由2011嵌入式技术展看日本震后电子产业走向

引言：前往日本横滨采访2011年嵌入式技术展会时，电子工程专辑记者不由自主地发现到，日本电子产业的发展走向在311大地震之后出现了很大的改变，厂商们不约而同将焦点集中在“智能家庭”这个主题，积极寻求智能地“控制、保全、储存与分配能源”的嵌入式技术。这一次，当地电子产业的新目标是让节省能源对每个人来说都“轻而易举”，而不是要求每个人“坚持不懈”。

前往日本横滨采访2011年嵌入式技术展会(Embedded Technology 2011)时，电子工程专辑记者不由自主地发现到，日本电子产业的发展走向在311大地震之后出现了很大的改变，厂商们不约而同将焦点集中在“智能家庭 (smart home)”这个主题。

像是智能家庭、智能城市…等等概念，已经不再只是日本学界为了申请补助而提出的天马行空想像，也不是日本官方经济产业省(Japan's Ministry of Economy, Trade and Industry，MEITI)主导推动的产业项目。当然，学界与官方并没有放弃这个发展方向，远非如此。

从这场嵌入式技术展会上可明显看出，基于震后复兴需求以及危机意识，科技业者正以前所未有的严肃态度看待“智能家庭”这个概念，因此他们积极寻求能让民众在家中或社区中，智能地“控制、保全、储存与分配能源”的嵌入式技术。

根据电子工程专辑日本版编辑石田(Masaya Ishida)的观察，日本的“智能家庭”概念不同于美国由公用事业机构主导的“智能电网”相关议题；虽然在这个概念之下，也包含了由公用事业机构所提供的不间断能源，但进一步诠释所谓的“智能家庭”，更好的说法可能是具备“能源独立(energy-independent)”或是“可持续能源(sustainable-energy)”能力的家庭。

也就是说，赋予每个装置与系统“智能控制”的功能，让一般消费者能为家庭或工作上使用的每一台嵌入式系统，实现自己订定的能源消耗量与节能标准。此外，所谓的“能源独立”家庭，则是构想能把每天节省下来的能源，储存在电动车的燃料电池里。

石田提醒我，有很多日本人是住在大城市里的，因此他们只会在周末开车出游，平日上班通勤则是搭乘大众交通运输工具；这样的生活习性衍生了将能源储存在家用车的概念，也就是在用电离峰时间进行充电，然后在用电尖峰时间将能源智能分配至家里的所有装置。

从震灾后用电吃紧所学到的教训

今年夏天，日本实施了限电措施(原因之一是福岛核电厂停摆)，让日本企业、工厂、零售商店与一般消费者学到了关于“坚持不懈”的宝贵经验(因为尖峰时间限制用电，禁止开启街上的霓虹灯招牌，公共场所的手扶梯也关闭，并要求办公室与商店减少日光灯管的使用，工厂生产线也得在假日运转)，以及如何身体力行、节省每一毫瓦用电。

在日本民众自豪于今年夏天达成了全国“节能目标”的同时，也积极为冬天的来临作准备；在这个季节对能源的需求量肯定会比夏天更高。而这一次，当地电子产业的新目标是让节省能源对每个人来说都“轻而易举”，而不是要求每个人“坚持不懈”。

产业界发现，解决问题的答案可能在于嵌入式技术；他们要将每一种想像得到的智能元素嵌入家庭、办公室与社区应用的各式电子装置中，包括智能能源控制、智能节能以及高效率能源储存，还有智能能源分配技术等等。

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智能屋

福冈智能屋联盟所展示的“智能屋”模型

上图是福冈智能屋联盟(The Fukuoka Smart House Consortium)所设计的“智能屋(smart house)”模型，屋顶上装有太阳能板以及风力发电机；显示在电脑屏幕上面的图片，描述智能屋内所有能源控制系统之间的关联。

下图则是福冈智能屋的组成功能区块，需要有许多关键接口标准与技术的支持，包括电力线通讯、开放服务网关协议，以及电动车与家用网络连结的标准等等(请注意，在图中电动车所扮演的角色就是储存能源)。

“智能屋”功能区块

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智能家庭的能源使用模式

是福冈智能屋联盟成员之一的公司Aval Nagasaki，藉由提供包括智能电力装置、智能电源模组以及智能电源管理设备等产品，扮演了一个关键角色；该公司经理西川(Wataru Nishikawa)在谈到福冈智能屋实地试验的经历时表示，不同于消费者使用一般IT设备的模式，不同的家庭与个人在日常生活的能源使用习惯会非常不同。

这种在能源使用模式上的差异，会让家中的能源/电源管理系统带来难以预期的压力：“要在现实世界进行管理，难度会变得更高。”西川指出。

Aval Nagasaki所提供的智能屋相关产品

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村田制作所的无线网关

村田制作所(Murata Manufacturing)以及子公司SyChip Electronic(上海)合作，为智能家庭开发了一个传感器网络系统，支持家庭自动化以及能源管理系统(Energy Management System，EMS)；该系统搭配了一个无线网关，在村田制作所的展位上进行实际展示。

村田制作所的家用无线网关

这套系统是透过ZigBee网关来收集由传感器所侦测到的数据，然后将这些数据透过Wi-Fi或以太网传送到网络、平板电脑终端上。该系统结合了村田制作所的传感器与通讯技术，提供一个包含无线网关、ZigBee传感器节点，以及原创用户介面的全套解决方案。

村田制作所智能家庭传感器网络系统示意图

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新奇的水流发电设备

除了太阳能与风力，一般小溪或是河流的规律水流也能成为电力来源；一家日本厂商Star Group展示了一款叫做“Spin Flow”的产品，藉由让该装置在流动的水中(例如河流、小溪或是农业灌溉渠道)上下摆动，就可以发电。

该公司表示，这种Spin Flow装置会自己漂浮并在水面上转圈，不需要改变水流的方向或是让水位下降；在每秒流速1.0公尺的水上使用两个Spin Flow模组，能在24小时内产生264Wh的电力，足够供应露营、户外照明灯或是农业用水泵所需的电力。

Spin Flow水流发电装置

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NXP的智能照明解决方案

NXP的智能照明应用模组

智能照明(smart lighting)是恩智浦半导体(NXP)大力关注的领域，其目标是让照明设备能透过无线控制器进行遥控或是自动开启；上图所显示的NXP模组，包含可为智能灯具提供高效益与调光控制的芯片组。

该GreenChip模组还包括一个超低功率的备用电源控制器，具备10mW无负载能力；以及一个支持IEEE802.15.4标准的嵌入式RF收发器与无线微控制器，Tx/Rx电流低于17mA；还有以开放性JenNet-IP互联软件实现的低功耗、基于IP的无线连结功能。这款模组能嵌入照明灯泡的底座。

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嵌入汽车内的可视智能元素

东芝(Toshiba)开发了一款硬件IP“FocusNavi”，旨在将更多智能功能嵌入汽车中；该硬件IP利用了该公司专有的动作侦测(motion detecting)演算法，能藉由在数据库提供“支持向量机(Support Vector Machine)”，来判别移动的物体是否为人类。下图中的迷你火车车头装置了一个微型摄影机，当火车开始跑，摄影机就会精准判别人类与其他物体。

装置了智能摄影机的小火车模型

下面图片内的摄影机所显示的影像，就是摄影机实际所“看到的”；东芝的硬件IP可以整合到任一款ASIC、FPGA或SoC，以提供上述功能。据东芝表示，该装置只会侦测需要侦测的物体；而除了安防摄影机之外，该FocusNavi IP的最主要应用就是车用摄影机。

智能摄影机会辨别人与物体

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会喂你吃东西的聪明机器人

在日本各大电子展会上，很难不遇到可爱的机器人；在这场展会中也不例外。上图的机器人虽然仍是原型(所以看起来不太可爱)，配备了Microsoft Xbox游戏机的体感装置Kinect作为眼睛，设计宗旨是能喂身障者吃东西。

会喂你吃东西的聪明机器人

这款机器人能在喂食对象不须移动头部的前提下，一勺勺地递送味增汤或是米饭、豆腐到对方嘴里，而且不会弄得一团糟或是掉落。这套机器人系统的开发者是来自日本九州的厂商Core Group。

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瑞萨的混合动力/电动车马达控制MCU

日本半导体大厂瑞萨(Renesas)展示了一款针对混合动力/全电动车辆所设计的新型马达控制MCU；以该公司的SH-2A CPU (160MHz)为基础，瑞萨的工程团队在这款新型SH72AY元件中，整合了R/D转换器与马达控制单元(EMU)。

这款元件的硬件整合，有助于CPU处理卸载，使其适用于混合动力/电动车所需的高速马达控制需求。目前该元件已可提供样品，瑞萨表示，其他竞争厂商如Freescale则是通常将R/D转换器或EMU功能以软件形式添加在MCU中。

瑞萨的混合动力/电动车马达控制MCU

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智能公寓

Tokyo Gas正在日本横滨打造一座全新的智能型多住户单位(multi-dwelling)住宅，估计在明年可提供公司员工进住。这种新式公寓设置了数个该公司的“Ene Farm”住宅用燃料电池，藉由结合这些燃料电池以及住户的电动车，可用以储存“过剩”的能源(包括由屋顶的太阳能板所收集到的电力)，并透过一种机制将这些能源分配给公寓里的住户。

所以，“智能家庭”这样的新概念，是不只会消耗能源、还会产生能源的新时代家庭！

智能公寓

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