王賀迪+劉經(jīng)緯

摘 要：隨著Apple Watch的誕生和5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的到來(lái)，智能穿戴設(shè)備逐步成為了最方便、最時(shí)尚的移動(dòng)終端設(shè)備，智能家居已經(jīng)成為了只能穿戴設(shè)備的重要功能。如今的智能家居系統(tǒng)功能有限、安裝復(fù)雜、價(jià)格高昂，無(wú)法走進(jìn)千家萬(wàn)戶。同時(shí)，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(shí)看護(hù)，家用電燈和電器的遙控開(kāi)啟等。為此，該研究設(shè)計(jì)了一種基于智能手表的智能家居系統(tǒng)，以最方便時(shí)尚的方式實(shí)現(xiàn)智能家居。

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

中圖分類號(hào)：G641 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shí)尚的智能穿戴設(shè)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(huì)希望隨時(shí)實(shí)隨地照看家里老人、小孩和監(jiān)視屋內(nèi)環(huán)境狀況，遠(yuǎn)程控制家用電器；公司主管經(jīng)常需要對(duì)經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所的情況進(jìn)行快捷了解，或與流動(dòng)的工作人員進(jìn)行即時(shí)的視頻溝通；臨時(shí)會(huì)場(chǎng)、露天展臺(tái)的組織者需要安裝監(jiān)控設(shè)備照看自己的展區(qū)和展品。

然而，經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的各類智能設(shè)備和系統(tǒng)并不能很好地滿足以上需求。目前市場(chǎng)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(shè)計(jì)、智能化程度低、系統(tǒng)擴(kuò)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(méi)有被廣泛應(yīng)用。

面對(duì)供求之間的斷層，該研究應(yīng)用智能手表、5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)設(shè)計(jì)了一套基于智能穿戴設(shè)備的智能家居系統(tǒng)來(lái)解決上述問(wèn)題，重點(diǎn)突出時(shí)尚和便利兩大特征。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)概述

基于智能穿戴設(shè)備的智能家居系統(tǒng)分為三個(gè)部分：中央服務(wù)器、遠(yuǎn)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(jiàn)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(fù)責(zé)系統(tǒng)的所有任務(wù)調(diào)度和指派，首先接收遠(yuǎn)程控制終端的命令，將不同請(qǐng)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(yuǎn)程控制終端。受控終端執(zhí)行器既可以控制家用電器的開(kāi)關(guān)，也可以調(diào)節(jié)點(diǎn)燈亮度，還負(fù)責(zé)家居中各類傳感器的信號(hào)處理（溫度、有毒氣體等）。

圖1左上部分是運(yùn)行服務(wù)部門（中央服務(wù)器），由通信服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器及Web服務(wù)器構(gòu)成。系統(tǒng)通過(guò)Web服務(wù)器提供網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播服務(wù)，使用戶可以輕松地通過(guò)瀏覽網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻控制。系統(tǒng)利用電信部門的通信服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)手機(jī)終端的接入。應(yīng)用程序服務(wù)器則是針對(duì)各項(xiàng)服務(wù)而開(kāi)發(fā)的服務(wù)器，例如，鑒權(quán)服務(wù)器用于系統(tǒng)的安全保障工作。

圖1左下部分是遠(yuǎn)程控制終端（智能手表與手環(huán)）。此模塊設(shè)計(jì)了各類終端應(yīng)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的寵物、小孩、老人的監(jiān)護(hù)和照料等功能。

2.2 系統(tǒng)的主要功能

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)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(jī)、PDA（掌上電腦）等）通過(guò)任何網(wǎng)絡(luò)（Internet、5G、LAN）實(shí)現(xiàn)多功能的遠(yuǎn)程操控，如燒水、開(kāi)關(guān)空調(diào)、開(kāi)關(guān)門禁、控制窗簾、強(qiáng)行開(kāi)斷電源等。例如：中國(guó)用戶在美國(guó)出差，可以通過(guò)手機(jī)為家里老人調(diào)節(jié)空調(diào)溫度，通過(guò)PDA遙控機(jī)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(jué)監(jiān)控技術(shù)，進(jìn)行異常檢測(cè)和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)家中汽車等目標(biāo)的智能視頻監(jiān)控。例如：小偷靠近家居時(shí)，攝像頭會(huì)智能地檢測(cè)到小偷并發(fā)送視頻或圖片到用戶的手機(jī)等終端。又如小偷靠近汽車時(shí)，車內(nèi)攝像頭會(huì)智能地檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常時(shí)發(fā)送視頻或圖片到車主的手機(jī)等終端。

2.2.3 遠(yuǎn)程機(jī)器人控制

在家庭中，越來(lái)越多的人們感受到，很多時(shí)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(yuǎn)程可操縱的可移動(dòng)的監(jiān)控設(shè)備，以方便自己隨時(shí)隨地的監(jiān)控住宅里的情況?；谝陨蠁?wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了可移動(dòng)的機(jī)器人，通過(guò)機(jī)器人身上的攝像頭進(jìn)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(jī)網(wǎng)、LAN等多種網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行視頻傳輸，并可以通過(guò)上述網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操作控制機(jī)器人來(lái)完成所要完成的任務(wù)。

2.3 智能手表作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器的控制功能和實(shí)現(xiàn)方法

智能手表移動(dòng)終端可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程機(jī)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(hào)采集（溫度、有毒氣體），即實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程家務(wù)操作?？刂瞥绦蚪缑嫒鐖D2所示。

（1）智能手表通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制，包括前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，并可設(shè)定運(yùn)動(dòng)步長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)可靠性傳輸。智能手表首先與系統(tǒng)中央控制器進(jìn)行連接，連接成功后將相應(yīng)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(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。

（2）通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的溫度采集控制，并獲取當(dāng)前室內(nèi)溫度值，在智能手表終端進(jìn)行顯示。智能手表與系統(tǒng)中央控制器進(jìn)行連接，連接成功后將相應(yīng)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(jìn)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(yīng)用戶獲取溫度的請(qǐng)求。

（3）通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電器開(kāi)關(guān)控制，包括電燈開(kāi)關(guān)和亮度調(diào)節(jié)、電視開(kāi)關(guān)、空調(diào)開(kāi)關(guān)、電飯鍋開(kāi)關(guān)、電冰箱開(kāi)關(guān)等。智能手表與系統(tǒng)中央控制器進(jìn)行連接，連接成功后將相應(yīng)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(jìn)而控制電器開(kāi)啟或關(guān)閉。

3 結(jié)論

該文設(shè)計(jì)了一種基于智能手表和5G網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)功能及特點(diǎn)主要有以下3個(gè)方面。

（1）多網(wǎng)絡(luò)接入：用戶可使用智能手表、手環(huán)、PDA、計(jì)算機(jī)或手機(jī)等終端設(shè)備，通過(guò)5G（2G～4G也可以）網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)（WAN）或局域網(wǎng)（LAN）接入系統(tǒng)。

（2）網(wǎng)絡(luò)化控制：在有上述網(wǎng)絡(luò)覆蓋的任何地點(diǎn)，用戶可通過(guò)終端控制家用電器和機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程家務(wù)以及特殊環(huán)境下的工作，如代替人類進(jìn)行救援、勘測(cè)和管道作業(yè)等。

（3）智能化監(jiān)視：用戶可隨時(shí)利用終端收看遠(yuǎn)程機(jī)器人攝像頭采集的視頻，并對(duì)視頻進(jìn)行智能化處理，包括運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、報(bào)警、跟蹤及識(shí)別和視頻檢索。

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