基于智能手表的智能家居系统

王贺迪+刘经纬

摘 要：随着Apple Watch的诞生和5G移动互联网络的到来，智能穿戴设备逐步成为了最方便、最时尚的移动终端设备，智能家居已经成为了只能穿戴设备的重要功能。如今的智能家居系统功能有限、安装复杂、价格高昂，无法走进千家万户。同时，与人们日常生活息息相关的需求难以得到满足，如宠物、小孩和老人的随时看护，家用电灯和电器的遥控开启等。为此，该研究设计了一种基于智能手表的智能家居系统，以最方便时尚的方式实现智能家居。

关键词：智能手表 智能家居 远程控制 5G移动互联网

中图分类号：G641 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（b）-0001-02

1 研究背景和原因

随着人们生活水平和节奏的不断提高，方便时尚的智能穿戴设备逐渐成为了人们更受欢迎的生活必需品。出差在外的人们会希望随时实随地照看家里老人、小孩和监视屋内环境状况，远程控制家用电器；公司主管经常需要对经营场所的情况进行快捷了解，或与流动的工作人员进行即时的视频沟通；临时会场、露天展台的组织者需要安装监控设备照看自己的展区和展品。

然而，经市场调研发现，现有的各类智能设备和系统并不能很好地满足以上需求。目前市场上的产品存在五大缺陷：携带佩戴不方便、产品缺失完美的工业设计、智能化程度低、系统扩展能力有限、成本高。因此，智能家居虽然已经被提出多年，但是一直都没有被广泛应用。

面对供求之间的断层，该研究应用智能手表、5G移动互联网络等技术设计了一套基于智能穿戴设备的智能家居系统来解决上述问题，重点突出时尚和便利两大特征。

2 系统设计概述

2.1 系统架构概述

基于智能穿戴设备的智能家居系统分为三个部分：中央服务器、远程控制终端（智能手表）和受控终端（智能家居中的电器等）。系统架构参见图1。

图1右侧部分是受控终端，放置在智能家居中。由智能家居家电控制器和通讯执行器构成。其中控制器负责系统的所有任务调度和指派，首先接收远程控制终端的命令，将不同请求分发给各种执行器去执行，最后将结果回传给远程控制终端。受控终端执行器既可以控制家用电器的开关，也可以调节点灯亮度，还负责家居中各类传感器的信号处理（温度、有毒气体等）。

图1左上部分是运行服务部门（中央服务器），由通信服务器、应用程序服务器及Web服务器构成。系统通过Web服务器提供网络视频点播服务，使用户可以轻松地通过浏览网页实现远程视频控制。系统利用电信部门的通信服务器，实现手机终端的接入。应用程序服务器则是针对各项服务而开发的服务器，例如，鉴权服务器用于系统的安全保障工作。

图1左下部分是远程控制终端（智能手表与手环）。此模块设计了各类终端应用软件，用户只需将其安装在终端上，便能安全、快捷地接入并控制该系统，实现网络化的宠物、小孩、老人的监护和照料等功能。

2.2 系统的主要功能

2.2.1 网络化家居控制

用户在任何地方使用任何装备（智能手表、手环、电脑、手机、PDA（掌上电脑）等）通过任何网络（Internet、5G、LAN）实现多功能的远程操控，如烧水、开关空调、开关门禁、控制窗帘、强行开断电源等。例如：中国用户在美国出差，可以通过手机为家里老人调节空调温度，通过PDA遥控机器人视频直播家里的情况。

2.2.2 智能化家居安防

采用智能视觉监控技术，进行异常检测和报警，实现家中汽车等目标的智能视频监控。例如：小偷靠近家居时，摄像头会智能地检测到小偷并发送视频或图片到用戶的手机等终端。又如小偷靠近汽车时，车内摄像头会智能地检测到运动目标，当监测到异常时发送视频或图片到车主的手机等终端。

2.2.3 远程机器人控制

在家庭中，越来越多的人们感受到，很多时间出门在外，不便于关注家里的情况，有必要在家里安装远程可操纵的可移动的监控设备，以方便自己随时随地的监控住宅里的情况。基于以上问题，我们设计了可移动的机器人，通过机器人身上的摄像头进行全角度的视频图像捕捉，并采用视频压缩方法将图像转换成高压缩的视频格式，在Internet网、5G手机网、LAN等多种网络中进行视频传输，并可以通过上述网络远程操作控制机器人来完成所要完成的任务。

2.3 智能手表作为无线网络控制器的控制功能和实现方法

智能手表移动终端可以实现远程机器人控制、家电（电饭锅、电冰箱、电视及空调）控制及传感器信号采集（温度、有毒气体），即实现远程家务操作。控制程序界面如图2所示。

（1）智能手表通过无线网络实现远程的机器人运动控制，包括前进、后退、左转和右转，并可设定运动步长。为了实现可靠性传输。智能手表首先与系统中央控制器进行连接，连接成功后将相应的控制命令转发送到中央控制器，中央控制器指派给执行终端，并控制机器人进行相应的运动。

（2）通过无线网络实现远程的温度采集控制，并获取当前室内温度值，在智能手表终端进行显示。智能手表与系统中央控制器进行连接，连接成功后将相应的控制命令转发送到中央控制器，中央控制器指派给执行终端。执行终端进行温度采集，读入数据并回传给中央控制器，中央控制器再将温度值发送到智能手表终端，即响应用户获取温度的请求。

（3）通过无线网络实现远程电器开关控制，包括电灯开关和亮度调节、电视开关、空调开关、电饭锅开关、电冰箱开关等。智能手表与系统中央控制器进行连接，连接成功后将相应的控制命令转发送到中央控制器，中央控制器指派给执行终端，进而控制电器开启或关闭。

3 结论

该文设计了一种基于智能手表和5G网络的智能家居系统，系统功能及特点主要有以下3个方面。

（1）多网络接入：用户可使用智能手表、手环、PDA、计算机或手机等终端设备，通过5G（2G～4G也可以）网络、互联网（WAN）或局域网（LAN）接入系统。

（2）网络化控制：在有上述网络覆盖的任何地点，用户可通过终端控制家用电器和机器人，实现远程家务以及特殊环境下的工作，如代替人类进行救援、勘测和管道作业等。

（3）智能化监视：用户可随时利用终端收看远程机器人摄像头采集的视频，并对视频进行智能化处理，包括运动目标检测、报警、跟踪及识别和视频检索。

参考文献

[1] 高小平.中国智能家居的现状及发展趋势[J].低压电器，2005（4）：18-21.

[2] 张磊磊.嵌入式Web Server智能家居控制器的研究及实现[D].陕西：西安科技大学，2008.

[3] 严萍，张兴敢，柏业超，等.基于物联网技术的智能家居系统[J].南京大学学报自然科学，2012，48（1）：26-32.