以下是来自工业一线的物联网高保真场景模板,覆盖设备管理、数据计算、安全合规等核心痛点,包含可立即使用的完整题目结构和考察维度:
一、智能农业:温室集群监控系统
硬件环境
- 200个温室大棚(分布半径50公里)
- 每棚部署:
✓ 土壤温湿度传感器(每10分钟上报)
✓ 光照强度计(带红外补光控制)
✓ CO2浓度检测仪 - 通信方式:LoRa网关(最大包长128字节)
核心需求
- 自动生成灌溉/补光策略(决策延迟≤30秒)
- 虫害预测:基于历史图像识别(需调用AI模型)
- 断网时本地维持基础控制24小时
现实约束
- 大棚电力依赖太阳能(夜间电压不稳)
- 野外鼠害导致15%线路破损
- 政府要求农业数据本地化存储
技术考题
- 边缘设备容器化方案(Docker on ARM)
- 传感器数据补全算法(线性插值 vs LSTM预测)
- 低功耗通信优化(数据压缩+差分传输)
二、工业物联网:空压机预测性维护
设备网络
- 厂区50台高压空压机(24小时运行)
- 每台采集参数:
✓ 三轴振动(采样率8kHz)
✓ 轴承温度(±0.5℃精度)
✓ 电流谐波(FFT分析) - 工业协议:Modbus TCP + OPC UA
业务目标
- 实时检测转子失衡(振动特征提取延迟≤100ms)
- 预测性维护:提前7天预警故障(准确率>90%)
- 离线诊断:U盘导出最近30天运行数据
工程挑战
- 车间电磁干扰导致0.3%数据传输错误
- PLC内存限制(最大处理线程数=8)
- 德国总部要求符合VDMA 24582标准
设计重点
- 边缘特征提取策略(时域统计量 vs 小波变换)
- 模型轻量化部署(TensorFlow Lite量化方案)
- 协议转换网关设计(OPC UA to MQTT)
三、智慧城市:路灯节能控制系统
市政设施
- 市区10万盏LED路灯
- 单灯控制器:
✓ 电流/电压检测
✓ 亮度调节(0-100级)
✓ 故障上报(IP67防护等级) - 通信网络:NB-IoT(单基站负载上限5000设备)
管理要求
- 根据人流/车流动态调光(能耗降低≥40%)
- 灯具故障2小时内自动派单
- 防雷击:浪涌保护自检策略
特殊限制
- 交管摄像头数据需申请访问(延迟≤10分钟)
- 网络流量费每年预算≤¥80万
- 必须通过等保三级认证
关键技术点
- 大规模设备管理架构(LwM2M vs CoAP)
- 低功耗通信优化(DRX/eDRX配置)
- 安全加固方案(DTLS双向认证)
四、医疗物联网:冷链药品追踪
监测标的
- 2000台医药运输冷藏箱
- 关键指标:
✓ 温度(-20℃~8℃,±0.3℃精度)
✓ 开箱事件检测(陀螺仪+光线感应)
✓ GPS定位(冷链车移动中)
合规要求
- 温度超标立即告警(延迟≤10秒)
- 全程电子监管码(关联药监局系统)
- HIPAA兼容(患者数据脱敏)
现实难点
- 冷库金属屏蔽导致GPS失效
- 跨国运输时部分国家禁用900MHz频段
- 冷藏箱电池续航需≥30天
系统设计考点
- 多源定位融合(GPS+基站+惯性导航)
- 超低功耗设计(RTOS事件驱动编程)
- 区块链存证方案(Hyperledger Fabric应用)
五、车联网:电动重卡电池管理
车辆参数
- 500台电动重卡(满载续航400公里)
- 每车监测:
✓ 电池单体电压(192个电芯/车)
✓ 温度分布(16个测温点)
✓ SOH(健康度)估算
核心需求
- 动态调整快充曲线(防止热失控)
- 电池异常扩散建模(识别故障电芯)
- 国标GB/T 32960数据上报
工业痛点
- 山区隧道导致网络中断最长达45分钟
- CAN总线负载率已超70%
- 冬季低温(-30℃)导致SOC估算误差±8%
硬核技术考察
- 车规级边缘计算容器(K3s轻量集群)
- 时序数据压缩(旋转门算法优化)
- 抗低温电路设计(加热膜控制策略)
六、设备接入层增强题模板
场景植入真实缺陷
“某温度传感器因雨水渗入,周期性发送
TEMPERATURE_VALUE=327.67℃
异常值(实际由ADC引脚短路导致),请设计:
- 实时污点数据拦截方案
- 设备远程诊断机制”
多协议转换挑战
附加要求:
- RS485总线必须隔离防雷击
- 模拟量采集误差补偿(线损校正)
安全攻防实战
“假设黑客控制了某边缘网关,如何:
- 防止虚假数据注入?
- 保障固件升级不被篡改?
- 实现设备指纹唯一绑定?”
七、评判工业级能力的金标准
当候选人给出方案后,发起死亡三连问:
- 可靠性拷问
“当某区域1000台设备同时因固件bug重启,如何防止控制指令风暴冲垮后台?” - 成本验证
“如果改用LTE Cat.1替代NB-IoT,每台设备年成本增加¥36,请计算投资回收周期?” - 灾难恢复
“现场工程师误刷错误固件导致设备变砖,如何设计救援模式?”
工业物联网设计精髓:
真正有效的题目必须包含 「物理世界的不完美性」,例如:
- 传感器精度漂移
- 金属环境电磁屏蔽
- 极端温湿度影响
这些教科书回避的现实枷锁,正是检验工程师段位的试金石。