研究方向

具備用電源之無線感測系統

本研究提出1種超低功耗的省電機制，可以讓物聯網裝置即使處於關閉電源狀態，卻仍保有自我喚醒和可動態切換多種無線通訊協定的能力。我們採用單節電池、同步升壓轉換器和超級電容去解決同步升壓轉換器在睡眠模式下可能造成多餘電流損耗的問題。我們也在此物聯網裝置上實現計時器-驅動作業系統(Timer-Driven OS)，包含2級排程器、錯誤檢知器和省電模組。

該研究於2021年取得中華民國發明專利「具備用電源之無線感測系統」，並於2022年取得美國發明專利「Wireless Sensing System with Backup Power」。最後我們將專利架構實現成發展平台，並將微控制核心區塊、無線發送器區塊、電源轉換區塊、外部記憶體區塊、感測器區塊等模組化。 

省電型無線感測裝置及系統

本研究是設計並實現ZigBee/BLE居家監控系統(3年以上運作時間是以每天觸發6次為標準)應用於華岡保全，我們共實現3款相容於IEEE 802.15.4g ZigBee®與Bluetooth 4.2的無線感測裝置，包含前端感測節點(80x38mm)，中繼感測節點(65x80mm)和無線閘道器，如下圖所示。前端感測節點負責監控場域的安全，可以採用電池或DC電源，透過XOR雙邊緣微分電路可以連結市售NC或NO感測裝置。中繼感測節點的發射功率可達+22 dBm，主要負責轉傳無線感測封包，用以改善無線遮蔽問題。無線閘道器則是串接傳統華岡保全主機，並將無線保全資料回傳至華岡保全監控中心，集ZigBee、WiFi、Ethernet和USB等通訊功能。

我們提出超低功耗的計時器-驅動系統架構，可以讓無線感測系統的核心直接進入最深層睡眠模式之外，卻仍保有自我喚醒的功能；我們也實現計時器-驅動作業系統(Timer-Driven OS)，並以此平台去實現一種物聯網居家監控的應用。我們自製的超低功耗IoT裝置有以下專屬特色：

硬體特色：

韌體特色：

阻容降壓形式的智聯網裝置

本研究實現2個計劃目標：(1)實現1款採用阻容降壓直流穩壓電源的智聯網裝置，可介接於可程式儀控設備。(2)實現6LoWPAN邊界路由器，以橋接802.15.4和Ethernet/LAN不同網路。我們將各種可程式儀器標準指令SCPI儲存在外部記憶體或是MicroSD卡上，智聯網裝置可以選擇適合的SCPI對儀控設備下達查詢、設定和量測命令。智聯網裝置支援雙頻段(Sub-1和2.4 GHz)、多協定的無線處理器，可以建置6LoWPAN無線控制網路，透過遠端更新技術動態新增和置換SCPI指令集，以保持最新版本。最後，我們實現基於6LoWPAN網路的自動化測試與量測應用：一種透過模擬電池放電曲線模型去遠端控制可程式高精度電源供應器提供有如真實電池的電力輸出給待測物，其他智聯網裝置也會持續傳回待測物在不同運作模式下所量測的工作電壓和電流損耗，並透過6LoWPAN邊界路由器回傳量測資訊至儀控程式端，以評估待測物的性能和網路生命週期。

6LoWPAN無線閘道器

本產學研究計畫主要是實現可程式化6LoWPAN無線閘道器，該無線閘道器同時具備Wi-Fi、ZigBee、BLE、乙太網路等通訊能力，負責將異常保全訊息回傳給使用者和華岡保全監控中心。在停電狀態時，6LoWPAN無線閘道器可以維持正常運作，將異常保全數位訊號透過電話線回傳至華岡保全監控中心，確保保全連線不中斷，使用者也可以利用手持式行動裝置去設定保全系統和瀏覽保全資訊。我們也同時移植Contiki OS和專屬保全應用的遠端程式更新技術。 

22 dBm發射功率之無線控制裝置

本研究計畫目標實現1個用於廣域網路的低功耗無線控制平台，微處理器核心採用美國德州CC2650，無線通訊則採用Silicon Labs的Si4468無線傳輸器和功率放大器，可以達到30dBm發射功率的ZigBee無線控制裝置(在無障礙物條件下，發射距離可達8 km)，其前導碼檢測(Preamble)技術可以達成無線喚醒，並利用軟體定義調變去達成動態選擇(G)FSK、4(G)FSK、(G)MSK和OOK等多種調變技術以符合異質通訊網路應用。 

具有安全加密的家電控制平台

本研究計畫是設計並實現一款6LoWPAN居家家電控制平台，可以支援6LoWPAN和128-bit AES安全加解密技術，讓使用者可以很安全地利用IPv6協議直接從網際網路去控制屋內的家電設備，每個節點都會移植無線感測作業系統Contiki OS，藉由韌體無線更新技術，維護最新韌體版本。我們總共實現2個計畫目標，包含硬體實現和韌體設計：(1)硬體採用模組化設計理念，居家家電控制平台以ARM Cortex M3為監控裝置核心，搭載一顆相容於IEEE 802.15.4g標準規範的無線傳輸器，整合一個外部512 Mbit快閃記憶體、RS-485和Ethernet模組，如下圖所示。(2)韌體設計是移植Contiki OS於自製居家控制平台，支援6LowPAN網路架構，並使用128-bit AES安全加解密模塊，使其IPv6封包能安全地在Ethernet與IEEE 802.15.4g網路環境中傳遞利用外部快閃記憶體去實現韌體無線更新技術，可有效提昇程式更新速度。 

ADPCM語音編碼器的設計與實現

本研究實現一款SD卡樣式且相容於IEEE 802.15.4 ZigBee標準規範的無線收發器，並利用MSP430F2618微處理器去軟體實作適應性差分脈碼調變(IMA ADPCM)系統，可以將2, 3, 4或5-bit ADPCM語音壓縮碼解壓縮成96 kbit/s脈衝編碼調變訊號(PCM)輸出至喇叭單體播出演講內容。我們在戶外佈建一個ZigBee無線感測網路，能夠無線傳遞ADPCM語音壓縮封包，末端節點會蒐集這些片段的ADPCM語音壓縮封包，經過ADPCM解碼器後由喇叭單體播放中文或英文演講內容。奕傑電子提供麥克風和喇叭驅動相關電路設計，希望系統的語音品質能符合業界的要求。在麥克風方面，IMA ADPCM語音編碼器的MSP430F2618採用內建的12-bit ADC去解析麥克風的類比訊號；在驅動喇叭方面，IMA ADPCM語音解碼器的MSP430F2618利用MCU_DAC0腳位去驅動喇叭放大電路。