从整体架构、关键技术、客户端实现、数据触发机制、安全和可靠性等角度，分模块详细介绍“电子秤作为 WebSocket 客户端向 MES 系统推送数据，点击秤上键盘触发发送”的内容与技术方案。
一、系统架构概览
电子秤端
硬件：内置称重传感器、主控 CPU（或 MCU）、以太网/Wi-Fi 通信模块、按键扫描电路、LCD/LED 显示屏。
软件：嵌入式操作系统（如 Linux、RTOS），运行 WebSocket 客户端模块、键盘扫描和业务逻辑程序。
网络层
电子秤通过有线以太网或 Wi-Fi 与 MES 服务器网络交换机互联。
使用 TCP/IP 协议栈承载 WebSocket（基于 TCP）。
MES 系统端
提供 WebSocket 服务端接口，接收各电子秤客户端的连接与消息。
负责校验数据、持久化、下发后续指令或反馈。
运维及监控
网络监控：设备连通性、带宽、丢包。
应用监控：WebSocket 连接状态、心跳、消息异常统计。
┌───────────┐ WebSocket ┌───────────┐
│ 电子秤A │ ───────────────►│ MES │
│ (Client) │◄─────────────── │ (Server) │
└───────────┘ 双向通道 └───────────┘
↑ ↑
│ └──– 键盘触发“发送”按钮
└──– 称重传感器采样
二、关键技术选型
| 模块 | 技术/协议 | 说明 |
|---|---|---|
| 操作系统 | Embedded Linux / RTOS | 支持 TCP/IP、线程调度 |
| 编程语言 | C/C++ / Python / JavaScript (Node.js on Linux) | 嵌入式性能 vs. 开发效率 |
| 通信协议 | WebSocket (RFC 6455) | 持久双向通道、低延迟 |
| 数据格式 | JSON / Protobuf / CBOR | 可读性 vs. 传输效率 |
| 按键扫描 | GPIO 中断 / 扫描矩阵 | 硬件中断触发按键事件 |
| 安全 | WSS（TLS 加密） | 保证传输机密性与完整性 |
| 心跳与重连机制 | 自定义 Ping/Pong | 检测断线并自动重连 |
三、WebSocket 客户端实现
连接建立
在秤启动或网络恢复后，启动 WebSocket 客户端，向 MES 提供的 URI 发起握手：
ws://mes.example.com:8080/scale // 若启用加密： wss://mes.example.com:8443/scale握手成功后，保持长连接。
心跳维护与重连
定期（如每 30s）发送 ping 帧，等待 server 的 pong，若超过超时未收到，则认定连接断开。
断开后按照指数退避策略（1s→2s→4s…）重连，直到成功。
消息发送接口
提供一个线程安全的消息队列，将待发消息入队。
WebSocket 发送线程从队列取出，调用底层 send API 输出二进制或文本帧。
接收与处理
若 MES 需要下发配置或确认指令，可监听 onmessage 回调，解析并执行。
四、数据推送触发机制
按键扫描
键盘采用矩阵或单按键 GPIO 方式扫描，典型流程：
轮询或中断检测到“发送”键按下。
消抖处理（10–30ms），确认后触发应用层事件。
称重采样
平时不断采集传感器原始数据，做滤波（如卡尔曼或均值滤波），获得稳定重量读数。
点击发送时，读取最近一次稳定值作为此次数据。
数据封装
建议使用 JSON，例如：
{ "scaleId": "SCALE-001", "timestamp": "2025-08-05T14:30:22+09:00", "weight": 12.345, "unit": "kg", "operator": "OP-1001" }若带宽或处理性能受限，可改用 Protobuf 或 CBOR 二进制协议。
发送流程（伪码）
onKeyPress(“SEND”): weight = getLatestWeight() msg = formatMessage(scaleId, timestamp(), weight, unit) wsClient.send(msg)
五、MES 系统接口及验签
连接 URI
wss://mes.example.com/scale/{scaleId}，可将 scaleId 放在路径中，便于路由。
认证与授权
在 WebSocket 握手时，通过 HTTP Header 或 query string 传递 token。
后端校验 JWT 或 HMAC 签名，确保数据来源可信。
消息确认
MES 在收到数据后，可发送 ACK：
{ "code": 200, "message": "OK", "receivedId": "UUID-xxx" }客户端可收到 ACK 后，在本地日志标记为“已送达”；若超时未收到，再次入队重发。
六、异常处理与日志
发送失败
当
send()调用抛出异常或回调返回错误，需将消息重入待发队列，并记录错误原因。
连接断开
清理旧连接，按照心跳机制自动重连。连接过程中临时缓存待发送消息（可设置大小上限，防止内存暴涨）。
日志管理
本地存储：轮询保存关键事件（连接建/断、发送异常、重连次数）到循环日志文件。
可选：定时将日志推送到集中日志系统（如 ELK）。
七、安全与性能优化
TLS 加密
使用 WSS，将证书部署到秤设备：
可使用 Let’s Encrypt 或企业内部 CA。
定期自动更新证书。
带宽与延迟
JSON 文本可压缩（gzip），兼容 WebSocket permessage-deflate 扩展。
对重量数据做合批：若短时间内多次按键发送，合并 N 条一起发。
资源占用
控制心跳频率与重连次数，防止 CPU/网络抖动。
对高并发秤端（数百台）可统一走负载均衡，分布到多台 MES 实例。
通过上述方案，电子秤端以 WebSocket 客户端角色，依托“按键触发→重量采样→消息封装→长连接双向通道→数据推送与 ACK→心跳重连”这一闭环，实现对 MES 系统的实时、高可靠数据传输。