物联网毕设构思

发表于
层次 具体内容 技术选型
ZigBee 节点 ZigBee 模块（如 XBee、CC2530）采集车内环境数据，定时发送到网关
网关边缘端 树莓派/工控机用 Java 实现：ZigBee 协议解析、数据缓存、预处理（异常检测、局部计算）使用 MQTT/HTTP 向后端推送 Java + jSerialComm（串口库） + Eclipse Paho（MQTT 客户端）
后端服务 Spring Boot 构建 RESTful API，接收网关推送的数据，存入数据库；提供前端查询接口 Spring Boot + Spring Web
数据库 MySQL（车辆基础信息）、InfluxDB（时序数据，如速度、温度、油量变化） Spring Data JPA + MySQL + InfluxDB
前端 Vue 搭建 Web 页面，显示实时数据和历史趋势；开发 Flutter 跨平台应用 Flutter 用 mqtt_client 或 http 库连接后端。WebSocket 实时推送

系统功能

远程控制（前端app控制后端）

  • ✅ 远程开锁 / 解锁
  • ✅ 远程启动 / 熄火
  • ✅ 远程空调 / 制热启动
  • ✅ 远程开关充电、查看充电状态
  • ✅ 远程寻车（闪灯、鸣笛）

📊 历史与分析

  • ✅ 历史行驶轨迹（某段时间内 GPS 路线）
  • ✅ 历史速度曲线、能耗曲线
  • ✅ 历史报警记录（超速、急刹车、碰撞、胎压异常）

⚠ 异常与报警

  • ✅ 实时推送：车门未锁、胎压低、碰撞报警
  • ✅ 消息中心：历史报警记录
  • ✅ Flutter 本地通知或 App 内消息提醒

🔧 车辆管理

  • ✅ 车辆绑定 / 多车切换
  • ✅ 基本信息：车牌号、型号、VIN、出厂时间
  • ✅ 远程升级（仅展示为功能，毕业设计中可省略实现）
  • ✨ 为什么选用 ZigBee 而不是 WiFi、蓝牙（功耗、组网能力）
  • ✨ 边缘计算做了哪些处理（减轻云端压力、实时响应）
  • ✨ 系统架构设计的合理性（分层、解耦、可扩展性）
  • ✨ 实际测试（比如模拟多个 ZigBee 节点、测试边缘侧响应速度）

硬件层（车载设备模拟）

  • ✅ 实时车辆位置（GPS 定位 + 地图显示）
  • ✅ 当前车速、里程、剩余电量 / 油量
  • ✅ 车内温度、胎压、碰撞状态
  • ✅ 车门、车窗、后备箱、充电口状态（开/关/异常）
要素 模拟方法
车速 用一个旋转编码器（模拟轮速），或直接 MCU 中用程序生成速度值
总里程 MCU 内部累加（速度 × 时间），输出里程值
温度 接温度传感器（如 DS18B20），或程序内写死模拟数据
油量/电量 接可调电位器模拟传感器输入，或 MCU 内部计算
碰撞 用震动传感器（震动检测模块 SW-420），或按键模拟
定位 如果需要 GPS，可加个 GPS 模块（或直接用 MCU 固定值模拟）
Arduino Uno 控制核心，生成模拟数据，驱动传感器，组装数据包，通过串口发给 ZigBee 模块（XBee、CC2530）
Zigbee 模块 XBee，无线发送数据到网关，与网关 ZigBee 模块建立网络（自组网或点对点）

通信技术选型

ZigBee 的特点：

  1. ✅ 低功耗
  2. ✅ 低速率（最大 250 kbps）
  3. ✅ 短距离（几十米，室内更稳定）
  4. ✅ 点对点 / 星型 / Mesh 网络

但它 主要用于家庭、工业短距无线，比如：智能家居（灯、传感器、窗帘）、工厂自动化（温湿度、振动监测）、小型物联网场景（传感器网络）

在车联网（特别是商用/工业级）场景，ZigBee 并不主流，原因：

  • ❌ 车速快、移动性强，ZigBee 不稳定
  • ❌ 带宽太小，不适合传视频、图片等
  • ❌ 没有直接连接互联网能力，需要网关中转

业内车联网实践用什么？

车联网（V2X, Vehicle-to-Everything）主流通信技术：

  • ✅ 蜂窝网络（4G/5G） → 广域通信、直连云端
  • ✅ Wi-Fi / DSRC（专用短程通信） → 车-车、车-路直接通信
  • ✅ 蓝牙 → 车内设备短距通信（手机、耳机、娱乐系统）
  • ✅ CAN 总线 / LIN 总线 → 车内模块互联（仪表盘、发动机、ECU）
  • ✅ 以太网（车载以太网） → 高速数据、ADAS 系统

命令处理

Java后端服务收到前端的JSON请求（controller），{"deviceId": "car-001", "action": "SET_SPEED", "value": 50}，翻译成对应的命令action+value（映射成底层的二进制包、AT 指令或其他节点协议格式），根据deviceId找路由到对应的网关，给硬件层发送对应的数据到串口。发送到Java边缘计算网关，网关再通过串口发送给节点。

  • 后端发出命令：0xA1 0x32 表示 SETSPEED 50
    • 0xA1 表示“设置速度”
    • 0x32 表示 50（十进制）
  • 解析命令类型和参数，调用对应的控制函数
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#define MOTOR_PIN 9

void setup() {
  Serial.begin(9600);      // 初始化串口
  pinMode(MOTOR_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
    //检查串口缓存区里有没有收到完整指令（2 字节）
  if (Serial.available() >= 2) {
    byte command = Serial.read();   // 读取1个命令字节
    byte value = Serial.read();     // 读取1个值字节

    if (command == 0xA1) {          // 设置速度命令
      setMotorSpeed(value);
    }
    // 你可以扩展更多命令，例如开灯、关灯、测温等
  }
}

void setMotorSpeed(byte speed) {
  int pwmValue = map(speed, 0, 100, 0, 255);  
    // 将 0~100 映射到 PWM 范围，然后
  analogWrite(MOTOR_PIN, pwmValue);
}

// 回传网关
Serial.write(0xC1);            // 回传温度命令
Serial.write(currentTemp);     // 回传温度值

指令 命令字节 参数值 对应函数
设置速度 0xA1 0~100 setMotorSpeed()
打开前灯 0xB1 1（开），0（关） setFrontLight()
读取温度 0xC1 无 sendTemperature()（回传数据）
设置方向 0xD1 0=左, 1=右, 2=直行 setDirection()

控制硬件的原理

Arduino 是一个单片机开发板，它的 GPIO（通用输入输出引脚） 可以输出两种信号：
✅ 数字信号（0 或 1，HIGH 或 LOW）
✅ 模拟信号（实际上是 PWM，模拟电压效果）

比如：

  • digitalWrite(pin, HIGH) → 给引脚拉高电平（5V）
  • analogWrite(pin, value) → 输出 PWM 信号，模拟“中间值”（比如 2.5V）

这些信号接到外接硬件（如电机驱动板、继电器、LED、蜂鸣器等），就能驱动实际动作。

例如 Arduino → 电机驱动芯片（如 L298N、TB6612，因为单片机供电能力太弱）→ 小车电机

以 L298N 为例：

  • IN1/IN2 → 接 Arduino 的数字引脚，用于控制转向（前/后）
    • 驱动芯片内部的 H 桥电路根据 IN1/IN2 决定电流方向 → 控制电机前进/后退
  • ENA（使能） → 接 Arduino 的 PWM 引脚，用于控制速度（调速）
    • PWM 占空比越高 → 平均电压越高 → 电机转速越快

Arduino 程序：

  • digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW); → 电机正转
  • analogWrite(ENA, pwmValue); → 电机调速

实际上，setMotorSpeed() 就是给 ENA 发送 PWM 信号。Arduino 发出的 PWM 信号 ≠ 直接供电，而是作为“调速指令”给驱动模块，驱动模块放大后再去推电机。

analogWrite() 向针脚写入PWM值

向针脚写入一个逻辑值 (PWM wave). 可以用来点亮LED灯,调整其亮度或者驱动一个电机,控制其转速. 调用analogWrite()函数后, 对应的针脚会输出一个稳定的,指定占空比的方波.(在这个针脚下一次调用analogWrite() ,或者调用**digitalRead()**或者 digitalWrite(),针脚的输出会改变为相应的函数执行), PWM信号的频率近乎于490Hz.

在大多数的Arduino板上(MCU为 ATmega168 or ATmega328), 函数起作用的针脚为 3, 5, 6, 9, 10, 和 11. 在 Arduino Mega板上, 起作用的针脚为 2 到 13. 老一点的Arduino 板,MCU是 ATmega8 的,analogWrite()只支持针脚9, 10, and 11. 在执行analogWrite()之前,不需要调用pinMode()函数把针脚设置成输出模式。下面是通过电位器控制led亮灭。

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int ledPin = 9;      // LED 连接至针脚 9
int analogPin = 3;   // 电位器连接至针脚3
int val = 0;         // 定义一个变量存储读取的值

void setup()
{
  pinMode(ledPin, OUTPUT);   // 把针脚设置成输出
}

void loop()
{
  val = analogRead(analogPin);   // 读取输入
  analogWrite(ledPin, val / 4);  
    // 模拟量值为 0 到 1023, analogWrite 输出量值范围是 0 到 255
}

软硬件协同

实现可以通过读取命令、或者直接电位器调节的方式设置模块。

  • 电位器接入 Arduino/ESP32 的 ADC（模拟输入）引脚
  • 电机驱动板的调速（ENA 引脚）接到 Arduino 的 PWM（模拟输出）引脚

MCU pwm值来源两个：一个是电位器，再有一个就是串口命令。原来串口命令能覆盖电位器，但是电位器发生明显变化也会反过来覆盖。

元件 接法
电位器（中间脚） 接 Arduino 的 A0（模拟输入引脚）
电位器（两边脚） 接 5V 和 GND
L298N ENA 接 Arduino 的 D9（PWM 输出引脚）
L298N IN1/IN2 接 Arduino 的 D7/D8（方向控制）
电机 接 L298N OUT1/OUT2
电源 给 L298N 单独供电（电机电流大时需分开供电） 
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const int potPin = A0;      // 电位器
const int pwmPin = 9;       // PWM 输出
const int in1Pin = 7, in2Pin = 8;

int pwmValue = 0;
int lastPotValue = 0;
bool usePotControl = false;

const int potThreshold = 5;  // 电位器变化的触发阈值

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(pwmPin, OUTPUT);
  pinMode(in1Pin, OUTPUT);
  pinMode(in2Pin, OUTPUT);
  digitalWrite(in1Pin, HIGH);
  digitalWrite(in2Pin, LOW);

  lastPotValue = analogRead(potPin);
}

void loop() {
  // 读取当前电位器值
  int potValue = analogRead(potPin);
  int potMapped = map(potValue, 0, 1023, 0, 255);

  // 检测电位器是否有明显变化
  if (abs(potValue - lastPotValue) > potThreshold) {
    usePotControl = true;  // 硬件优先
  }
  lastPotValue = potValue;

  // 监听串口命令（SET 0~255 / FORCE）
  if (Serial.available()) {
    String cmd = Serial.readStringUntil('\n');
    if (cmd.startsWith("SET ")) {
      int val = cmd.substring(4).toInt();
      pwmValue = constrain(val, 0, 255);
      usePotControl = false;  // 串口命令优先
    } else if (cmd.startsWith("FORCE")) {
      usePotControl = false;  // 强制回串口模式
    }
  }

  // 根据当前优先权，决定输出
  if (usePotControl) {
    pwmValue = potMapped;
  }

  analogWrite(pwmPin, pwmValue);

  delay(10);
}

  • ✅ 加遥控/蓝牙/Wi-Fi → 软件可以覆盖掉硬件值（比如远程命令优先）
  • ✅ 加启动平滑曲线 → 防止突然全速，保护电机
  • ✅ 加速度、刹车控制 → 除了速度，还能控制响应曲线
  • ✅ 加显示屏/LED → 显示当前速度百分比、方向状态
  • ✅ 加入状态反馈 → MCU 回发当前状态到远程端（比如当前速度）
  • ✅ 支持更多命令 → 不止调速，还能远程换方向、启停

网关（边缘计算+数据汇集）

✅ Java 边缘计算（网关）：

  • 网关侧硬件设计

    • 树莓派 / 工控机 + ZigBee 接收模块（用 USB ZigBee 模块，或直接插在串口）
    • Java 程序跑在网关，接收 ZigBee 数据包、解析、做边缘处理、转发给后端

  • 串口通信：jSerialComm 或 RXTX 库

  • 边缘计算：对采集数据做简单聚合、报警（如速度异常）

  • 本地缓存：可用 Ehcache、Caffeine

  • 通过 HTTP/MQTT（用 Eclipse Paho 客户端库） 上传给后端服务

后端（云服务器）

✅ Java 后端服务：

  • Spring Boot + Spring Web + Spring Data JPA/MyBatis
  • 定时任务、报警推送（可整合 WebSocket）
  • 存数据库（MySQL / PostgreSQL）：车辆、历史记录、报警、用户等表
  • 提供 RESTful 接口供前端查询
  • 支持 WebSocket / 推送：实时报警、状态更新

前端（跨平台移动端、uniapp）

✅ 前端：Flutter

  • 登录/注册（Flutter 接后端接口）

  • 实时车况显示（定时轮询 REST 接口，或者采用 WebSocket）[实时数据 InfluxDB]

  • 历史数据展示（速度、油量、温度曲线，用 fl_chart 或 syncfusion_flutter_charts）[历史数据 MySQL]

  • 异常报警（Flutter 本地通知、界面红色高亮、声音提醒）

  • 实时推送（如 WebSocket）→ 后端用 spring-boot-starter-websocket，Flutter 用 web_socket_channel

  • 状态管理：provider、riverpod 或 bloc

  • 实时数据：mqtt_client 或用定时轮询 HTTP

  • 地图：flutter_map（开源）或 Google Maps 插件

  • 图表：fl_chart 或 syncfusion_flutter_charts

  • 本地通知：flutter_local_notifications

界面 功能
登录界面 用户输入手机号 / 密码，调用后端接口登录
主界面 地图 + 车状态概览（位置、剩余油量、电池、电压、胎压、温度）
远程控制界面 按钮（开锁、上锁、闪灯、鸣笛、开空调、关空调）
历史数据界面 折线图（速度、油量、行驶里程），地图轨迹
报警 / 消息中心 列表（时间、类型、状态），可点击查看详情
设置界面 车辆信息、账号信息、退出登录