智能家居手表

王昭武 邓天金 马馨雅 赵黎鹏 林超伦 刘潇元

摘要

简介一种基于ARM设计的智能家居手表，该设计结合时下两大最热的研究方向——智能家居和智能手表，通过WIFI和蓝牙为传输媒介，手表为控制终端，家居受控端，实现家居设备与手表互联的效果。手表在具有普通手表功能的基础上，还可以做到与家居互联的效果，并且还具有采集用户的运动数据、定位当前位置、查询天气等功能。为用户的日常生活提供更加智能、方便的体验。

【关键词】智能可穿戴设备 智能家居系统Wi-Fi 蓝牙 GPS

1 引言

目前家庭生活作为组成人们日常生活的重要部分，如何搭建一个方便使用、高效率、低成本的智能家居系统一直是近来信息技术从业者们研究的一个热点问题。本设计从该角度出发，以智能手表为出发点，设计了一款可穿戴的控制家居系统的智能手表。智能手表作为一个可穿戴的移动设备，具有占比小、质量好、便携性好、操作简便、传输实时的特点，加入与家居设备互联、与网络互联、与手机互联的效果。以最从方便时尚的方式实现智能家居，给人们带来更多的智能体验。

2 系统总体设计和功能

该设计的系统结构框图如图1所示，具体实物框架图如图2所示。时钟芯片获取实时时钟，GPS模块获取用户所在位置的经纬度，并通过单片机将数据发送给Wi-Fi模块，Wi-Fi模块通过接入互联网接入天气API接口將数据上传以获取当地天气信息，蓝牙模块负责家居设备的控制，运动传感器采集运动数据，而TFT显示屏则负责显示这些最终信息。

手表功能如下：

（1）该手表兼具普通手表的功能。以小巧的TFT_LCD为显示屏，可显示时钟、闹钟、秒表，且时钟和闹钟皆可按键手动调整。

（2）使用该手表进行家电的控制。用户进入家居控制界面，通过对该界面的提示语句做出相关的操作，如开启灯光指令，当用户选中灯光控制图标时，系统显示当前所有可控制的灯光，用户通过按键操作控制即可。

（3）记录用户每天的步数。通过内置的MPU6050传感器模块记录用户每天的步数，衡量用户每天的运动量，做出相应的数据分析，为用户提供近来的运动数据。

（4）查询当地天气的信息，内置Wi-Fi、GPS模块，可通过卫星定位，获取当地位置，并通过Wi-Fi模块将位置上传，获取当地的近来的天气信息，为用户提供相关的出行信息。

（5）日历查询，普通的手表仅仅可以显示时间，而该设计提供农历时间查询，并会显示查询当天的有关节日信息，而且在重要节日之时，系统也会在主界面显示告知用户。

2 系统硬件设计

智能家居手表原理图如图3所示，手表硬件设计以STM32为主控制器，并配置了GPS模块、运动传感器模块、Wi-Fi、蓝牙等模块。各个模块之间相互联系，模块之间以单片机最小系统为核心部分，通过单片机上的IO口对各个模块上传数据分析，做出相应的逻辑判断或运算并显示在显示屏和下发相关指令到模块上。

2.1 微控制器模块

控制器采用德意法半导体公司生产的高性能、低功耗单片机STM32F103ZET6，工作频率可达72MHZ，片上集成512KB的Flash存储器、64KB的SRAM存储器，具有3个通用定时器级3个USAR7、一个USB，且自带唤醒功能的低功耗模式。

2.2 蓝牙模块

蓝牙部分采用的HC05，HC05是一款高性能的主从一体蓝牙串口模块。模块中内置AT指令丰富，当蓝牙设备与蓝牙设备配对连接成功后，可直接忽视蓝牙内部的通信协议，直接将将蓝牙当做串口用。当建立连接，两设备共同使用一通道也就是同一个串口，一个设备发送数据到通道中，另外一个设备便可以接收通道中的数据。且从主可相互切换，方便用户操作。

2.3 Wi-Fi模块

Wi-Fi模块采用ESP8266模块，ESP8266内部时钟速度最高可达160MHz，且该芯片本身就是专为移动设备、可穿戴电子产品和物联网应用而设计，用户只需通过串口发送相关的指令，即可控制该模块。

2.4 运动传感器模块

运动传感器采用MPU6050六轴传感器，该传感器的I2C端口以单一数据流的形式向应用端输出完整的9轴融合演算技术InvenSense的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，且并为应用开发提供架构化的API接口。

2.5 GPS模块

GPS模块采用GPS和北斗双定位模块S1216，模块可通过串口进行各种参数设置，并可保存在内存FLASH，通过串口通信便可获得GPS/北斗信息，包括精度、纬度、高度、速度、用于定位的卫星数、可见卫星数、UTC时间等信息。

2.6 液晶显示屏部分

液晶显示屏部分采用的是TFT_LCD液晶屏。为现如今的主流显示器，该液晶屏具有低压应用，低驱动电压，固体化使用安全性和可靠性高等特点;本设计中采用的是1.44寸的TFT_LCD，较为小巧，驱动IC为ST7735，支持65K色显示，分辨率为128*128。

3 系统软件设计

系统软件框图如图4所示。系统软件的设计包含UC/OS-Ⅱ实时操作系统的移植，首先系统先完成所有片上设备的初始化，并建立相应的任务及任务优先等级排序表，初始化完成后系统进入主界面，等待相应的按键按下，通过对应用层的每个功能进行标志位设定，如家居控制设定为一个标志位，当用户通过相应的按键操作进入功能选择界面时，在功能选择界面中，如果家居控制标志位置1，表示选中，系统进入该部分，用户依然通过按键操作执行相应的指令操作，而其他功能的操作流程也是如此。由于对按键的响应速度要迅速，所以每个按键接在单片机的外部中断口。

4 结语

将智能手表与智能家居系统相结合是目前市场并未开发的部分。因此，如果将两者结合将会创造出非凡的市场响应。智能手表具有相当大的扩展功能，使得其具有更加的开发的优势;如果可以将家居和手表的结合，则可携带式设备在未来市场必将有很大空间，而且将两者的结合也是必然之势。

（指导教师：刘洪涛）

参考文献

[1]韩文雅.基于交互设计技术的可穿戴式智能设备设计[D].华北电力大学，2015.

[2]刘静，杨正校，沈健.基于Wi-Fi的安卓智能家居控制与监测系统的设计[J].软件，2014，35（06）：19-22.

[3]李娜.基于人体运动状态识别的可穿戴健康监测系统研究[D].北京工业大学，2013.

[4]吴梦想.基于低功耗蓝牙智能健康手表的设计[D].宁夏大学，2017.