基于智能手表的智能家居系統(tǒng)

王賀迪+劉經(jīng)緯

摘 要：隨著Apple Watch的誕生和5G移動互聯(lián)網(wǎng)絡的到來，智能穿戴設備逐步成為了最方便、最時尚的移動終端設備，智能家居已經(jīng)成為了只能穿戴設備的重要功能。如今的智能家居系統(tǒng)功能有限、安裝復雜、價格高昂，無法走進千家萬戶。同時，與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的需求難以得到滿足，如寵物、小孩和老人的隨時看護，家用電燈和電器的遙控開啟等。為此，該研究設計了一種基于智能手表的智能家居系統(tǒng)，以最方便時尚的方式實現(xiàn)智能家居。

關(guān)鍵詞：智能手表 智能家居 遠程控制 5G移動互聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：G641 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（b）-0001-02

1 研究背景和原因

隨著人們生活水平和節(jié)奏的不斷提高，方便時尚的智能穿戴設備逐漸成為了人們更受歡迎的生活必需品。出差在外的人們會希望隨時實隨地照看家里老人、小孩和監(jiān)視屋內(nèi)環(huán)境狀況，遠程控制家用電器；公司主管經(jīng)常需要對經(jīng)營場所的情況進行快捷了解，或與流動的工作人員進行即時的視頻溝通；臨時會場、露天展臺的組織者需要安裝監(jiān)控設備照看自己的展區(qū)和展品。

然而，經(jīng)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的各類智能設備和系統(tǒng)并不能很好地滿足以上需求。目前市場上的產(chǎn)品存在五大缺陷：攜帶佩戴不方便、產(chǎn)品缺失完美的工業(yè)設計、智能化程度低、系統(tǒng)擴展能力有限、成本高。因此，智能家居雖然已經(jīng)被提出多年，但是一直都沒有被廣泛應用。

面對供求之間的斷層，該研究應用智能手表、5G移動互聯(lián)網(wǎng)絡等技術(shù)設計了一套基于智能穿戴設備的智能家居系統(tǒng)來解決上述問題，重點突出時尚和便利兩大特征。

2 系統(tǒng)設計概述

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)概述

基于智能穿戴設備的智能家居系統(tǒng)分為三個部分：中央服務器、遠程控制終端（智能手表）和受控終端（智能家居中的電器等）。系統(tǒng)架構(gòu)參見圖1。

圖1右側(cè)部分是受控終端，放置在智能家居中。由智能家居家電控制器和通訊執(zhí)行器構(gòu)成。其中控制器負責系統(tǒng)的所有任務調(diào)度和指派，首先接收遠程控制終端的命令，將不同請求分發(fā)給各種執(zhí)行器去執(zhí)行，最后將結(jié)果回傳給遠程控制終端。受控終端執(zhí)行器既可以控制家用電器的開關(guān)，也可以調(diào)節(jié)點燈亮度，還負責家居中各類傳感器的信號處理（溫度、有毒氣體等）。

圖1左上部分是運行服務部門（中央服務器），由通信服務器、應用程序服務器及Web服務器構(gòu)成。系統(tǒng)通過Web服務器提供網(wǎng)絡視頻點播服務，使用戶可以輕松地通過瀏覽網(wǎng)頁實現(xiàn)遠程視頻控制。系統(tǒng)利用電信部門的通信服務器，實現(xiàn)手機終端的接入。應用程序服務器則是針對各項服務而開發(fā)的服務器，例如，鑒權(quán)服務器用于系統(tǒng)的安全保障工作。

圖1左下部分是遠程控制終端（智能手表與手環(huán)）。此模塊設計了各類終端應用軟件，用戶只需將其安裝在終端上，便能安全、快捷地接入并控制該系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡化的寵物、小孩、老人的監(jiān)護和照料等功能。

2.2 系統(tǒng)的主要功能

2.2.1 網(wǎng)絡化家居控制

用戶在任何地方使用任何裝備（智能手表、手環(huán)、電腦、手機、PDA（掌上電腦）等）通過任何網(wǎng)絡（Internet、5G、LAN）實現(xiàn)多功能的遠程操控，如燒水、開關(guān)空調(diào)、開關(guān)門禁、控制窗簾、強行開斷電源等。例如：中國用戶在美國出差，可以通過手機為家里老人調(diào)節(jié)空調(diào)溫度，通過PDA遙控機器人視頻直播家里的情況。

2.2.2 智能化家居安防

采用智能視覺監(jiān)控技術(shù)，進行異常檢測和報警，實現(xiàn)家中汽車等目標的智能視頻監(jiān)控。例如：小偷靠近家居時，攝像頭會智能地檢測到小偷并發(fā)送視頻或圖片到用戶的手機等終端。又如小偷靠近汽車時，車內(nèi)攝像頭會智能地檢測到運動目標，當監(jiān)測到異常時發(fā)送視頻或圖片到車主的手機等終端。

2.2.3 遠程機器人控制

在家庭中，越來越多的人們感受到，很多時間出門在外，不便于關(guān)注家里的情況，有必要在家里安裝遠程可操縱的可移動的監(jiān)控設備，以方便自己隨時隨地的監(jiān)控住宅里的情況?；谝陨蠁栴}，我們設計了可移動的機器人，通過機器人身上的攝像頭進行全角度的視頻圖像捕捉，并采用視頻壓縮方法將圖像轉(zhuǎn)換成高壓縮的視頻格式，在Internet網(wǎng)、5G手機網(wǎng)、LAN等多種網(wǎng)絡中進行視頻傳輸，并可以通過上述網(wǎng)絡遠程操作控制機器人來完成所要完成的任務。

2.3 智能手表作為無線網(wǎng)絡控制器的控制功能和實現(xiàn)方法

智能手表移動終端可以實現(xiàn)遠程機器人控制、家電（電飯鍋、電冰箱、電視及空調(diào)）控制及傳感器信號采集（溫度、有毒氣體），即實現(xiàn)遠程家務操作?？刂瞥绦蚪缑嫒鐖D2所示。

（1）智能手表通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程的機器人運動控制，包括前進、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，并可設定運動步長。為了實現(xiàn)可靠性傳輸。智能手表首先與系統(tǒng)中央控制器進行連接，連接成功后將相應的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)送到中央控制器，中央控制器指派給執(zhí)行終端，并控制機器人進行相應的運動。

（2）通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程的溫度采集控制，并獲取當前室內(nèi)溫度值，在智能手表終端進行顯示。智能手表與系統(tǒng)中央控制器進行連接，連接成功后將相應的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)送到中央控制器，中央控制器指派給執(zhí)行終端。執(zhí)行終端進行溫度采集，讀入數(shù)據(jù)并回傳給中央控制器，中央控制器再將溫度值發(fā)送到智能手表終端，即響應用戶獲取溫度的請求。

（3）通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程電器開關(guān)控制，包括電燈開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)、電視開關(guān)、空調(diào)開關(guān)、電飯鍋開關(guān)、電冰箱開關(guān)等。智能手表與系統(tǒng)中央控制器進行連接，連接成功后將相應的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)送到中央控制器，中央控制器指派給執(zhí)行終端，進而控制電器開啟或關(guān)閉。

3 結(jié)論

該文設計了一種基于智能手表和5G網(wǎng)絡的智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)功能及特點主要有以下3個方面。

（1）多網(wǎng)絡接入：用戶可使用智能手表、手環(huán)、PDA、計算機或手機等終端設備，通過5G（2G～4G也可以）網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)（WAN）或局域網(wǎng)（LAN）接入系統(tǒng)。

（2）網(wǎng)絡化控制：在有上述網(wǎng)絡覆蓋的任何地點，用戶可通過終端控制家用電器和機器人，實現(xiàn)遠程家務以及特殊環(huán)境下的工作，如代替人類進行救援、勘測和管道作業(yè)等。

（3）智能化監(jiān)視：用戶可隨時利用終端收看遠程機器人攝像頭采集的視頻，并對視頻進行智能化處理，包括運動目標檢測、報警、跟蹤及識別和視頻檢索。

參考文獻

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