Sébastien TIMONER
作为 Web 开发和技术团队管理专家,我专注于创建和优化高性能数字解决方案。通过对 React.js、Node.js、TypeScript、Symfony 和 IoT 领域的 Zephyr OS 等现代技术的深入掌握,我确保在 offroadLabs 中为各行业企业的复杂 SaaS 和 IoT 项目从设计到生产的成功。
在 offroadLabs,我提供定制开发服务,结合技术专长和协作方法。无论是创建创新的 SaaS 解决方案、使用 Zephyr OS 开发 IoT 系统、现代化现有应用程序还是支持团队的专业成长,我都致力于提供稳健且高效的解决方案,适应每个项目的具体需求。
我可以在艾克斯普罗旺斯周边或完全远程工作。
在物联网和网络日益融合的世界中,创建实时监控界面的能力变得至关重要。通过这个实践教程,我们将探索创建一个完整的交通信号灯监控系统,结合 Zephyr OS 物联网的强大功能与现代网络技术。这个项目将作为一个具体示例来理解实时物联网监控的挑战和解决方案。
注意:作为 Zephyr OS 专家,我可以为您的物联网开发项目提供支持。如果您有任何关于 Zephyr OS 的问题或想讨论您的嵌入式开发需求,请随时通过电子邮件或 LinkedIn 或 GitHub 与我联系。
本项目的完整源代码可在 GitHub 上获取。
项目概述
物联网部分:交通信号灯控制器
后端:服务器和通信
前端:监控界面
基础设施和部署
进一步探索
物联网设备的实时监控带来了独特的挑战,从状态管理到双向通信。我们的互联交通信号灯项目完美地说明了这些问题:如何确保物理设备和网络界面之间的可靠同步,同时保持最佳性能?
这个教育项目旨在:
我们的系统围绕四个主要组件构建:
关于模拟的重要说明: 在本项目中,我们出于教育目的在 Docker 容器中模拟物联网设备。控制器仅记录状态变化。在实际部署中,该控制器将安装在实际的物联网设备上(如 Raspberry Pi Pico)并通过其 GPIO 物理控制交通信号灯。
Raspberry Pi Pico 是实际条件下实施此项目的绝佳选择,因为:
要从我们的模拟转移到实际部署,您需要:
我们的交通信号灯监控系统依赖于现代分布式架构,旨在确保物联网设备和用户界面之间的可靠实时通信。
物联网层级
后端层级
前端层级
cpp
typescript
typescript
本项目旨在涵盖现代物联网和网络开发的几个重要方面:
在接下来的章节中,我们将详细探讨系统的每个组件,从基于 Zephyr OS 的物联网控制器开始。
Zephyr OS 是一个开源实时操作系统(RTOS),特别适合嵌入式和物联网系统。在我们的项目中,它提供了几个关键优势:
我们的交通信号灯控制器使用现代 C++ 实现,利用 Zephyr OS 功能进行高效的状态管理和通信。
cpp
cpp
与后端服务器的通信由专用类使用 Zephyr 的 HTTP API 处理。
cpp
cpp
在 main.cpp
中实现的算法以安全和协调的方式管理交通信号灯周期。我们选择了一个简单且具有示范性的实现,可以针对更复杂的用例进行增强。
系统初始化
cpp
主循环
状态变更管理
cpp
异步通信
k_msgq
排队安全性和稳健性
这个基本实现可以通过以下方式增强:
可定制场景
高级交通管理
动态配置
要实现这些改进,我们需要:
这个简单版本仍然非常适合演示基本的物联网和实时通信概念。
prj.conf 文件为我们的项目配置 Zephyr OS 功能。此配置启用:
这些选项对于我们的物联网控制器通过网络通信并向中央服务器发送交通信号灯状态变化至关重要。
conf
与 Linux 等包含许多默认模块和驱动程序的传统操作系统不同,Zephyr OS 使用极简且高度可配置的方法。在编译期间,只有严格必要的组件被包含在最终镜像中:
与传统操作系统的区别
Zephyr 方法的优势
精细配置
这种"从零开始"的方法允许获得高度优化和安全的系统,完全适应物联网约束:
项目使用 CMake 进行编译:
cmake
这个物联网实现说明了几个高级概念:
事件驱动编程
资源管理
稳健性
在下一节中,我们将看到后端如何处理与这些物联网控制器的通信并将更新分发给网络客户端。
我们的后端由多个服务协同工作,以确保物联网控制器和网络界面之间的顺畅通信。
API 网关是物联网控制器的入口点。使用 Bun 实现以获得卓越的性能,它处理 HTTP 请求并维护状态一致性。
typescript
WebSocket 服务器确保实时将更新分发给已连接的网络客户端。
typescript
Redis 在我们的架构中扮演核心角色,既作为消息代理又作为状态存储。
yaml
typescript
我们的后端实现了几个基本的通信模式:
发布/订阅模式
网关模式
观察者模式
已实施多项措施以确保安全性和性能:
安全性
性能
可靠性
在下一节中,我们将探索使用 Next.js 开发的用户界面,它允许可视化和交互我们的交通信号灯系统。
我们的系统用户界面使用 Next.js 15 构建,遵循现代开发最佳实践和六边形架构。
我们的应用程序遵循六边形架构(端口和适配器)以保持关注点的清晰分离:
typescript
适配器通过 WebSocket 处理与后端的通信:
typescript
typescript
typescript
typescript
性能
可访问性
可维护性
在下一节中,我们将介绍我们应用程序的基础设施和部署。
我们的系统使用 Docker 来确保在所有环境中的一致和可重复部署。
yaml
shell
dockerfile
shell
json
密钥管理
监控
安全性
在最后一节中,我们将讨论我们应用程序的测试策略和监控。
为了使这个项目更加健壮和适合生产环境,可以探索几个改进领域:
为确保系统可靠性,我们应该实现:
为了有效的生产监控,我们应该添加:
性能
可靠性
安全性
系统可以通过以下方式增强:
高级界面
场景管理
可扩展性
对于需要能源自主的项目(偏远地点、无市电区域),需要进行几项优化:
电源模式
cpp
节能策略
cpp
太阳能供电
电池监控
cpp
为了成功部署,建议:
这个项目展示了物联网和现代网络技术的成功集成,创建了一个实时监控系统。主要收获包括:
分布式架构
现代技术
最佳实践
这个项目可以作为开发更复杂的物联网应用程序的基础,通过根据您的具体需求调整架构和使用的模式。
为了从本教程中获得最大收益并开发您自己的物联网项目,以下是一些实践练习建议:
简化版本
物联网模拟
添加 WebSocket
集成 Redis
以下是创建您自己版本的一些想法:
其他用例
替代技术
深入了解每个方面: