以智慧家庭雲端服務為基礎之

"廣泛性裝置連接物聯網快速開發技術建構"設計與實作

劉柏佑 陳明福

新華電腦股份有限公司 新華電腦股份有限公司

poyiu_liu@microtime.com.tw tony@microtime.com.tw

摘要： 隨著高齡化社會的來臨，銀髮族居家照護需

求將更普遍，也激發眾多廠商研發更多的生理量測

裝置供銀髮族群居家使用。為了能快速建置連接各

裝置，本實作將具有 USB、Zigbee、藍芽通訊界面

的裝置連接上智慧家庭感知物聯網之"語音閘道器

"，而與資料庫伺服器互相送收資料。文中說明了

如何規劃XML系統資料及動態載入驅動軟體來完

成其可廣泛連接三種系列裝置。經由實作結果及語

音閘道器上驗證系統執行正確無誤並可實機展

示，將可做為未來具此通訊界面的裝置快速連接上

智慧家庭感知物聯網。

關鍵詞：物聯網、雲端服務、XML

1. 前言 台灣是個快速老化的社會，根據內政部統

計，於 2025年台灣老年人口將接近 25%，即每五

人就有一名老人。居家養老或在地老化是民眾最大

的期望，也是照護政策重要的目標。從目前家庭人

力萎縮的現況觀之，要提供一個良好的居家環境勢

必要運用科技輔助。現有的居家照護器材種類眾

多，這些器材或裝置各自提供某些用途，但卻無法

提供整合性的資訊，若要讓這些裝置發揮整合與即

時傳遞整合資訊的功能，則有賴一套完整的物聯

網。

本物聯網之計畫是將銀髮使用者之居家門禁

管控、環境監測裝置與各種生理量測裝置串聯整合

透過雲端服務，使收集到的數位資訊可達到多重應

用之目的。

2. 相關技術 ：

2.1 物聯網(Internet of Things， IOT)

物聯網係指在網路化的時代下，除了人跟人

之間可以透過網路相互聯繫，人跟物件、物件與物

件之間，也可以透過網路環境互通。[1]

2.2 雲端服務

所謂雲端其實就是泛指網路，名稱來自工程

師在繪製示意圖時，常以一朵雲來代表網路。因

此，雲端服務用白話文講就是網路服務。[2]

2.3 XML

XML提供一個跨平台的機制，用來管理、儲

存、溝通訊息。 XML 1.0 World Wide WEb

Consortium (W3C)建議書是一個國際標準，已經被

如 Microsoft(微軟)及 IBM 等眾多的供應商認同並

採用。XML 定義了語言的語法，你能夠用 XML

定義出 HTML、你能夠用 XML 定義出其他的語

言。XML 最重要的事，是它特別被建立成具有延

展性。不像 HTML、XML沒有固定的一組標籤。

XML的重點不是用來呈現資料。基本上，XML標

籤不告訴你如何呈現資料，但它們告訴你資料的相

關意義，也就是它具有提供有意義的標籤的能力。

這使得 XML強而有力。[3]

3. 實作方法 ：

3.1 系統服務架構

本實作提供三種系列裝置服務：

門禁管控 ： RFID讀卡機、磁簧開關。

環境監測 ： 溫度、照度、燈控、人體感

知模組。

生理量測裝置 ： 心率器、智慧藥盒機、血糖

機、呼吸速率量測器、血壓

器、血氧機。

上述三種系列裝置具有 zigbee dongle(圖

-1) 、USB 和藍芽 dongle(圖-2)等不同通訊界面，

以此界面連接上智慧家庭感知物聯網之語音閘道

器，得以接收和傳送資料。為因應各種不同廠牌之

裝置可快速連接上此物聯網，又不需投入太多時間

開發及避免產生的系統不穩定，乃設計與實作此”

快速開發技術”。資料形式可分兩類型式(表格

-1)，一種為 DATA FEED，小型資料直接上傳資料

至遠端資料庫；一種為 DATA BLOCK，屬於大量

資料，不適合即時傳遞，必須暫時存放在 "語音閘

道器" 的存儲器，最後用同樣方法，將相關資訊寫

入資料庫，系統的雲端伺服器再透過 ftp取走檔案

達成資料集中管理。

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圖 1： 裝置(zigbee dongle)

圖 2： 裝置(愛媽咪智慧藥盒機.....)

表格 1： 資料分析

裝置 資料產生來源 資料

型式

連接方

式

浴室端點 偵測人是否移

動

數據 Zigbee dongle

隨身端點 步數，平均心

跳

數據 Zigbee dongle

燈控端點 照度，溫度 數據 藍芽

dongle

門口端點 RFID，進門，

出門

數據 Zigbee dongle

愛媽咪智

慧藥盒機

用藥記錄 檔案 USB

血糖機 血糖值 數據 藍芽

dongle

心率器 心電圖 檔案 藍芽

dongle

呼吸速率

量測模組

吸氣，吐氣比

例呼吸速率

檔案 藍芽

dongle

血壓量測

模組

舒張壓，收縮

壓

數據 藍芽

dongle

3.2 作業環境及系統架構

3.2.1 實體佈建之規劃以及運作之程序

智慧家庭感知物聯網應用系統（SIOTAS）由

資料庫/網頁伺服器、客戶遠端監控、語音閘道器、

生理量測裝置、PTK 重組式創新系統[4]這幾個部

分構成，其架構圖如下：

圖 3： 實體佈建圖

如上圖，在「智慧家庭感知物聯網應用系統

（SIOTAS）」中，針對其測試、記錄、監控的流程

說明如下：

1. "語音閘道器" 利用 Zigbee dongle 接收周

邊 PTK重組式創新系統的資料（如：溫度、

照度、燈控、人體感知器）。

2. "語音閘道器" 利用藍芽 dongle 接收周邊

生理量測裝置的資料（如：心跳次數、血

糖值、血氧值、呼吸速律、服藥歷史檔案）。

3. "語音閘道器" 將所接收的資料，記錄到伺

服器端的資料庫。

4. 當系統收到血壓、心率或血氧等資料時，

如發現有量測值超過或低於預期，即可發

送簡訊至手機或 e-mail。

5. 利用網頁應用程式，可以線上監測端點資

料。

6. 利用網頁應用程式，可以線上控制端點資

料。

7. 利用網頁應用程式，也可以讀取伺服器端

資料庫的歷史紀錄，並顯示其資料和圖形。

以下簡要敘述系統如何參與銀髮長者生活及

將記錄上傳雲端資料庫的運作程序。

銀髮長者早上聽到 "語音閘道器" 先設定好

的留言鬧鈴而起床，上洗手間時， "人體感知器"

監測進出入狀況， 出洗手間之後，用 "血糖機" 量

血糖值，看一看糖尿病是否控制良好，吃完早餐之

後，休息片刻，再使用 "NIBP 血壓量測模組"、"RR

呼吸速率量測模組量" 讓系統了解銀髮長身體狀

況，一切正常後， "語音閘道器" 觸發通知外出運

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動的留言;銀髮長者帶上 "PTK 隨身端點" ，並且

開啟 "心電量測模組" ，從 "PTK門口端點" 先 "

刷卡" ，再開 "磁磺開闢" 出門；運動之後，從

"PTK 門口端點" 先開 "磁磺開闢" 進門，再 "刷

卡" ，關掉 "心率器" ，晚上 "愛媽咪智慧藥盒機

" 提醒吃藥。

以上血糖值、血壓值、呼吸速率、門禁狀況、

運動資訊、服藥狀況，將會隨著情境上傳至雲端伺

服器以便讓專業人員作分析；上述各階段如有異

常，會發出警訊。家庭成員可以利用電腦主機，平

板或手機透過網頁瀏覽器造訪 "網頁伺服器" 所

提供的網頁服務， 對該記錄進行檢視以及分析之

工作。

3.2.2 語音閘道器軟體

為了降低軟體開發成本和縮短開發時間，使

用功能模組達到多重使用，在利用系統資料管控何

時載入驅動軟體，來完成支援各種生理量測裝置和

PTK，從圖 4由下而上分別解釋如下：

軟體平台 ：讓軟體工程師不太需要了解

linux作業系統的界面，很容易

使用多工執行緒、計時器、送

訊息、收訊息、睡眠、mutex，

和記憶管理，並且能控制周邊

硬體的聲音、LED、7段顯示

器、錄音。

服務 ：解決 zigbee，藍芽和 USB連接

問題，並且運用執行緒接受和

傳送資料達成多工功能。

基本功能 ：留言，串流控制，鬧鈴和讀取

系統資料檔。

資料(XML) ：控制或改變各種應用程式的屬

性(請參考 3.3.3)。

圖 4： 語音閘道器軟體方塊圖

3.2.3 XML系統資料 XML系統資料提供以下資訊：

＊ 告知 "語音閘道器" 的網路卡使用 DHCP

或靜態 IP。

＊ 設定 "語音閘道器" 的名稱和代號。(圖 5)

＊ 雲端伺服器的網路 IP位址。(圖 5)

＊ "語音閘道器" 同步時間的網路 IP位址。

(圖 5)

＊ "語音閘道器" 軟體連接藍芽所需的硬體

位址和傳輸速率。(圖 6)

＊ 當周邊裝置插上 "語音閘道器" 的 USB

時，LINUX會回報"device node"，根據回

報資訊和 XML系統資料以找出相對應的

裝置名稱、傳輸速率。(圖 7)

＊ 由於Zigbee dongle是一個 zigbee世界和網

路世界的交接點；每一個來自 zigbee信號

都有一個機器代碼和信號代碼，根據

zigbee回報的名稱和 XML系統資料可找

出相對應的記錄點，將作為寫入資料庫的

依據(例如：單位、最大值、最小值、頻

率 ...)。(圖 8)

圖 5： system schema

圖 6： bt_group schema

圖 7： usb_group schema

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圖 8：zigbee_group schema

3.2.4 伺服器的資料庫

每一個周邊裝置的屬性和名稱由XML資料決

定。當有事件發生時，"語音閘道器" 將屬性、名

稱和事件內容送到資料庫的相關表格(data_feed 或

data_block)，並且資料庫將自動貼上發生時間。資

料庫的表格關係(圖 9)如下：

圖 9： database schema

3.2.5 客戶遠端監控

客戶遠端可以利用各種手機 (android，

iPhone)、平板電腦(andoid， iPad ，windows)和電

腦(windows ，iMac)透過網頁瀏覽器造訪 "網頁伺

服器" 所提供的網頁服務，以圖表、文字、網頁線

上串流、控制面板監測來顯示。(請參考 4.實作結

果)

3.3 開發環境說明：

撰寫 mCloud-Portal程式就是在開發網頁軟

體，這必須具備相關程式語言的撰寫能力，這包括

HTML、CSS、Java Script等，相關架構圖如下：

圖 10： 網頁架構

如上圖，我們用 HTML來呈現網頁的架構及

內容，並利用 CSS來套用網頁的格式，至於網頁

的相關行為則利用 Java script來完成，這就是網頁

程式語言的基本架構。至於利用 jQuery則是簡化

Java script撰寫的複雜度，讓程式碼更精簡的表達

也更加容易上手。架構在 jQuery上，可以找到更

多簡易的工具來協助網頁的撰寫，如：利用 EasyUI

所提供的元件完成 List、Grid、Combo Box等使用

者介面元件；利用 jqPlot、Highcharts來繪製相關

曲線和圖表。

3.3.1 相關工具

＊ EasyUI簡介：

利用 EasyUI協助開發者輕鬆建立 GUI。

＊ jqPlot (jQuery Plot plugin)簡介：

jqPlot 是一個架構於 jQuery之上的繪圖

元件，jqPlot 能夠產生很多漂亮優雅的線

圖和條形圖

＊ Highcharts 3.0 ＆ Highstock簡介：

HighCharts and Highstock是一個架構於

jQuery之上的圖表元件。

＊ jQuery Timer簡介：

jQuery timer 提供了方便開發者管理所有

timer的方法，讓撰寫和維護上變得相當方

便。

3.3.2 mCloud-Portal程式架構

mCloud-Portal程式碼檔案的相關連性，檔案

架構圖如下：

圖 11： 檔案架構圖

3.3.3 網頁主畫面配置

index.php為 mCloud-Portal專案的主畫面，主

畫面配置圖如下：

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圖 12： 主畫面配置圖

4. 實作結果：

網頁提供多種呈現資料功能，來顯示記錄序

列內容，例如圖 13、圖 14、圖 15、圖 16：

圖 13： Chart Viewing

圖 14： Text Viewing

圖 15： 線上串流

圖 16： 控制面板監測

網頁提供聽取留言和鬧鈴設定界面，來達成

提醒功能，例如圖 17、圖 18：

圖 17： 透過網頁瀏覽器線上留言

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圖 18： 從資料庫聽取留言

圖 19： 設定鬧鈴

5. 結論與討論 ：

本實作完成將具有 USB、Zigbee、藍芽通訊界

面的裝置連接上智慧家庭感知物聯網之語音閘道

器，而與資料庫伺服器互相送收資料，並經驗證資

料庫內容與實際裝置執行結果吻合。文中說明了如

何規劃XML系統資料及動態載入驅動軟體來完成

其可廣泛連接三種系列裝置，且可避免系統程式不

穩定的方法。經由實作結果及語音閘道器上可驗證

系統執行正常無誤並可實機展示，可做為未來把目

前完成的具有此通訊界面的裝置快速連接上智慧

家庭感知物聯網。

未來仍有待研究與實作的議題有：WiFi 及

Power line 之界面。再經實作完成便能更廣泛的連

接應用。

致謝

本論文的產生承蒙智慧電子應用聯盟

(IED)2013智慧電子應用設計研討會大會主席勤益

科技大學謝韶徽教授的說明及邀稿，並鼓勵多多產

學交流而得以完成，特此致謝。

考考文獻

[1] 資策會‧數位教育研究所‧科技化服務（ITeS）

中心 http：

//www.iiiedu.org.tw/ites/portal/IOT.htm

[2] 黃重憲 / 臺灣大學電機資訊學院資訊工程系

http：

//www.cc.ntu.edu.tw/chinese/epaper/0008/200903

20_8008.htm

[3] XML實戰手冊一書(第三波)--原著：Jesse

Liberty & Mike Kraley http：

//www.asjh.tn.edu.tw/xupload/learning/html/xml.

htm

[4] 重組式 Cortex M + RTOS 加值創新系統，

Microtime Computer

http：

//www.microtime.com.tw/ec99/ushop10014/Show

Goods.asp?category_id=89&parent_id=70

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