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liar-ac/Bearpi-Nano-Lab

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BearPi-Nano-Lab

面向嵌入式实验室的BearPi-HMNanoIoT设备管理平台

从开发板遥测采集、设备自动注册、实时告警、批量控制到Web控制台和移动端的一体化实验系统。

Python Django Vue TypeScript uni-app License

快速开始· 系统架构· 接口速览· 固件接入· 联系作者

项目定位

BearPiNanoLab是一套面向课程实验、嵌入式实训和IoT原型验证的全栈开源项目。它把BearPi-HMNano开发板、E53_IA1传感器、DjangoRESTAPI、DjangoChannels、Vue3控制台和uni-app移动端连接成完整链路，让设备可以自动接入实验室平台，并把温度、湿度、光照、电机状态、电压、电流、功耗等数据实时呈现出来。

这个仓库不是单纯的前端模板或后端Demo，而是包含四个可独立阅读、可组合运行的部分：

模块 目录 说明
后端服务 backend/ Django4.2、DRF、SimpleJWT、Channels、MySQL、Redis可选
Web控制台 frontend/ Vue3、TypeScript、ElementPlus、Pinia、ECharts、Vite
移动端 mobile/ uni-app、Vue3、TypeScript、WotDesignUni，支持H5和微信小程序构建
嵌入式固件 firmware/ BearPi-HMNano/OpenHarmony/Hi3861示例，主固件走HTTP上报和指令拉取

功能亮点

能力 已经实现的内容
设备接入 开发板按SN自动注册，先接入先占位，设备自动分配1-120号槽位
实时遥测 HTTP上报入库，WebSocket广播到Web端，支持未知设备上报后自动刷新列表
数据指标 温度、湿度、光照、电机、工作电压、工作电流、瞬时功耗、模块功耗、采样来源
告警规则 传感器上下限在线配置，越界自动创建告警，恢复后自动关闭历史告警
远程控制 支持重启、升级、参数设置，电机/补光灯可切换auto/on/off
批量任务 支持面向全部、在线、指定设备的同步下发，记录batchId、executeAt、进度和失败重试
权限体系 admin、experimenter、viewer三类角色；审计日志和用户管理仅管理员可见
实验室视图 总览、实时大屏、120槽位拓扑、功耗监控、任务中心、历史查询、规则配置
安全设计 JWT用户认证、登录/注册/刷新限流、每板HMAC-SHA256Token、CSV/Excel公式注入防护
AI智能分析 告警诊断、数据趋势分析、阈值规则建议、自然语言数据查询，调用小米MiMo API
部署入口 Django可直接托管前端dist，前端提供Nginx配置和Dockerfile

系统架构

BearPi-Nano-Lab系统架构

技术栈

层级 关键技术
后端 Django4.2、DjangoRESTFramework、SimpleJWT、DjangoChannels、Daphne、PyMySQL、channels-redis
数据库 MySQL8，默认库名bearpi_lab
实时通道 /ws/realtime?token=<JWT_ACCESS_TOKEN>，消息类型包含sensor.point和alarm.event
Web端 Vue3、TypeScript、Vite6、ElementPlus、Pinia、ECharts、lucide-vue-next
移动端 uni-app、Vue3、TypeScript、Pinia、WotDesignUni
固件 OpenHarmony/Hi3861、BearPi-HMNano、E53_IA1、lwIPSocket、HTTP/1.1、内置HMAC-SHA256
AI 小米MiMo API（Anthropic兼容），后端代理转发，支持告警诊断/数据分析/规则建议/自然语言查询

快速开始

1.准备环境

依赖 建议版本 用途
Python 3.9+ 运行Django后端
Node.js 18+ 运行Web端和移动端构建
MySQL 8.0+ 业务数据存储
Redis 6.0+ 可选，用于生产级Channels广播
DevEcoDeviceTool 按OpenHarmonySDK要求 编译和烧录BearPi-HMNano固件

2.启动后端

cd backend
python -m venv venv
venv\Scripts\activate
pip install -r requirements.txt
copy .env.example .env
python manage.py migrate
python manage.py seed_demo
python manage.py runserver 0.0.0.0:8000

启动后访问：

http://127.0.0.1:8000/health

默认演示账号只建议本地开发使用：

账号 密码 角色
admin admin123 管理员
exp admin123 实验员
lab admin123 实验员
viewer admin123 只读用户

生产环境不要使用默认密钥、默认密码或默认Token。seed_demo在DEBUG=false时默认拒绝创建弱密码账号，确需执行必须显式传入--allow-prod和强密码。

3.启动Web控制台

cd frontend
npm install
npm run dev

默认开发端口：

http://127.0.0.1:5174

如果希望前端直连指定后端，在frontend/.env中配置：

VITE_API_BASE=http://127.0.0.1:8000/api/v1
VITE_WS_BASE=ws://127.0.0.1:8000/ws/realtime
VITE_USE_MOCK=false

4.启动移动端

cd mobile
npm install
npm run dev:h5

微信小程序开发构建：

npm run dev:mp-weixin

5.构建生产前端

cd frontend
npm run build

仓库当前没有提供根目录docker-compose.yml。如果需要容器化前端，可直接复用frontend/Dockerfile和frontend/nginx.conf；后端建议以Daphne/ASGI方式部署，并配置MySQL、可选Redis和反向代理的WebSocket升级头。

固件接入

主固件位于：

firmware/my_bearpi_lab_http

该固件循环执行四件事：

  1. 读取E53_IA1传感器和功耗估算/采样值。
  2. 向后端/api/v1/ingest/telemetry上报遥测。
  3. 从/api/v1/device/commands/pull拉取待执行命令。
  4. 执行电机/补光灯控制后向/api/v1/device/commands/ack回执。

刷机前编辑：

firmware/my_bearpi_lab_http/include/bearpi_lab_config.h

关键配置：

#define BEARPI_WIFI_SSID      "YOUR_WIFI_SSID"
#define BEARPI_WIFI_PASSWORD  "YOUR_WIFI_PASSWORD"
#define BEARPI_SERVER_HOST    "YOUR_SERVER_IP"
#define BEARPI_SERVER_HOST_FALLBACK "192.168.137.1"
#define BEARPI_SERVER_PORT    8000
#define BEARPI_DEVICE_SN      "BEARPI-NANO-A002"
#define BEARPI_DEVICE_TOKEN_SECRET "replace-me-device-token-secret"
#define BEARPI_REPORT_INTERVAL_MS  2000

设备Token规则：

X-Device-Token=HMAC-SHA256(DEVICE_TOKEN_SECRET,"bearpi-device:"+大写SN)

也可以把预计算Token写入BEARPI_DEVICE_TOKEN，为空时固件会在运行时按SN和密钥推导。

固件默认上报：

temp/hum/light/motor/voltage/current/power
voltage_sampled/current_sampled/power_sampled
power_mcu/power_wifi/power_sensor/power_motor/power_light

BearPi-HMNano无法仅靠软件读取真实整板电流，因此默认功耗为估算值。接入ADC采样电路后，可启用：

#define BEARPI_VOLTAGE_ADC_ENABLE  1
#define BEARPI_CURRENT_ADC_ENABLE  1

更多固件细节见firmware/my_bearpi_lab_http/README.md。

接口速览

用户与权限

方法 路径 说明
POST /api/v1/auth/login 登录并返回JWT
POST /api/v1/auth/register 注册只读账号
POST /api/v1/auth/refresh 刷新AccessToken
GET /api/v1/auth/users 管理员查看用户
POST /api/v1/auth/users/<user_id>/role 管理员调整角色

设备与命令

方法 路径 说明
GET /api/v1/devices 设备列表，默认只返回活跃设备
GET /api/v1/devices?include_inactive=true 包含离线/过期设备
GET /api/v1/devices/<id> 设备详情和传感器列表
GET /api/v1/devices/<id>/commands 设备命令历史
POST /api/v1/devices/<id>/commands 向单设备下发命令
POST /api/v1/devices/bulk-commands 批量下发电机/补光灯同步控制
GET /api/v1/devices/bulk-tasks 批量任务列表
POST /api/v1/devices/bulk-tasks/<batch_id>/retry 重试失败板卡
POST /api/v1/device/commands/pull 设备侧拉取命令
POST /api/v1/device/commands/ack 设备侧命令回执

遥测、告警、规则、审计

方法 路径 说明
POST /api/v1/ingest/telemetry 设备侧遥测上报
GET /api/v1/sensors/<sensor_id>/history 历史曲线，支持1m/5m/1h/1d聚合
POST /api/v1/simulate/realtime 开发模式模拟实时数据
GET /api/v1/alarms 告警列表
POST /api/v1/alarms/<alarm_id>/ack 确认告警
GET /api/v1/rules 传感器阈值规则
PUT/PATCH /api/v1/rules/<sensor_id> 更新上下限
GET /api/v1/audit-logs 管理员查看审计日志

AI智能分析

方法 路径 说明
POST /api/v1/ai/chat AI分析（告警诊断/数据分析/规则建议），实验员以上可用
POST /api/v1/ai/query AI自然语言问答，自动查询实验室数据上下文，所有登录用户可用

Web控制台页面

路由 页面
/dashboard 异常优先总览、在线率、批量控制入口、AI智能问答
/screen 实验室实时大屏
/topology 120槽位拓扑
/power 功耗监控
/tasks 批量任务中心
/devices/:deviceId 板卡详情
/devices/:deviceId/sensors/:sensorId/realtime 传感器实时曲线
/devices/:deviceId/sensors/:sensorId/history 历史数据查询和导出
/alarms 告警中心
/rules 规则配置
/audit 审计日志，管理员可见
/users 用户权限，管理员可见

项目结构

BearPi-Nano-Lab/
├──backend/
│  ├──apps/
│  │  ├──accounts/      #登录、注册、角色
│  │  ├──alarms/        #告警列表和确认
│  │  ├──audit/         #审计日志
│  │  ├──cloud/         #云端设备状态模型
│  │  ├──common/        #设备解析、自动注册、Token校验
│  │  ├──devices/       #设备、传感器、命令、批量任务、规则
│  │  ├──telemetry/     #遥测上报、历史聚合、WebSocket广播
│  │  └──ai/            #AI智能分析代理，调用小米MiMo API
│  ├──backend/          #Django配置、ASGI、URL入口
│  └──requirements.txt
├──frontend/
│  ├──src/api/          #RESTAPI和WebSocket客户端
│  ├──src/components/   #控制台组件
│  ├──src/stores/       #Pinia状态
│  ├──src/views/        #业务页面
│  └──package.json
├──mobile/
│  ├──src/api/
│  ├──src/pages/
│  ├──src/stores/
│  └──package.json
├──firmware/
│  ├──my_bearpi_lab_http/ #主HTTP固件
│  ├──my_e53_ia1/         #E53_IA1示例
│  ├──my_e53_sc1/         #E53_SC1示例
│  ├──my_e53_sc2/         #E53_SC2示例
│  └──my_*                #WiFi、TCP、UDP、MQTT、RTOS基础示例
├──CHANGELOG.md
├──CONTRIBUTING.md
├──LICENSE
└──README.md

开发与验证

后端单元测试：

cd backend
python manage.py test

前端类型检查和构建：

cd frontend
npm run build

移动端类型检查：

cd mobile
npm run type-check

敏感信息自查建议关注：

真实WiFi名称/密码
真实公网或内网固定IP
真实DEVICE_TOKEN_SECRET
真实BEARPI_DEVICE_TOKEN
真实数据库密码

安全说明

  • 根目录和固件示例默认使用YOUR_*占位符，刷机前必须改为本地环境值。
  • .env、.env.local、构建产物、缓存目录和依赖目录已在.gitignore中排除。
  • 生产环境必须替换DJANGO_SECRET_KEY、DEVICE_TOKEN_SECRET、数据库密码和默认演示账号密码。
  • 设备侧优先使用每板独立HMAC-SHA256Token，不建议使用全局DEVICE_INGEST_TOKEN作为生产凭据。
  • CSV/Excel导出会对=,+,-,@,TAB,CR开头的单元格加前导单引号，降低公式注入风险。

路线图

  • [x]设备自动注册和120槽位拓扑
  • [x]实时遥测和WebSocket推送
  • [x]阈值告警、审计日志、角色权限
  • [x]批量同步控制和失败重试
  • [x]Web控制台、实时大屏、移动端页面
  • [x]BearPi-HMNanoHTTP主固件
  • [x]AI智能分析（告警诊断/数据分析/规则建议/自然语言查询）
  • [x]Web端与小程序端功能完全同步
  • [ ]补充一键化后端生产部署模板
  • [ ]补充真实硬件功耗采样接线示意
  • [ ]扩展华为云IoTDA双向同步实现

贡献

欢迎提交Issue和PullRequest。提交前建议先阅读CONTRIBUTING.md，并尽量附上以下信息：

  • 复现步骤或使用场景
  • 后端、前端、移动端或固件的影响范围
  • 运行过的验证命令
  • 相关截图、串口日志或接口返回

联系作者

方式 信息
QQ 3291890183
邮箱 yuhaohu05@163.com

许可证

本项目基于MITLicense开源。

About

BearPi Nano Lab - 面向嵌入式实验室的 IoT 设备管理平台 | Django + Vue 3 + uni-app | 实时监控 · 远程控制 · 告警管理

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