第十七屆資訊管理暨實務研討會

基於 ANT無線感測網路下遠端居家照護服務閘道器之研製

-以麗台 AMOR8210 為例

謝文川 吳順發* 林郁青 曹瑋桓 丁君廷

國立高雄應用科技大學資訊管理系

wchsieh@cc.kuas.edu.tw , goethe0220,godiva79330,frankin1097,goethe0220@gmail.com

摘要

因應全球面臨人口老化、少子化等人口結構變動與慢性疾病呈現年輕化的發展趨勢，

醫療上的服務也多從急症治療，轉而為以慢性疾病為主，大部份高齡者寧願選擇在家，

也不願去安養機構或者護理之家，居家照護的需求顯而易見，其普及化將成全球發展趨

勢，尤其是科技一日千里，更是促進這項發展的一大助力，促使數位醫生時代來臨，科

技也將開創出許多嶄新醫療模式，將進一步提升人類醫療品質。，工研院系統中心主任

徐明曾表示，台灣目前需長期照護的病人約 40萬至 50 萬，且慢性病患約 450萬人，共

500 萬人需居家照護，因此估計台灣居家照顧服務年市場規模約 219億台幣，由此可看

見市場迫切的需求。 有鑑於此，本系統考量居家照護使用環境，將系統使用角色設計為照護人和照護人

家屬或是照護人員，而 AMOR8210 平台將 扮演 Gateway 的角色，串聯各生醫感測器和雲

端照護平台，開發一個以無線感測網路為主的雲端健康照護，為實現無線感測網路，本

團隊以逆向工程的方式將市面上知名大廠的生醫感測器進行改良，如百略(Microlife)

的血壓機、呼氣流量計、JNJ的 One touch 血糖機和福爾的額溫槍，將原有 USB的介面

透過本作品自製的 ANT無線傳輸模組與以改良，其中無線模組包括 nRF24AP1 和 Arduino

模組，並達成設計最小化，使收納與量測上更加方便，使其更貼近使用者的操作。另外，

AMOR8210 平台受限於聯網服務開發技術方式的限制，無法對周邊(如 USB)做進一步的擴

充；本團隊作品特色即本身的嵌入式開發技術額外擴增 AMOR8210 平台上的 CGI API，在

AMOR8210 平台的 USB 周邊上擴充 ANT 無線接收模組，透過自行撰寫的背景執行程式偵測

和控制無線傳輸方式，建置 AMOR8210 平台的低功耗無線感測網路。

關鍵詞：居家照護、無線感測網路、嵌入式系統

一、 前言

醫療技術的發達讓人口趨於高齡化之現象，但也伴隨罹患疾病的老年人口增加，照

顧老年人將是社會所面臨的問題。因此，遠距居家照護系統便成為醫學工程上一個重要

的課題。如今市面上系統都採用有線方式進行醫療監控，所在地點也局限於醫療設備，

對於居家老人而言是相當不便。有鑑於此，本研究提出醫療器材搭配 ANT 無線感測網

路協定將數據回傳至無線感測網路閘道器(麗台 AMOR8210 平台)內部進行處理後，再透

過第三代行動通訊將資訊傳回監控伺服端，以達到即時性之診斷與醫療詢問，建立良好

之評估與溝通管道；並且藉由資料庫做適當之儲存，以作日後診斷或是教學之依據，掌

握長期生理狀況與追蹤是否有潛伏性病因，作事前預防之準備。.

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二、 文獻探討

2.1 無線感測網路(Wireless Sensor Network)

無線感測網路大致上是於 2000 至 2001 年間開始興起，最早是一項美國加州柏克萊

大學（UC Brkeley）與美國國防部共同研究的研究企畫，研究人員開發出一個體積很小的感測器，欲將這個感測器透過無線傳輸的方式，應用於軍事的用途上。但最根本無線

感測網路主要於多個資料收集器或是無線感測器，將所收集到的資料，一一傳回接收端

做一個分析與應用，利用這些器材，可隨意的擺放所需的感測器，這將可省去可觀的網

路線材費用。而無線感測網路所需要最基本架構如圖。因此，如不苛求其使用器材與協

定，以同時擁有兩個節點以上的無線通訊網路，那我們也大致可定義為無線感測網路。

圖 1 無線感測網路基本架構圖

2.1.1 ANT無線感測網路協定

ANT是以超低功耗為主的無線網路應用的協定，且運行於全球ISM規範中的2.4GHZ

頻率上，相當適合用於中低傳輸量的無線個人區域網路或是一個實用性的無線感測網路

上，且ANT擁有下列幾項特性：

簡單

沒有委員會的限制

超低功耗

高度資源優化

網路靈活性與擴展性

低成本

2.1.2 ANT - nR24AP1

nRF24AP1 是 Nordic Semiconductor ASA 公司與 Dynastream合作推出的一款超低功耗，並架構於 Dynastream 公司 ANT 無線傳輸協定上針對於無線個人區域網路（WPAN）

擁有超低功耗的單片式無線收發 IC，且運行於 2.4GHZ頻帶上，無須經由申請即可使用，

並可在自身網路 125 個節點上，以點對點或單點對多點進行資料的傳送。

而 nRF24AP1 本身也提供了休眠與待機兩種能夠節約能源的模式，可看見

nRF24AP1 上有 sleep 腳位與 suspend 腳位，sleep 腳位在我們施予高電位時，nRF24AP1

將即刻進入休眠，而 suspend 腳位為低電位時，nRF24AP1 則進入待機模式，透過這兩

隻腳位可使工程師本身在設計裝置時，可加入省電模式的功能，讓 nRF24AP1 本身已有

的低功耗的效果，更加的顯現出來。

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圖 2 nRF24AP1 腳位圖 圖 3 nRF24AP1 無線傳輸晶片

2.2 麗台 AMOR8210 平台

Amor 8210 Multimedia phone 為因應將來家庭及辦公室通訊使用情境之需求所設計的新一代通訊產品，Amor 8210 Multimedia phone 可透過觸控式螢幕進行影像通訊以及

整合 DECT 無線話機方式來取代傳統電話單純語音通訊之外，Amor 8210 話機並結合多

媒體影音播放及數位相框，生活資訊上網查詢,並可結合 IP Camera遠端監控，健康照護，

緊急呼叫，LBS 服務等加值功能，並提供 Web API 介面可供 ISP 或系統整合商提供入口

網站的雲端加值應用服務，可自行設計客製化的加值服務及應用服務，將會吸引許多家

庭及辦公室場合使用者使用。

以下為 AMOR8210 平台特性:

7 吋觸控式螢幕

支援 SIP 與 PSTN 通話

DECT 無線話機可擴充到 4 支子機

支援音樂或影片等多媒體播放功能 支援 Wi-Fi 802.11 b/g 無線網路連線

支援 10/100M 乙太網路連線

支援 USB 2.0 連接埠

支援 Secure Digital (SD)記憶卡插槽

支援網路收音機(Internet Radio)

支援 RSS 2.0 & XML 瀏覽新聞 / 天氣等資訊

支援鬧鐘設定與提醒功能

2.3 Arduino mini pro

Arduino以多樣化、簡易使用硬體及軟體為原則設計的開放式原始碼原型電控平台。

可以延伸使用到創意設計、藝術家、玩家及任何有興趣開發互動物件及環境的人。

Arduino 可以透過各式感測器輸入來感覺到環境及透過控制光、馬達及其他促動器來影響周遭環境。此微控制器利用 Arduino programming language (based on Wiring) 來編寫

程式及 Arduino 開發環境 (based on Processing)。Arduino project 可以獨立或其他軟體通

訊在電腦上執行(如：Flash, Processing, MaxMSP)。

2.4 FTDI

FTDI 晶片為 Copyright 公司所研製開發之 USB 轉 Serial Port 橋接晶片，利用 FTDI

晶片可完整的將一組 USB 連接埠模擬成 Serial，並且最高傳輸速率可達 115200 BPS，且

支援熱插拔的特性，是眾多廠商在製作傳輸線材時的愛用晶片組。

2.5 居家照護現況 居家護理服務自民國七十五年以來，在台灣地區，歷經萌芽、成長期各階段，至民

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國八十八年六月底，提供服務之機構數目已超過200家，機構之分佈已遍及全國各縣市。

居家護理是最典型的外展式服務，由醫護人員到個案居住處所提供個案案家所需的醫療

及技術性護理，對於不便離家的個案而言，是最實惠的醫護服務。但是，居家護理通常

是由一位護理人員單獨在案家提供，服務的品質更需要定期監測。依「護理機構設置標

準」，居家護理機構/單位之設置，得在申請計畫書中載明 服務對象之條件、服務區域、

個案轉介流程、服務品質管制制度、 經費需求及來源等資料；然而這些規定僅在立案之際，由衛生主管機關實地審查，一旦審查通過，核准其營運後，並沒有定期監測居家

護理 服務品質之作業模式。面對國內居家護理機構數之快速增加，建立一套本土化之

「居家照護服務品質指標準」，可作為服務品質監控。

2.6 國內外居家照護相關研究

國內外的企業在近年都不斷的開發新的產品，好比真茂科技推出「真茂寶貝機」、

台大研發團隊「健康照護盒」、松下電器也發表相當多居家照護用的智慧型家具，但是

以目前市面上系統大部分採用有線方式進行醫療照護，所在地點也局限於醫療設備，對

於居家照護而言相當不便，況且有線的方式給人一種被束縛的壓力感，那以目前無線的

產品來說，美國哈佛大等與其他研究單位合作開發平台 CodeBlue、台北科技大學電通所

黃文增教授所主持之『守護天使』、台大應用力學黃榮山教授團隊提出以即時遠距醫療

會診結合無線感測器網路平台，綜觀國內外研究，將無線感測網路 Zigbee 應用於醫療與

看護方面，已有豐沛的成果，然而 ZigBee 標準雖具有一定的功耗與成本優勢，近年來

整體走勢確稍顯緩慢。主要原因是因為 ZigBee 瞄準的一向都是比 WPAN 更大型的無線

感測器網路(WSN) ，能夠覆蓋較廣範圍的應用領域，這導致了一些 802.15.4 標準上的

妥協，特別是相對複雜的協定堆疊以及較高的功耗和成本。然而對於基於鈕扣電池供電

的小型低功耗 WPAN 應用，其基本要求就是低成本、低功耗、簡單易用，Zigbee 標準

便顯得力猶未逮。

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三、 系統架構

3.1 系統架構

圖 4 系統架構圖

本系統的系統架構圖，整個系統主要包含無線健康照護感測端、雲端資料監控平台

及 AMOR8210 平台使用者介面等三個部分。目前本系統使用以下感測裝置：

無線血糖感測裝置

無線血壓感測裝置

無線呼氣流量感測裝置

無線額溫感測裝置

以上之 ANT無線傳輸封包將送至 AMOR8210 平台安裝自製的 FTDI 整合 nRF24AP1 之

接收器。接收器接收自感測端資料後，將資料傳送至 AMOR8210 平台內部進行處理，而

伺服器從 Internet PPPOE 取得來自 AMOR8210 平台的資訊，從而達到遠端無線進行醫療

監控的效果。而一旦遠端的使用者的健康有異常的情況發生，可以從監控端平台的數據

圖上清楚的觀測到。

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3.2 系統環境

圖 5 系統環境圖

本系統的系統環境圖，置左由左到右分別為呼氣流量計、血壓計、血糖計、額溫槍，

在感測器選用方面，本作品改良市面上現有的生醫感測器，包括國內最大的生醫製造廠

商百略(Microlife)血壓機和呼吸流量計，JNJ的 One touch 血糖機和福爾的額溫槍，將

原有 USB 的介面透過本作品自製的 ANT無線傳輸模組與以改良，模組將設計最小化，使

收納與量測上更加方便。

圖 6 自製超低功耗無線生醫感測器模組

如圖 6，經過本團隊改良成無線(原為有線)分別配合各個所屬的模組，即可達成超

低功耗無線傳輸；中間為雲端的頁面，提供圖表以方便醫師進行長期的監控，提升關注

的品質與效率；右邊為在 AMOR8210 平台的使用者介面，專為高齡人設計，友善且步驟

簡單的操作介面讓使用者無負擔。

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四、 系統展示

4. 1 ANT超低功耗無線感測端

圖 7無線健康照護感測各端

圖 7為無線健康照護感測各端。在感測器選用方面，本作品改良市面上現有的生醫

感測器，包括國內最大的生醫製造廠商百略(Microlife)血壓機和呼吸流量計，JNJ 的

One touch 血糖機和福爾的額溫槍，將原有 USB的介面透過本作品自製的 ANT無線傳輸

模組與以改良，模組將設計最小化，使收納與量測上更加方便。

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4. 2 雲端監控者平台

圖 8 雲端監控頁面

圖 8採用 Desktop 介面，讓醫師或使用者在操作上不會有隔閡；畫面開出來的

四張圖表分別為血壓、血糖、呼氣流量、額溫的統計圖，可進一步與資料進行對照，

方便醫師或自己觀看長期量測的數據趨勢。

4. 3 使用者介面端

圖 9 使用者操作頁面

圖 9為使用者在 AMOR8210 平台的所進行操作的介面，使用者可以從介面上清

楚的看到四個大按鈕，以利高齡者對此系統進行操作，分別能顯示其圖表。若想要

進一步進行設定時，可點下右下方齒輪狀的按鈕，此部分設計為家人或醫護人員進

行操作，內建功能有”量測提醒、健康狀況、緊急聯絡人 “，以及回首頁等可供

選擇。

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圖 10 健康管理實際頁面

如圖 10，健康管理頁面設定業的首頁，在此提供三個功能讓使用者選擇，右下角的

箭頭標誌為回上一頁。

按下第一個 “量測提醒” 的按鈕，隨即進入到右側的設置頁面，畫面中可以看到

設置時間的按鈕，時間為 24小時制，確認設定時間後按下儲存即可完成設定。若有多

次設定提醒的需求，在時間的右邊又有一個 ”+ ”的按鈕，點選後即可新增一時間設

置列，供使用者使用。

按下第二個 ”健康狀態 ”的按鈕，隨即進入到右側的基本資料列表，並依照受照

護人的實際身體狀況進行資料的填寫。

按下第三個 ”緊急聯絡人 ” 的按鈕，跳至圖右側頁面，在此可填上發生危急事

態第一時間的聯絡人選，在填上姓名與聯絡人電話後，當受照護人經量測後出現不正常

的感測值，hicloud 系統便會接收到命令，發送愛心簡訊給聯絡人。若要發送多個聯絡

人，則可點選右上的 ”+” ，即可進行多人的簡訊發送。

以下為本系統的系統功能:

[1] 無負擔達成量測

將改良市面上現有的生醫感測器包括血糖機、血壓機、額溫槍、呼吸流量計為超低

功耗無線傳輸，使其實現在家中任何地點都進行量測，在使用者介面上朝大圖示又不失

質感的設計，讓高齡者也能順利操作。

[2] 感測值異常通知

可預先設定複數緊急連絡人，當使用者在受測的時候感測值出現異常時，系統將自

動發出訊息（簡訊、email等），告知第三方緊急聯絡人，達到提醒與分散風險的功能。

[3] 量測時間提醒

可以設定每日定時測量，時間一到，會發出聲音提醒使用者目前為測量時間，達到

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提醒效果，使用者不必擔心錯過規劃好的測量時間。

[4] 雲端監測平台

所有歷史測量數據皆自動上傳至雲端資料庫，有效保存大量數據，並讓使用者可上

網連線至雲端平台以圖形化過後的圖表讀取歷史數據，讓使用者知道自己身體數據的變

化，並讓授權診斷的醫師可運用平台數據資訊輔助診斷。

因保存大量數據，在經過授權後也可以做為學術研究資料使用。

[5] 背景回憶錄

當出去遊玩時，拍下的許多照片，可上傳至 Picasa 平台，家人在家裡時就可以在

AMOR8210 平台在觀看相本，或 AMOR8210 平台閒置的時候也會自動放映最近所上傳的相

片，播放美好回憶。

五、 結論與未來展望

隨著經濟成長、飲食西化、高科技生活的發展, 民眾生活方式日趨靜態，使得罹患

糖尿病或是高血壓等慢性疾病的機會增加，而且年齡層有下降趨勢。目前居家照護系統

雖然已經有相當程度的發展，但過於昂貴的設備成本與服務費用，卻讓許多想使用的慢

性疾病患者保持著觀望的態度，以罹患慢性疾病人口成長速度來看，將來勢必有許多人

會因為經濟因素而讓自己的健康處在危險的狀態下，為了幫助解決這些問題，國內外的

企業在近年都不斷的開發新的產品，例如真茂科技推出「真茂寶貝機」、台大研發團隊

「健康照護盒」、松下電器也發表相當多居家照護用的智慧型家具，目前市面上系統大

部分採用有線方式進行醫療照護，所在地點也局限於醫療設備，對於居家照護而言相當

不便，本系統結合資訊管理和目前的電子科技，對目前市面測器仍有不足的部份成功地

進行改良(有線改成無線、無省電裝置等)，並以血糖機、血壓機、額溫槍、呼氣流量器

結合為一組無線居家照護感測端，完成了讓病患不需經常到醫院報到，藉由將後台的資

料傳送給主治醫師監控，能夠有效率的達到相同的效果，讓健康照護服務達到更務實的

應用。本研究所提出的這套系統，便是將以往昂貴的居家照護系統成本，降低到一般民

眾能夠負擔的程度，期望讓所有糖尿病患者都能得到妥善照顧。

且本系統擁有以下優勢：

整合無線感測網路

摒除市面以提供的閘道器解決方案中，必須使用線材傳輸的困擾，使用者在使

用過後必須經由線材將資料送至閘道器，也就是使用者必須身處於閘道器旁。

超低功耗感測單元

利用擁有超低功耗的 ANT 無線感測網路環境，打造出長時間不需更換供電單

元的感測裝置。

適用於居家環境與診療場所

由於本系統整合無線感測網路，因此閘道器不再是只提供給居家環境作使用，

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更可以是醫療院所護理站的好幫手，只需將閘道器放置樓層護理站，其醫護人員只

需攜帶醫療感測裝置前往病房即可不必任何紙本就輕易的將病患資料送往護理站

閘道器。

整合後端醫療資料庫

本系統整合醫療資料庫系統，使醫院之病患可自行在家中進行紀錄並將資訊透

過閘道器送往醫院資料庫，使醫護人員對於病患診對給予最佳建議。

總體建置容易

由於採用的閘道器體積小，且利用無線感測網路不須線材的特性，使本系統在

使用環境上更佳的便利且容易。

建構價格低廉

利用建構成本低廉 RF 射頻模組搭配嵌入式系統，成功的打造出一套價格低廉

但完整的嵌入式居家照護解決方案。

六、 參考文獻

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[12] Arduino 詞解，

http://www.emb-kb.com/doku.php/%E8%A9%9E%E8%A7%A3/arduino。