陳果 董致誠(chéng)

摘 要：隨著智能手表的誕生和5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信的到來，智能穿戴設(shè)備逐漸成為了市場(chǎng)上更為方便的智能工具。然而智能家居已經(jīng)成為了智能穿戴設(shè)備的重要功能之一。如今的智能家居系統(tǒng)功能有限、安裝復(fù)雜、價(jià)格高昂，也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致無法走進(jìn)千家萬戶。同時(shí)與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的需求難以得到滿足，如小孩和老人的隨時(shí)看護(hù)、家用電燈和電器的遙控開啟等。為此，設(shè)計(jì)一款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，讓更多的人體驗(yàn)到科技改變社會(huì)，給人們生活帶來的便利。

關(guān)鍵詞：智能；穿戴設(shè)備；改變；生活

一、研究背景和原因

家居智能化在近幾年越來越受到人們的重視，智能化的設(shè)備也在不停的沖擊著人們的世界觀。智能這個(gè)名詞，不斷的帶給我們無限的驚喜。在這種智能化的洪流之下，幾乎所有的人都不由自主的在想，可不可以或者說有沒有可能，把我們生活中息息相關(guān)的一些家具，也變成智能化。比如海爾的全自動(dòng)智能洗衣機(jī)，美的的智能空調(diào)，以及其他智能產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的問世都標(biāo)志著人們對(duì)未來智能家居行業(yè)的期望與探索的決心，在傳統(tǒng)的設(shè)備中，幾乎所有的電器都是需要人工打開或者關(guān)閉，這樣就導(dǎo)致一個(gè)問題，比如有人下班以后，非常熱，想要快速的享受到?jīng)鏊沫h(huán)境，但是空調(diào)的工作條件，工作方式不能讓房間迅速的冷卻下來。同時(shí)，現(xiàn)在家庭中老人在在家，得不到事實(shí)的看護(hù)。如是設(shè)計(jì)了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。

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，但是一直都沒有很好的標(biāo)準(zhǔn)來限定。面對(duì)供求之間的斷層，該研究應(yīng)用智能手表、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)來解決上述問題，重點(diǎn)突出時(shí)尚和便利兩大特征。

二、智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

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）。

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）。

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瀏覽網(wǎng)頁實(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)而開發(fā)的服務(wù)器，如鑒權(quán)服務(wù)器用于系統(tǒng)的安全保障工作。

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。

三、智能系統(tǒng)的主要功能

（一）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)、電腦等）通過任何網(wǎng)絡(luò)（Internet、5G、LAN）實(shí)現(xiàn)多功能的遠(yuǎn)程操控，如燒水、開關(guān)空調(diào)、開關(guān)門禁、控制窗簾、強(qiáng)行開斷電源等。如湖北用戶在杭州出差，可以通過手機(jī)為家里老人調(diào)節(jié)空調(diào)溫度，通過智能手表遙控機(jī)器人視頻直播家里情況。

（二）智能化家居安防

采用智能視覺監(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。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)送視頻或圖片到用艫氖只等終端。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。

（三）遠(yuǎn)程機(jī)器人控制

現(xiàn)在越來越多的人感受到，上班族出門在外，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。基于以上問題，通過設(shè)計(jì)可移動(dòng)的機(jī)器人，通過機(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，并可以通過上述網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操作控制機(jī)器人來完成所要完成的任務(wù)。

（四）智能手表作為無線網(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。

智能手表通過無線網(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)。

通過無線網(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，然后再將溫度值發(fā)送到智能手表終端，即響應(yīng)用戶獲取溫度的請(qǐng)求。

通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電器開關(guān)，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(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)而控制電器開啟或關(guān)閉。

四、研究結(jié)論

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。

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4G（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)。

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。

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)別和視頻檢測(cè)。

（作者單位：武漢東湖學(xué)院）