跳转到内容
ESP32 IoT 教程

项目架构概述

项目架构概述

概述

Section titled “概述”

本节介绍资产追踪项目，该项目利用 RFID 技术与 ESP32 微控制器相结合，创建用于人员和资产管理的签到/签退系统。学习完本节后，您将能够：

  • 理解基于 RFID 的追踪系统的整体架构
  • 识别所涉及的关键硬件和软件组件
  • 描述从 RFID 扫描到数据库记录的数据流
  • 认识本项目在阿里巴巴国际站上应对的客户场景

前置要求

Section titled “前置要求”

开始本节前，请确保您熟悉：

  • ESP32 基本功能（参见第 01 章）
  • MQTT 协议基础（参见第 06 章）
  • Node-RED 基本概念（参见第 09 章）
  • Docker 容器基础（参见第 07 章）

阿里巴巴国际站客户场景

Section titled “阿里巴巴国际站客户场景”

目标客户

Section titled “目标客户”

阿里巴巴国际站上需要以下功能的国际买家：

  • 工厂考勤追踪：记录员工签到/签退时间
  • 工具和资产管理：跟踪设备、工具或资产的借用/归还
  • 库存进出记录：记录物品进出仓库
  • 工单追踪：将工人时间与特定生产订单关联

客户痛点

Section titled “客户痛点”
痛点本方案的解决方案
手动时间记录容易出错RFID 扫描提供自动化、准确的记录
纸质记录难以分析数字记录实现报告和分析
追踪不力导致工具丢失每次扫描记录谁拥有什么资产及何时
难以计算劳动力成本时间记录自动关联到项目

系统架构

Section titled “系统架构”

高层概览

Section titled “高层概览”
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    资产追踪系统                            │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                          │
│  [RFID 标签] ──→ [RC522 读取器] ──→ [ESP32]              │
│       ↑                                      │           │
│       │                                      │ MQTT/HTTP  │
│       │                                      ↓           │
│       │                                [WiFi 网络]       │
│       │                                      │           │
│       │                                      │           │
│  ┌────┴──────────────────────────────────────┴──────┐    │
│  │             服务端技术栈（Docker）                   │    │
│  │  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────────┐    │    │
│  │  │ TimeTagger│  │ Node-RED │  │  数据库       │    │    │
│  │  │ (REST API)│←─│ (流程)   │←─│ (JSON 文件)   │    │    │
│  │  └──────────┘  └──────────┘  └──────────────┘    │    │
│  └──────────────────────────────────────────────────┘    │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

组件分解

Section titled “组件分解”
组件角色技术说明
RFID 标签人员/资产的唯一标识无源标签，13.56 MHz（高频），无需电池
RC522 读取器读取 RFID 标签 UIDSPI 接口，仅 3.3V，读取范围约 3-5cm
ESP32主控制器WiFi + MQTT，读取标签，控制 LED
TimeTagger时间记录软件开源，REST API，Docker 容器
Node-RED流程自动化协调 MQTT/HTTP 通信
文件存储本地签到状态服务器上的 JSON 平面文件

数据流

Section titled “数据流”

签到流程

Section titled “签到流程”
1. 用户在读取器上刷卡
2. ESP32 通过 RC522（SPI）读取标签 UID
3. ESP32 将 UID 发布到 MQTT 主题
4. Node-RED 接收 MQTT 消息
5. Node-RED 检查服务器上是否存在签到文件
6. 如果文件不存在 → 这是签到操作
7. Node-RED 创建包含开始时间戳的 JSON 文件
8. ESP32 点亮绿色 LED 表示成功

签退流程

Section titled “签退流程”
1. 同一用户再次刷卡
2. ESP32 通过 RC522 读取相同 UID
3. ESP32 将 UID 发布到 MQTT 主题
4. Node-RED 接收 MQTT 消息
5. Node-RED 检查签到文件是否存在
6. 如果文件存在 → 这是签退操作
7. Node-RED 读取文件，添加结束时间戳
8. Node-RED 通过 HTTP POST 将完整记录发送到 TimeTagger API
9. Node-RED 删除本地文件
10. ESP32 点亮红色 LED 表示完成

状态机

Section titled “状态机”
                ┌──────────┐
                │  空闲    │
                │ （等待） │
                └────┬─────┘
                     │
              ┌──────▼──────┐
              │ 检测到标签   │
              └──────┬──────┘
                     │
              ┌──────▼──────┐
         否   │ 文件存在？   │   是
     ┌────────┤  在服务器上 ├────────┐
     │        └─────────────┘        │
     ▼                               ▼
┌──────────┐                  ┌──────────┐
│  签到    │                  │  签退    │
│ 创建JSON │                  │ 读取文件 │
│  文件    │                  │ POST API │
└────┬─────┘                  │ 删除文件 │
     │                       └────┬─────┘
     │                            │
     └──────────┬─────────────────┘
                ▼
          ┌──────────┐
          │  完成    │
          │（LED反馈）│
          └──────────┘

关键技术决策

Section titled “关键技术决策”
决策选择理由
RFID 频率13.56 MHz（HF）读取距离和标签成本的良好平衡；适用于近距离追踪
读取器模块RC522广泛可用，低成本（约 $2），支持 Arduino 库
数据存储服务器上的平面文件简单，无需依赖数据库；TimeTagger 作为最终记录
服务器通信MQTT + HTTPMQTT 用于实时事件；HTTP REST 用于 TimeTagger API
状态持久化Node-RED JSON 文件在服务器重启后仍然保持；易于检查和调试

章节概览

Section titled “章节概览”

本章包含以下部分：

章节主题重点
05-02RFID 读取器硬件设置将 RC522 模块连接到 ESP32
05-03RC522 模块集成库设置和 SPI 配置
05-04RFID 标签 UID 读取读取和验证标签标识符
05-05TimeTagger 开源软件安装和配置 TimeTagger
05-06REST API 认证获取和使用 API 令牌
05-07HTTP POST 请求实现构建和发送 POST 请求
05-08签到 API 集成完整的签到/签退流程
05-09状态管理逻辑基于文件的状态追踪
05-10LED 状态指示灯操作的视觉反馈
05-11技术能力评估评估解决方案边界
05-12定制化可能性适应不同的客户需求

验证

Section titled “验证”

完成本章后，您应该能够：

  • 向客户解释完整的签到/签退流程
  • 识别架构中每个组件的作用
  • 描述基于 RFID 的追踪如何解决工厂考勤需求
  • 理解签到和签退状态管理之间的区别

总结

Section titled “总结”

关键要点：

  1. 系统架构：RFID 标签 → RC522 → ESP32 → MQTT → Node-RED → TimeTagger
  2. 两阶段流程：签到（创建文件）和签退（发送到 API + 删除文件）
  3. 状态管理：服务器上文件的存在性决定签到还是签退行为
  4. 客户匹配：解决工厂考勤、工具追踪和资产管理需求

参考

Section titled “参考”