IoT 智能限流门禁助手 V3：基于 Arduino Cloud 与 MIT App Inventor 的客流管控系统

项目背景与演进

针对疫情期间商铺限流需求，作者经历三代迭代：V1 物理按键设定上限 → V2 ESP8266 本地 Web 服务器 → V3 **Arduino Cloud + MIT App Inventor 手机 APP**。V3 实现云端集中管理、多设备数据同步、历史数据追踪、API 开放集成，适合连锁店、大型场馆、多进出口场景。

核心功能

• 双向人数统计：双 HC-SR04 超声波传感器分别检测进/出方向，自动增减计数。
• 三色灯状态指示：绿灯=可入、黄灯=接近上限、红灯=已满请等待，每色双 LED 并联 MOSFET 驱动，支持扩展高亮灯带。
• 云端同步：Arduino MKR WiFi 1010 接入 Arduino IoT Cloud，实时同步 `customerCount`、`customerLimit` 变量。
• 手机 APP 远控：MIT App Inventor 开发 Android APP，通过 Arduino Cloud REST API 读写变量、切换自动刷新、修改限流阈值。
• 多设备协同：不同进出口设备共享同一 Cloud Thing，自动汇总总人数。
• 历史数据分析：Cloud Dashboard 自动绘制进出趋势图，支持 CSV 导出。

硬件清单

• Arduino MKR WiFi 1010 × 1 (3.3V 逻辑，内置 WiFi/BLE)
• 5V 2.5A 开关电源 × 1 (为 LED 灯带供电)
• HC-SR04 超声波模块 × 2 (入口/出口各一)
• 5mm LED 红/黄/绿 × 各 2 (共 6 个)
• N 沟道 MOSFET (如 IRLZ44N) × 1 (驱动 LED 阵列)
• 330Ω 电阻 × 6 (每 LED 串联)
• 面包板/万用板、杜邦线、外壳

电压域设计要点

MKR WiFi 1010 为 3.3V 逻辑，HC-SR04 需 5V 供电但 3.3V 逻辑兼容。方案：面包板电源模块同时输出 5V (给传感器、LED、MOSFET) 与 3.3V (给 MKR)，或用 5V 降压模块 (TPS560430) 产生 3.3V。原理图展示 MOSFET 栅极直驱 3.3V GPIO，源极接地，漏极接 LED 阴极，LED 阳极接 5V 经电阻，实现 3.3V 控制 5V 负载。

软件架构

Arduino 端 (Arduino Cloud)

• Cloud Variables：`customerCount` (Int, Read/Write)、`customerLimit` (Int, Read/Write)、`entryTrigger`/`exitTrigger` (Bool, 仅云端触发)。
• 主循环：轮询两路超声波，边沿检测进/出事件 → 更新计数 → 同步云端 → 更新 LED 状态机 (绿/黄/红)。
• Secret Tab 填入 WiFi SSID/Password、Device ID、API Key。

APP 端 (MIT App Inventor 2)

• 组件：Web 组件 (HTTP 请求)、Clock 定时器 (自动刷新)、按钮/标签/滑块 (UI)。
• 流程：启动 → 输入 Thing ID / Client ID / Client Secret → 点击“连接”获取 OAuth2 Access Token → 定时 GET `/v2/things/{thingId}/properties` 同步数据 → 滑块修改 Limit → PATCH 同步云端。
• 源文件 `shopDoorAssistant2.aia` 可直接导入二次开发。

部署步骤

1. 按原理图接线，注意 MOSFET 散热与 LED 电流限制。
2. Arduino Create 创建 Thing，定义变量，关联 MKR WiFi 1010，烧录代码，验证 Cloud 连接。
3. 导入 `.aia` 至 MIT App Inventor，填入 Thing ID / Client ID / Secret，生成 APK 安装手机。
4. 实测：模拟进出触发传感器，观察 LED、Cloud Dashboard、手机 APP 三端同步。

扩展应用场景

• 分离进出口：两台设备各接一路传感器，共享 Cloud 变量，自动汇总。
• 餐厅座位管理：APP 显示剩余桌数/规格，顾客扫码查询。
• 校园错峰：不同年级不同时段限流，防止走廊拥挤。
• 工业安全互锁：危险区域人数超限自动切断设备电源。

项目文件

• Arduino 代码：`shopDoorAssistant_V3.ino` (Arduino Cloud 自动生成框架 + 业务逻辑)
• APP 源码：`shopDoorAssistant2.aia`
• 原理图：`schematic_6LED.png`、`schematic_power.png`

结语

作者首次接触 Arduino Cloud 与 REST API，分享完整教程助力更多开发者快速上手物联网应用开发。疫情虽过，限流管控、人流统计、智能门禁等需求长期存在，本项目提供低成本、可扩展、开源可控的参考实现。欢迎 Star、Fork、Issue 共同完善！