硬件开发:熟练使用Arduino、ESP32、STM32等开发板进行硬件原型设计,能完成传感器(温湿度、光照、压力等)与执行器(电机、继电器等)的电路搭建与调试,掌握Altium Designer或立创EDA进行PCB设计
编程语言:精通C/C++实现嵌入式系统功能开发,熟练运用Python进行数据处理、脚本编写及简单后端开发,熟悉JavaScript实现网页端或小程序端交互功能
物联网通信:掌握MQTT、HTTP/HTTPS协议实现设备与云端/移动端通信,熟悉Wi-Fi、蓝牙(BLE)、4G/NB - IoT等无线通信技术的配置与应用
云平台应用:能将设备接入阿里云IoT、腾讯云IoT或OneNET等平台,配置规则引擎、数据存储与可视化界面。
软件开发工具:熟练使用Keil、VS Code进行代码编辑与调试,掌握Git进行版本控制,熟悉Postman调试API接口
系统整合:具备将硬件电路、嵌入式软件、通信协议及云平台整合为完整物联网系统(如智能家居子系统、环境监测装置)的能力,可完成从需求分析到调试交付的全流程工作
基于ESP32的智能外卖柜控制系统开发
项目名称:校园智能外卖柜无接触配送系统(ESP32方案)
项目周期:2024.03-2024.06(课程设计/自主实践)
项目背景
针对校园外卖高峰期配送效率低、餐品易丢失、人员聚集风险等问题,设计一套基于ESP32的智能外卖柜系统,实现“配送员存餐-用户扫码取餐-云端数据管理”全流程智能化,提升校园生活服务效率
技术架构
模块 技术/工具
硬件核心 ESP32开发板(集成Wi-Fi/BLE,支持低功耗运行)、舵机(柜门控制)、DS18B20温度传感器、RFID读卡器(身份验证)、蜂鸣器(取餐提醒)。
通信协议 MQTT(设备与云端通信)、HTTP(小程序API调用)、OneWire(温度传感器数据读取)。
云端平台 腾讯云IoT Explorer(设备接入、数据存储、规则引擎配置)。
前端开发 微信小程序(用户端:扫码取餐、订单查询;管理端:柜体状态监控、故障报警)。
实施过程
1. 硬件设计与搭建(40%)
电路设计:使用立创EDA绘制原理图,实现ESP32与舵机(控制8个柜门)、温度传感器、RFID模块的电路连接,确保多设备IO口资源合理分配。
功能调试:
验证舵机角度控制精度(误差<1°),确保柜门开关无卡顿;
测试DS18B20在-10℃~50℃范围内的测温精度(误差±0.5℃),满足餐品保温监测需求;
集成RFID读卡器实现配送员身份认证(刷卡开柜存餐),用户端通过微信小程序生成动态二维码取餐。
2. 嵌入式软件开发(30%)
核心逻辑:基于Arduino框架编写ESP32固件,实现:
周期性采集温度数据并通过MQTT上传至腾讯云(间隔5分钟,异常温度触发实时报警);
解析云端指令(如“开柜取餐”),控制对应舵机动作并反馈柜门状态;
低功耗优化:空闲时进入Deep Sleep模式(功耗<10μA),通过RFID刷卡/微信指令唤醒。
3. 云端与前端整合(30%)
腾讯云配置:
创建产品与设备,定义物模型(柜门状态、温度、电量等属性);
配置规则引擎,将温度数据同步至MySQL数据库,异常数据触发短信报警(对接腾讯云短信服务)。
微信小程序开发:
用户端:扫码后调用云端API获取开柜指令,显示取餐码与柜号,支持历史订单查询;
管理端:实时显示所有柜体的温度、柜门状态,支持远程重启设备、导出存取记录Excel表。
解决的关键问题
1. 多设备通信稳定性:
初期出现MQTT断连导致开柜失败,通过增加重连机制(自动重试3次+心跳包检测),将断连率从15%降至0.5%以下。
2. 低温环境适配:
在北方校园测试时,-15℃环境下ESP32启动异常,通过增加加热片(由继电器控制)并优化代码启动逻辑,确保-20℃~60℃环境稳定运行。
3. 用户体验优化:
取餐时蜂鸣器提示音过短导致用户漏听,增加“连续3次短鸣+LED灯闪烁”组合提醒,取餐成功率提升至99%。
项目成果
1. 技术成果:
完成从硬件电路设计到云端部署的全流程开发,系统平均响应时间<2秒,温度监测误差±0.3℃,设备故障率<1%/月;
输出《ESP32智能外卖柜硬件原理图》《MQTT通信协议文档》《微信小程序API接口说明》等技术文档。
2. 应用价值:
在学校食堂试点部署2台设备,覆盖500+用户,高峰期(12:00-13:00)配送效率提升40%,餐品丢失率从8%降至0.5%;
作为课程设计获校级“优秀实践项目”,相关代码开源至GitHub(获200+Star),为同类项目提供参考。
3. 个人能力提升:
掌握ESP32在复杂场景下的硬件驱动开发与低功耗优化;
熟悉腾讯云IoT平台全链路操作,具备“设备端-云端-前端”协同开发经验;
强化跨模块调试能力(如硬件故障定位、网络抓包分析MQTT通信问题)。
项目亮点
性价比优势:单柜硬件成本控制在800元以内(对比商用设备降低60%),适合中小规模场景部署;
可扩展性:预留485接口,支持后期扩展摄像头(AI识别餐品类型)、称重传感器(超时未取自动提醒)等功能。