智能充电桩管理系统 (Charging Pile Management System)
1. 项目简介
本项目是一个基于 Spring Boot (后端) 和 Next.js (前端) 构建的智能充电桩管理与计费系统。旨在为用户提供便捷的充电服务,并为管理员提供高效的充电桩、用户及计费管理功能。支持通过 MQTT 协议与充电桩硬件(单片机)进行实时通信和控制。
核心功能
- 用户端:
- 用户注册与登录
- 查看账户余额、充电记录
- 扫码/输入ID启动充电
- 停止充电
- 激活码兑换充值
- 管理端:
- 用户管理(查询、添加、编辑、删除)
- 充电桩/车位管理(状态监控、添加、编辑、删除)
- 充电会话管理(查询、监控)
- 激活码管理(生成、查询、删除)
- MQTT通信日志查看(查询、审计所有MQTT消息)
- 系统概览与统计
- 硬件交互 (通过 MQTT):
- 充电桩状态上报 (空闲、连接中、充电中、故障等)
- 远程启动/停止充电指令下发
- 心跳维持
2. 技术栈
- 后端: Spring Boot, Spring Security, MyBatis Plus, MySQL, Mosquitto (MQTT Broker), Spring AOP (用于日志)
- 前端: Next.js, React, TypeScript, Ant Design, Axios
- 数据库: MySQL
- 通信协议: HTTP/HTTPS, MQTT
3. 项目部署与运行
3.1. 环境准备
- Java JDK 1.8 或更高版本
- Maven 3.x
- Node.js 16.x 或更高版本
- Yarn 或 npm
- MySQL 5.7 或更高版本
- MQTT Broker (例如 Mosquitto) 已安装并运行 (默认端口 1883)
3.2. 后端服务 (springboot-init-main)
- 数据库配置:
- 创建一个数据库 (例如
charging_system_db)。 - 修改
springboot-init-main/src/main/resources/application.yml(或对应环境的配置文件) 中的数据库连接信息:
spring: datasource: url: jdbc:mysql://localhost:3306/your_database_name?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&serverTimezone=Asia/Shanghai username: your_db_username password: your_db_password - 创建一个数据库 (例如
- MQTT Broker 配置:
- 确保 MQTT Broker 正在运行。
- 在
application.yml中配置 MQTT 连接参数 (如果需要修改默认值或添加认证):
mqtt: broker-url: tcp://localhost:1883 # 替换为您的 MQTT Broker 地址 client-id-publisher: backend-publisher-default client-id-subscriber: backend-subscriber-default default-topic: "charging/default/topic" # 示例,具体业务主题见单片机对接部分 # username: your_mqtt_username # 如果 Broker 需要认证 # password: your_mqtt_password # 如果 Broker 需要认证 - 启动后端服务:
- 在
springboot-init-main目录下,使用 Maven 运行:
mvn spring-boot:run- 或者打包成 jar 文件后运行:
mvn clean package java -jar target/springboot-init-main-0.0.1-SNAPSHOT.jar # 注意替换为实际生成的jar包名- 配置文件外部化:
application.yml在打包时已配置为外部化,并会复制到target/config/application.yml。在生产环境部署时,可以将此文件放置于 JAR 包同级目录的config文件夹下 (例如:your_app_dir/config/application.yml),Spring Boot 将自动加载。或者,您也可以通过--spring.config.location启动参数来指定外部配置文件的具体路径,例如:java -jar your_app.jar --spring.config.location=file:/path/to/your/external/application.yml。 - 服务默认运行在
http://localhost:7529(或您在application.yml中配置的端口)。
- 在
3.3. 前端应用 (charging_web_app)
-
安装依赖: 在
charging_web_app目录下运行:yarn install # 或者 # npm install -
API 代理配置: 前端应用通过 Next.js 的代理将
/api请求转发到后端服务。此配置在next.config.js中:// next.config.js (示例) /** @type {import('next').NextConfig} */ const nextConfig = { reactStrictMode: true, async rewrites() { return [ { source: '/api/:path*', destination: 'http://localhost:7529/api/:path*', // 后端服务地址 }, ]; }, }; module.exports = nextConfig;确保
destination指向您后端服务的正确地址和端口。 -
启动前端开发服务器:
yarn dev # 或者 # npm run dev前端应用默认运行在
http://localhost:3000。 -
构建生产版本:
yarn build yarn start # 或者 # npm run build # npm run start
4. 单片机 (充电桩硬件) 对接指南
智能充电桩硬件需通过 MQTT 协议与本系统的后端服务进行通信。
4.1. MQTT 连接配置
- Broker 地址: 单片机需配置连接到与后端服务相同的 MQTT Broker (例如
tcp://your_mqtt_broker_address:1883)。 - Client ID: 每个充电桩应使用唯一的 Client ID。建议使用充电桩的物理ID或序列号,例如
charger_spot_001。 - 认证: 如果 MQTT Broker 配置了用户名/密码认证,单片机连接时也需提供。
4.2. MQTT 主题 (Topics) 约定
根据后端服务的实际MQTT通信实现,主题约定如下:
4.2.1. 上行消息 (单片机 -> 后端)
所有类型的上行消息,包括设备状态更新、心跳以及对后端指令的执行回执 (ACK),都统一发送到以下主题:
-
统一上行主题格式:
yupi_mqtt_power_project/robot/status/{spotUid}{spotUid}: 充电桩/车位的唯一标识符 (例如ESP32_SPOT_001,必须与后端系统中注册的设备ID一致)。
-
消息格式 (Payload): JSON。 消息体结构应与后端
com.yupi.project.model.dto.mqtt.RobotStatusMessage类对应。通过消息体内的字段来区分具体的消息含义。示例 - 常规状态更新 (如移动中、充电中、空闲等) 或心跳包 (Heartbeat):
{ "robotUid": "ESP32_SPOT_001", "actualRobotStatus": "CHARGING", // 设备当前状态, 如 IDLE, MOVING, CHARGING, COMPLETED, FAULTED // 以下为可选的详细状态,根据实际需求和后端处理逻辑添加 "voltage": 220.5, // 充电时相关 "current": 5.1, // 充电时相关 "power": 1.12, // kW, 充电时相关 "energyConsumed": 0.5, // kWh, 本次充电已消耗电量 "errorCode": 0, // 0表示无错误,其他值表示特定错误类型 "activeTaskId": "session_xyz123" // 如果设备当前正在执行某个任务或会话,上报其ID }示例 - 对后端指令的ACK (成功):
{ "robotUid": "ESP32_SPOT_001", "taskId": "backend_task_789", // 对应后端指令中的taskId "status": "SUCCESS", // 指令执行结果: SUCCESS 或 FAILURE "message": "Command executed successfully", "actualRobotStatus": "IDLE", // ACK发生时,设备的当前核心状态 "activeTaskId": "session_abc456" // 可选,如果ACK与特定会话相关 }
4.2.2. 下行指令 (后端 -> 单片机)
后端服务向特定单片机下发指令时,使用以下主题格式。单片机应订阅其自身的这个专属指令主题。
-
统一下行指令主题格式:
yupi_mqtt_power_project/robot/command/{spotUid}{spotUid}: 目标充电桩的唯一标识符。
-
消息格式 (Payload): JSON。 JSON消息体内部包含了具体的指令类型和所需参数。
示例 - 移动到车位指令 (MOVE_TO_SPOT): 此指令指示机器人移动到指定车位。机器人到达后将自动进入充电状态。
{ "commandType": "MOVE_TO_SPOT", "taskId": "backend_task_id_for_ack_789", // 供单片机ACK时使用的任务ID "target_spot_uid": "SPOT_UID_001" // 目标车位ID (单片机仅用于确认,主要由 spotUid 主题参数决定目标) // "sessionId": "session_abc_123" // 可选,如果需要在payload中也传递会话ID }示例 - 停止充电指令 (STOP_CHARGE):
{ "commandType": "STOP_CHARGE", "taskId": "backend_task_id_for_ack_000", "sessionId": "session_abc_123" // 关联的充电会话ID }- 单片机处理逻辑: 单片机收到消息后,需解析JSON负载,识别
commandType,提取taskId(用于后续ACK),并获取其他指令参数来执行相应操作。 对于MOVE_TO_SPOT,到达后自动转换为CHARGING状态。
- 单片机处理逻辑: 单片机收到消息后,需解析JSON负载,识别
4.3. 单片机开发关键逻辑
- MQTT 初始化与重连机制。
- 订阅指令主题。
- JSON 指令消息解析。
- 移动控制 (如果机器人需要物理移动)。
- 充电启停控制 (继电器等硬件操作,停止充电时需要)。
- 状态监测与实时上报:
- 收到
MOVE_TO_SPOT后,状态变为MOVING并上报。 - 到达目标车位后,状态变为
CHARGING并上报,同时对MOVE_TO_SPOT指令进行ACK。 - 收到
STOP_CHARGE后,停止充电,状态变为COMPLETED(或IDLE) 并上报,同时对STOP_CHARGE指令进行ACK。
- 收到
- 心跳包定时发送。
- 故障检测与上报。
- 安全性: 确保
spotUid唯一性;推荐 MQTT 通信使用 TLS/SSL 加密。
4.4. 示例流程:用户启动充电 (更新后)
- 用户在前端 App 请求在车位
SPOT001进行充电。 - 后端服务验证,创建充电会话
sessionId=789,状态为REQUESTED。 - 后端分配机器人,创建
MOVE_TO_SPOT任务 (例如taskId=task_move_123),并将机器人DB状态更新为MOVING,会话状态更新为ROBOT_ASSIGNED。 - 后端向 MQTT 主题
yupi_mqtt_power_project/robot/command/SPOT001发布MOVE_TO_SPOT指令,payload 包含taskId=task_move_123。 - 单片机
SPOT001接收指令: a. 将其内部状态更新为MOVING。 b. 向上行主题yupi_mqtt_power_project/robot/status/SPOT001上报状态MOVING。 c. (模拟)执行移动。 d. 移动到达后,将其内部状态更新为CHARGING。 e. 向上行主题发送 ACK 消息,确认taskId=task_move_123完成,消息中actualRobotStatus为CHARGING。 f. (可选,或由ACK消息覆盖) 再次向上行主题上报状态CHARGING,包含sessionId。 - 后端接收到
MOVE_TO_SPOT任务 (taskId=task_move_123) 的 ACK (其中机器人状态为CHARGING): a. 将RobotTask(taskId=task_move_123) 标记为COMPLETED。 b. 将机器人SPOT001在数据库中的状态更新为CHARGING。 c. 将充电会话sessionId=789的状态更新为CHARGING_STARTED,并记录充电开始时间。 - 前端界面同步更新,显示充电已开始。
5. 项目结构 (简要)
. 项目根目录
├── charging_web_app/ # 前端 Next.js 应用
│ ├── src/
│ ├── public/
│ └── package.json
├── springboot-init-main/ # 后端 Spring Boot 应用
│ ├── src/
│ │ ├── main/
│ │ │ ├── java/com/yupi/project/
│ │ │ └── resources/
│ │ └── test/
│ ├── doc/ # 项目文档 (如数据库DDL, 阶段计划等)
│ └── pom.xml
└── README.md # 本文件
6. 后续工作与展望
- 完善各模块的单元测试和集成测试。
- 进一步优化 API 文档和错误处理机制。
- 根据实际运营需求,增加更细致的统计报表功能。
- MQTT通信日志模块:
- (可选) 进一步优化Payload的展示,例如对JSON格式的Payload进行美化或提供折叠/展开功能。
- (可选) 根据实际需求,考虑日志数据的定期归档或清理策略的实现。
- 考虑引入更高级的 MQTT 特性,如QoS、遗嘱消息等。
- 前端 UI/UX 持续打磨,提升用户体验。