嵌入式數據庫礦場(chǎng)安全系統的設計

　　摘要：本文是針對當前礦業(yè)安全事故頻繁，設計了這樣一個(gè)能在惡劣環(huán)境下正常工作的安全系統。首先介紹了嵌入式系統的相關(guān)概念和軟硬件環(huán)境，闡明煤礦井上監控終端的嵌入式系統需求和Windows CE 嵌入式操作系統選擇;接著(zhù)，從嵌入式數據庫的相關(guān)概念和煤礦井上

　　監控終端的嵌入式數據庫需求及特點(diǎn)出發(fā)，詳細研究Berkeley DB 數據庫的關(guān)鍵技術(shù)特性以及在煤礦井上監控系統中的適用性，并介紹Berkeley DB 數據庫的基本概念和基本API 函數操作。

引言

　　嵌入式數據庫不僅在功能概念及系統特點(diǎn)上與傳統的數據庫有著(zhù)很大的差別，而且在它的應用方式上也是不同的。嵌入式數據庫并不是直接銷(xiāo)售給用戶(hù)，而是提供給設備的生產(chǎn)商或應用的開(kāi)發(fā)商，以便直接生成在嵌入式系統和應用之中，嵌入式數據庫在許多領(lǐng)域擁有廣泛的應用前景，如手持式計算和移動(dòng)計算，智能設備，在本文中便提供了較好的應用。

1 系統需求分析

　　前端數據采集、監控、發(fā)送等嵌入式系統軟件開(kāi)發(fā)工作。為了滿(mǎn)足前端嵌入式監控系統對井下實(shí)時(shí)數據的存儲、查詢(xún)、顯示等大量處理要求，必須安裝數據庫管理系統，而傳統的數據庫管理系統顯然因其資源占用大、數據管理效率低等特點(diǎn)不能適用與嵌入式礦場(chǎng)監控系統，因此，探索一種適用于礦場(chǎng)惡劣環(huán)境下的嵌入式監控終端的數據庫系統成為本文進(jìn)展的關(guān)鍵。

　　嵌入式數據庫管理系統是隨著(zhù)嵌入式應用的發(fā)展而興起的一類(lèi)嵌入式應用軟件，已經(jīng)成為數據庫技術(shù)研究的一個(gè)重要分支，在移動(dòng)計算平臺(如HPC,PDA)、家庭信息環(huán)境(如機頂盒和數字電視)、通訊計算平臺、汽車(chē)電子平臺、電子商務(wù)平臺(如智能卡應用)等領(lǐng)域得到廣泛的應用。

　　為解決這些問(wèn)題，提出了嵌入式系統在煤礦井上監控系統中的應用，嵌入式系統技術(shù)的小體積、高可靠性、低功耗和低成本等特點(diǎn)滿(mǎn)足井上監控系統設備的嚴格要求及現場(chǎng)惡劣生產(chǎn)環(huán)境的適應性，并且監控終端移植嵌入式數據庫管理系統，滿(mǎn)足傳統煤礦安全監控系統的主要功能需求:

　　1.數據通信功能需求。

　　2.實(shí)時(shí)查詢(xún)及顯示需求。

　　3.用戶(hù)登錄管理需求。

2 系統總體設計

　　嵌入式礦場(chǎng)安全系統的核心是數據處理。監控終端實(shí)時(shí)采集礦場(chǎng)各類(lèi)傳感器的模擬信號(如瓦斯濃度、一氧化碳濃度、風(fēng)速、溫度、濕度、粉塵、壓力等)和現場(chǎng)設備控制設備的開(kāi)關(guān)量信號(如風(fēng)機啟、停狀態(tài)等)，實(shí)現數據實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)/歷史曲線(xiàn)顯示、查詢(xún)和報表打印、聲光報警、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)現都是以數據管理為基礎的，嵌入式數據庫系統可以有效地組織和管理煤礦場(chǎng)下各類(lèi)數據，從而達到礦場(chǎng)監控系統實(shí)時(shí)查詢(xún)、控制等功能的設計要求。圖1 是一個(gè)典型的采用了嵌入式數據庫的礦場(chǎng)安全系統的結構圖:

　　系統采用 Windows CE 嵌入式操作系統和Berkeley DB 嵌入式數據庫作為礦場(chǎng)井上監控系統終端應用程序的開(kāi)發(fā)平臺;以現有的礦場(chǎng)安全監測監控系統為數據源，以文件共享的方式實(shí)時(shí)采集現場(chǎng)安全生產(chǎn)數據，進(jìn)行數據的處理和發(fā)送。

3.系統主要功能模塊實(shí)現

　　3.1 數據采集模塊

　　數據采集模塊實(shí)現煤礦數據源傳感器實(shí)時(shí)數據的讀取，并設計成一定格式的數據結構，以便數據庫和應用程序操作。本系統以現有的礦場(chǎng)安全系統(MSUS )為數據源，安全系統按照協(xié)議規定的文件格式組織傳感器數據，存儲在指定本地磁盤(pán)路徑中。

　　1.設備安裝信息文件(dev.xml )

　　傳感器設備文件分為數據頭和數據體，數據頭格式規定如下：

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

　　2.實(shí)時(shí)數據文件(rtdata. xml )

　　實(shí)時(shí)數據文件分為數據頭和數據體，數據頭格式規定如下：

　　礦場(chǎng)編號>數據上傳時(shí)間>傳感器數目>

　　數據體格式規定如下：

　　傳感器編號>數據值>數據狀態(tài)>

　　其中，數據狀態(tài)按位來(lái)表示數據的狀態(tài)(用二進(jìn)制定義，使用時(shí)轉換為整數)，其文本對應關(guān)系如下：