本作品將橫流風扇裝置於窗戶上，利用氣旋加速之原理帶動窗戶內外空氣之流動以產生氣流，並透過機構控制下方所吹出的風之流向。機構上方四組感測器，分別為溫度、灰塵、雨滴與風速感測器，依這些感測器之數據決定是否需將窗戶關閉及所需要的氣流方向，使室內環境達到最舒適的溫度與品質，減少不必要的空調能源消耗。本裝置還能以G.hn晶片模組連接網路後與手機溝通，使用者透過手機應用程式可觀看目前窗戶與環境狀態，亦可依使用者喜好手動設定氣流方向與窗戶的開閉狀態。

現在天氣溫差變化大[1]，室內溫度調節不易。為使室內溫度控制適宜，保持空氣流通，一般做法是將窗戶打開通風。但是窗戶開啟後若進出的風量有限，進一步的做法就是在窗戶上加裝抽風機。但傳統抽風機不僅擋住視線不美觀，同時控制開關及抽風的方向也相當不便。

本作品利用氣旋加速[2]之原理，製造出強勁的氣流，加速通風的效果以求室內達到最舒適的溫度。這樣不僅達到通風的效果，亦可欣賞窗外的風景。若氣溫實在太高，使用者選擇開啟冷氣時，本作品也會自動將窗戶關閉，達到整個流程的順暢性。本作品以盛群微控制器HT66FU50做為控制核心，首先讀取室內外兩側的溫度感測模組之數值，再以所量測的數值作為判別所需氣流方向的依據，以達到室內最舒適的環境溫度。

另外，盛群微控制器也會偵測冷氣開關狀態，當冷氣機被開啟時，便會自動將窗戶關上，避免冷氣流失，達到節能的目的。而本作品透由G.hn晶片模組連結電力線網路，再以路由器與手機溝通，使用者可依自己喜好設定氣流方向及窗戶開關狀態。

工作原理

下圖為本作品的系統架構圖，主要以盛群晶片HT66FU50為核心，控制底部馬達機構及開關窗戶機構。與使用者溝通方面則是透過G.hn晶片模組連結電力線網路。

圖一 : 系統架構圖

系統流程圖

下圖為本作品的系統流程圖，可比對室內外溫度後決定所需氣流之方向，最後達到舒適的室內溫度。且偵測冷氣開關狀態來決定是否需要將窗戶關上。而使用者也可依自己喜好來做設定。

圖二 : 系統流程圖

窗戶自動化開關功能

當冷氣開啟時窗戶自動關閉

當室內冷氣開啟時，系統會偵測到冷氣已啟動，並連動窗戶，使窗戶關上。

戶外下雨時窗戶自動關閉

當雨滴感測器的感應板偵測到有水滴時，系統將判斷為下雨，並連動窗戶，使窗戶關上。

室外灰塵過高時窗戶自動關閉

當灰塵感測器感測到，室外的灰塵量到達我們所設定的值，系統將會連動窗戶，使窗戶關上。

控制風向功能

當室外溫度低於室內時，風向往內吹

當系統偵測到室內比室外悶熱時，風扇會開啟，將室外的風吹進室內，達到內外溫度一致。

圖三 : 調節溫度示意圖

下圖為本作品的機構控制圖，主要以伺服馬達拉動內框，帶動氣流往不同方向吹出，內框向左靠則氣流向同方向吹出；反之則相反。

圖四 : 機構控制圖

行動裝置通訊與G.hn傳輸

下圖為本系統之G..hn運作流程。首先盛群晶片模組(HT66FU50)先透過TCP/IP網路轉換器(PM-S2E-S01TR25)將UART訊號轉換為TCP/IP通訊格式，接著再透過晶片端之G.hn模組傳送至無線AP端之G.hn模組，最後將手機連上此無線AP，即可以TCP/IP通訊協定與盛群晶片傳輸數據。

圖五 : G.hn運作流程圖

本作品開發之手機APP，提供使用者觀看目前窗戶狀態及手動控制之功能，讓使用者不需自行前往指定窗戶即可控制窗戶之開閉，以及可依自己喜好來控制氣流方向。手機硬體需求只需有WiFi功能，並且連線到指定的無線路由器即可與盛群晶片連結，再透過使用者介面來觀看控制窗戶狀態與氣流方向。

圖六 : 手機APP使用者介面

作品結構

微控制器

盛群微控制器HT66FU50將量測到的感測器數據經過A/D轉換後，判別目前需要的氣流方向及窗戶狀態，且控制風扇轉動。最後再透過G.hn模組與手機溝通。

溫度感測模組

本作品使用同為電阻式的熱敏電阻與濕度元件達成溫濕度偵測。熱敏電阻藉由不同的參雜氧化金屬與半導體材料，對不同溫度有不同電阻變化。而電阻濕度感測是在感濕高分子膜上下各蒸鍍上齒狀電極，當濕度改變時，高分子膜吸收水分，使水分改變電極進而使電阻改變。將這類比訊號傳至盛群晶片HT66FU50，再透過數位類比轉換後的數值做判斷，決定所需氣流之方向。

灰塵感測器

光學灰塵感測器（GP2Y1010AU0F）在檢測非常細的顆粒，如香煙煙霧，是特別有效的，並且是常用的空氣淨化器系統。

該裝置中，一個紅外發光二極體和光電電晶體，對角佈置成允許其檢測到在空氣中的灰塵反射光。

該傳感器具有極低的電流消耗（最大20mA，11毫安培典型的），可以搭載高達7VDC的感測器。輸出的是一個類比電壓正比於所測得的粉塵濃度，敏感性為0.5V/0.1mg/m3。

雨滴感測器

本感測器為TTL電位輸出，TTL輸出有效信號為低電位，驅動能力100mA左右，可直接驅動繼電器，蜂鳴器，小風扇...等等。

接上5V電源電源燈亮，感應板上沒有水滴時，DO輸出為高電位，開關指示燈滅；當感應板上有水滴時，DO輸出為低電位，開關指示燈亮，刷掉上面的水滴，又會恢復到，輸出高電位狀態。

雨滴感測器可以利用在智慧農場、環境檢測...等應用。

風速計

風速計可以量測目前空氣的流量大小，若是量測到室外的自然風速流量足夠，盛群晶片會將窗戶打開，透過自然風來調節室內溫度。

橫流風扇

裝置於機構底部，並且透過盛群晶片控制風扇的旋轉與停止，再由機構控制風向。

馬達與螺桿

裝置於窗戶上，透過盛群晶片控制馬達轉向，再由螺桿推動窗戶，來達成窗戶的開啟或關閉。

微動開關

裝置於窗戶上，用來感測窗戶目前狀態是開啟或關閉，再將狀態輸入於盛群晶片之IO腳，若窗戶已關緊或開畢則不再驅動馬達。

G.hn晶片模組

作為連接電力線網路的設備，可將從手機傳輸至路由器的訊號，透過電力線網路傳至盛群晶片HT66FU50。

將本系統連結電力線網路，只需要將電源插上插座，便可與另一端的G.hn晶片模組溝通，而另一端的G.hn晶片模組可連結路由器，如此一來手機便可連上路由器，傳輸訊號給本系統，可以自行設定所需的氣流方向或是窗戶開閉狀態。

測試方法

硬體系統安裝

本作品共有六處需要安裝連結，分別是電源供應器、直流馬達、G.hn模組、感測器、微動開關以及伺服馬達，均連接完成後，電源供應器插上插座即可供電使用。

圖七 : 硬體安裝圖

開啟APP

硬體安裝完成後，即可開啟本隊伍開發之APP來觀看目前窗戶狀態及手動喜好設定。

圖八 : APP介面說明圖

開啟冷氣

按下下方之【開啟冷氣】按鈕來模擬冷氣開啟之狀態，隨後窗戶自動關上。

偵測下雨

當雨滴感測器偵測到下雨時，窗戶也會自動關上，模擬方法為將濕紙巾碰觸於雨滴感測器上。

懸浮粒子過多

當灰塵感測器偵測室外懸浮粒子過多時，窗戶也會自動關上，測試方法為將物品插入灰塵感測器之中，模擬巨大懸浮物之狀態。

室外自然風

當風速計偵測到室外的風速很強時，會將窗戶打開，自然送風，不必再開啟風扇，節省能源，測試方法為將風扇置於風速計之前，風速計便會感測到風的流量，如圖所示。

圖九 : 風速流量大示意圖

室外溫度較室內低

當溫度感測器感測到室外的溫度低於室內時，會將窗戶打開，並且向內送風，調節室內溫度，達到舒適的環境，測試方法為用手將溫度感測器握住，使溫度感測器量測到較室溫高的體溫，如圖所示。

圖十 : 室內溫度過高示意圖

手動喜好設定

使用者只需按下按鈕，便可以依自己喜好來決定氣流風向以及窗戶是否要關閉。

（本文作者陳智勇為樹德科技大學電腦與通訊系教授，簡敬儒、林子涵、杜子麟、于銘峻為樹德科技大學電腦與通訊系研究生）

參考文獻

[1] http://www.cwb.gov.tw/V7/climate/climate_info/backgrounds/backgrounds_2.html，交通部中央氣象局-全球暖化與氣候變遷

[2] http://technews.tw/2014/08/09/air-multiplier/科技新報-無葉風扇原理圖解