及於無人時，關閉指定之各該無線終端裝置，反之維持目前各該無線終端 裝置狀態。