嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)礦場(chǎng)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　摘要：本文是針對(duì)當(dāng)前礦業(yè)安全事故頻繁，設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)能在惡劣環(huán)境下正常工作的安全系統(tǒng)。首先介紹了嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)概念和軟硬件環(huán)境，闡明煤礦井上監(jiān)控終端的嵌入式系統(tǒng)需求和Windows CE 嵌入式操作系統(tǒng)選擇;接著，從嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)概念和煤礦井上

　　監(jiān)控終端的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)需求及特點(diǎn)出發(fā)，詳細(xì)研究Berkeley DB 數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)特性以及在煤礦井上監(jiān)控系統(tǒng)中的適用性，并介紹Berkeley DB 數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念和基本API 函數(shù)操作。

引言

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)不僅在功能概念及系統(tǒng)特點(diǎn)上與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)有著很大的差別，而且在它的應(yīng)用方式上也是不同的。嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)并不是直接銷(xiāo)售給用戶(hù)，而是提供給設(shè)備的生產(chǎn)商或應(yīng)用的開(kāi)發(fā)商，以便直接生成在嵌入式系統(tǒng)和應(yīng)用之中，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)在許多領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景，如手持式計(jì)算和移動(dòng)計(jì)算，智能設(shè)備，在本文中便提供了較好的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)需求分析

　　前端數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、發(fā)送等嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)工作。為了滿(mǎn)足前端嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)井下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢(xún)、顯示等大量處理要求，必須安裝數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)顯然因其資源占用大、數(shù)據(jù)管理效率低等特點(diǎn)不能適用與嵌入式礦場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，因此，探索一種適用于礦場(chǎng)惡劣環(huán)境下的嵌入式監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)成為本文進(jìn)展的關(guān)鍵。

　　嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是隨著嵌入式應(yīng)用的發(fā)展而興起的一類(lèi)嵌入式應(yīng)用軟件，已經(jīng)成為數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)研究的一個(gè)重要分支，在移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)(如HPC,PDA)、家庭信息環(huán)境(如機(jī)頂盒和數(shù)字電視)、通訊計(jì)算平臺(tái)、汽車(chē)電子平臺(tái)、電子商務(wù)平臺(tái)(如智能卡應(yīng)用)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

　　為解決這些問(wèn)題，提出了嵌入式系統(tǒng)在煤礦井上監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的小體積、高可靠性、低功耗和低成本等特點(diǎn)滿(mǎn)足井上監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的嚴(yán)格要求及現(xiàn)場(chǎng)惡劣生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)性，并且監(jiān)控終端移植嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，滿(mǎn)足傳統(tǒng)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能需求:

　　1.數(shù)據(jù)通信功能需求。

　　2.實(shí)時(shí)查詢(xún)及顯示需求。

　　3.用戶(hù)登錄管理需求。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　嵌入式礦場(chǎng)安全系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)處理。監(jiān)控終端實(shí)時(shí)采集礦場(chǎng)各類(lèi)傳感器的模擬信號(hào)(如瓦斯?jié)舛?、一氧化碳濃度、風(fēng)速、溫度、濕度、粉塵、壓力等)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制設(shè)備的開(kāi)關(guān)量信號(hào)(如風(fēng)機(jī)啟、停狀態(tài)等)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)/歷史曲線(xiàn)顯示、查詢(xún)和報(bào)表打印、聲光報(bào)警、手動(dòng)/自動(dòng)控制，以及網(wǎng)絡(luò)通信等功能。而所有這些功能的實(shí)現(xiàn)都是以數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)的，嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以有效地組織和管理煤礦場(chǎng)下各類(lèi)數(shù)據(jù)，從而達(dá)到礦場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)查詢(xún)、控制等功能的設(shè)計(jì)要求。圖1 是一個(gè)典型的采用了嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的礦場(chǎng)安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖:

　　系統(tǒng)采用 Windows CE 嵌入式操作系統(tǒng)和Berkeley DB 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)作為礦場(chǎng)井上監(jiān)控系統(tǒng)終端應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)平臺(tái);以現(xiàn)有的礦場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)為數(shù)據(jù)源，以文件共享的方式實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和發(fā)送。

3.系統(tǒng)主要功能模塊實(shí)現(xiàn)

　　3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

　　數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)煤礦數(shù)據(jù)源傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀取，并設(shè)計(jì)成一定格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序操作。本系統(tǒng)以現(xiàn)有的礦場(chǎng)安全系統(tǒng)(MSUS )為數(shù)據(jù)源，安全系統(tǒng)按照協(xié)議規(guī)定的文件格式組織傳感器數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在指定本地磁盤(pán)路徑中。

　　1.設(shè)備安裝信息文件(dev.xml )

　　傳感器設(shè)備文件分為數(shù)據(jù)頭和數(shù)據(jù)體，數(shù)據(jù)頭格式規(guī)定如下：

　　礦場(chǎng)編號(hào)>礦井名稱(chēng)>日期>傳感器個(gè)數(shù)>其他>保留>

　　2.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件(rtdata. xml )

　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件分為數(shù)據(jù)頭和數(shù)據(jù)體，數(shù)據(jù)頭格式規(guī)定如下：

　　礦場(chǎng)編號(hào)>數(shù)據(jù)上傳時(shí)間>傳感器數(shù)目>

　　數(shù)據(jù)體格式規(guī)定如下：

　　傳感器編號(hào)>數(shù)據(jù)值>數(shù)據(jù)狀態(tài)>

　　其中，數(shù)據(jù)狀態(tài)按位來(lái)表示數(shù)據(jù)的狀態(tài)(用二進(jìn)制定義，使用時(shí)轉(zhuǎn)換為整數(shù))，其文本對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：