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设备联网·
环境监测
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30章 实战体系
📡 从传感器到云端 · 全栈数据采集方案
🎯 友好色系
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01
物联网环境监测概述
什么是物联网环境监测
典型应用场景：智慧农业·工业环保·智能楼宇
系统整体架构：感知层·网络层·应用层
02
传感器选型与原理
温湿度(DHT22/SHT30) · PM2.5(PMS5003)
CO₂(MH-Z19B) · 光照(BH1750)
选型要点与接口协议
03
数据采集终端硬件设计
主控芯片选型：ESP32 / STM32
电源管理电路 · 信号调理电路
PCB设计注意事项
04
嵌入式固件开发（一）
传感器驱动开发 · DHT22单总线协议
编写读取温湿度C代码
05
嵌入式固件开发（二）
多传感器轮询策略
数据滤波算法：滑动平均·中值滤波
数据缓存与打包
06
通信协议选择
有线(RS485/Modbus) vs 无线(Wi-Fi/LoRa/NB-IoT/4G)
各协议优缺点对比 · 选型决策树
07
Wi-Fi联网方案
ESP32连接Wi-Fi热点 · TCP/IP协议栈
HTTP/HTTPS客户端实现 · 代码示例
08
LoRa远距离通信
LoRa调制原理 · SX1278芯片配置
点对点通信与LoRaWAN协议栈
发送接收示例
09
NB-IoT窄带物联网
NB-IoT特点 · BC26/BC95模块AT指令集
数据上云流程 · 常见问题排查
10
数据上云协议（MQTT）
MQTT协议原理：发布/订阅、QoS等级
ESP32连接阿里云IoT平台 · 代码实战
11
数据上云协议（CoAP）
CoAP协议特点 · 与MQTT对比
在资源受限设备上的应用场景
12
边缘计算与预处理
边缘节点概念
终端设备数据聚合与异常检测
降低云端负载
13
云平台选型与搭建
阿里云IoT · 华为云IoT · AWS IoT Core
ThingsBoard开源平台 · 功能对比与选型建议
14
云端数据接收服务
Node.js/Python搭建MQTT Broker(EMQX/Mosquitto)
HTTP数据接收API · 数据解析与入库
15
数据库设计
时序数据库(InfluxDB/TimescaleDB) vs 关系型(MySQL)
表结构设计 · 数据保留策略
16
数据存储与备份
数据写入优化：批量写入、缓存队列
数据备份方案：主从复制、冷热数据分离
17
后端API开发（RESTful）
Flask/FastAPI构建数据查询·设备管理·告警接口
JWT认证
18
实时数据处理与流计算
Apache Kafka + Flink/Spark Streaming
窗口聚合与告警触发
19
数据可视化大屏
Grafana/DataV搭建实时监控仪表盘
配置数据源 · 图表类型：折线图、仪表盘、地图
20
移动端监测应用
Flutter/React Native跨平台App
实时查看传感器数据 · 接收告警推送
21
设备管理平台
OTA远程固件升级 · 设备远程配置
设备状态监控与心跳检测
22
告警与通知机制
阈值告警 · 变化率告警 · 告警分级
多渠道通知：短信、邮件、钉钉/微信机器人
23
数据安全与隐私
TLS/SSL加密传输 · 设备身份认证(X.509/预共享密钥)
数据脱敏与访问控制
24
系统可靠性设计
设备断线重连机制 · 数据本地缓存与补传
云端服务冗余与负载均衡
25
低功耗设计
设备休眠模式 · 定时唤醒
数据发送策略优化 · 电池寿命估算
26
大规模设备接入
千万级设备接入架构
消息队列削峰填谷 · 水平扩展策略
27
测试与调试
传感器校准方法 · 通信链路测试(丢包率、延迟)
整机环境测试(高低温、湿度)
28
项目实战（一）智慧农业大棚
需求分析 · 设备选型 · 系统架构设计
29
项目实战（二）智慧农业大棚
硬件组装 · 固件开发 · 云平台配置 · 数据展示
30
项目总结与展望
常见问题复盘 · 技术选型反思
边缘AI与数字孪生趋势