硕士论文——基于实时数据库的飞机飞行实时状态监控的研究

分类号：密级：U D C：编号： 学 位 论 文基于实时数据库的飞机飞行实时状态监控的研究指导教师姓名： 教授 河北工业大学申请学位级别： 硕 士学科、专业名称： 测试计量技术及仪器论文提交日期： 论文答辩日期: 学位授予单位：河北工业大学答辩委员会主席：评阅人：20XX 年 X 月河北工业大学硕士学位论文基于实时数据库的飞机飞行实时状态监控的研究摘 要本文首先介绍了飞机飞行安全实时监控的重要意义和我国民航系统对该技术应用的现状。然后应用 LabVIEW 完成了飞行数据监控及其模拟实现的研究。文章主要讨论了实时数据库在飞机飞行安全实时监控中的应用。介绍了实时数据库的理念和设计思想。同时介绍了实时数据库的构成和功能。为了结合当前飞机领域的需要，论文分析了普通 Linux 和 RT_Linux 系统的区别，并把实时数据库与实时操作系统结合起来。我们在深入研究 Linux 操作系统内核的基础上，选择了实时 Linux 系统作为实时数据库的运行平台。这个平台大大提高了实时数据库系统的实时性能。并使用 Oracle 建立的一套数据库系统，实现了对飞行状态的监控。最后论文从历史数据库的初始化、访问控制和管理任务三个方面介绍历史数据库，使得本系统更加的完善。关键字：实时数据库，监控，LabVIEW，Linux，历史数据库i基于实时数据库的飞机飞行实时状态监控的研究THE RESEACH OF STATUS MONITORING ONPLANE FLIGHTBASED ON REAL-TIME DATABASEABSTRACTFirstly, the paper introduces the important significance of the plane flight safety real-time monitoring and present situation of technique application in chinese civil aviation system. Then applies LabVIEW accomplishing the study of the flight data monitoring and simulating realization.The paper mainly discusses application of real-time database on the flight safety monitoring. Introduces real-time database design ideological and idea, at the meanwhile its composition and function.For combining with present need in the flight field, paper analyzes the difference between common linux and RT-linux, and then makes the RT-database into the RT-system. Based on the further research of linux kernel, we choose the linux as the platform of the RT-database. This platform greatly improves the performance of RT-system. And by using Oracle to establish the database system, achieve the flight status monitoring.At last, paper introduces the History-database in initialization, access controlling and management task, which makes this system much more perfect.KEY WORDS: real-time database，monitor，labview，linux，history databaseii河北工业大学硕士学位论文目 录第一章 绪论11-1 关于飞机飞行安全的情况介绍11-2 飞机飞行数据的重要性11-3 飞行数据的记录21-4 飞机飞行安全实时监控21-4-1 飞机飞行安全实时监控的意义21-4-2 飞机飞行安全状态实时监控系统概念简述21-5 飞机飞行安全状态监控实时数据库的概述41-6 论文研究内容及可行性分析4第二章 飞行数据监控及其模拟的实现52-1 飞行参数采集与处理系统简介52-2 国内外现状及发展52-2-1 国外研究现状52-2-2 国内研究现状52-3 数据采集技术62-3-1 数据采集的基本概念62-3-2 数据采集系统组成框图及工作原理62-4 Labview 实现信号的模拟传输72-4-1 虚拟仪器的基本概念72-4-2 虚拟仪器技术的特点72-5 LabVIEW 与数据库系统的连接82-5-1 相关概念的介绍82-5-2 软件简介92-5-3 LabSQL 简介92-6 建立与数据库系统的连接112-7 远程测控数据库132-8 本章小结13第三章 实时数据库系统的概述153-1 实时数据库系统的定义153-1-1 实时数据库153-1-2 实时数据库系统153-2 实时数据库系统的功能特性153-3 实时数据库系统的体系结构163-4 实时数据库系统的执行模型173-4-1 任务/事务模型173-4-2 资源模型17iii基于实时数据库的飞机飞行实时状态监控的研究3-4-3 负载模型173-4-4 调度模型173-4-5 执行的正确性173-4-6 实时数据模型的设计173-5 实时事务的处理183-5-1 事务的定时性说明183-5-2 事务/查询的接纳管理193-5-3 事务处理的可预报和应急计划193-5-4 结果的正确性与实时性的折衷193-6 小结19第四章 实时操作系统的选择204-1 实时操作系统204-2 实时 Linux 操作系统204-2-1 普通 Linux 系统204-2-2 RT-Linux 系统214-3 RT_Linux 系统与实时数据库系统的关系214-4 小结22第五章 实时数据库的深入研究235-1 实时数据库及其特性235-1-1 数据的时态一致性约束235-1-2 事务的时态一致性约束235-1-3 实时事务分类235-1-4 DISWG 制订的实时系统的需求245-2 实时数据模型的需求分析255-3 实时 SQL 的需求分析265-3-1 实时处理能力265-3-2 容错要求275-3-3 RTSOL 与其它语言的相似功能285-4 ODBC 标准285-5 目前的局限性和未来工作295-5-1 RTSQL 的研究295-5-2 RTSQL 的实现295-5-3 实时数据库的发展趋势295-6 内存数据库技术305-6-1 内存数据库的概念305-6-2 内存数据库与磁盘数据库的异同305-6-3 实时内存数据库的体系结构315-7 内存数据库的数据管理315-7-1 内存数据库的空间结构315-7-2 内存数据库的数据组织325-7-3 内存数据库的索引345-7-4 内存数据库的操作365-8 内存数据库管理任务的设计37iv河北工业大学硕士学位论文5-8-1内存数据库的管理任务概述.375-8-2内存数据库的初始化.385-8-3内存数据库的访问控制.395-8-4内存数据库共享冲突的协调.405-9 内存数据库实现.415-10 小结.43第六章 基于 Oracle 的数据库系统设计.446-1 Oracle 数据库的简介.446-2 数据库的设计.446-2-1 客户端的设计.446-2-2系统维护端口的设计.466-2-3附加功能设计.476-3 小结.48第七章 历史数据库的管理.497-1 历史数据库系统的初始化.497-2 历史数据库的访问控制.497-3 历史数据库的管理任务.507-3-1历史数据库管理任务的事件分析.507-3-2历史数据库管理任务的存储处理.517-3-3历史数据库管理任务的读出处理.537-3-4历史数据库管理任务的冲突.557-4 小结.55第八章 总结与展望.568-1 本文内容总结.568-2 不足与展望.56参考文献.57致谢.59v基于实时数据库的飞机飞行实时状态监控的研究vi河北工业大学硕士学位论文第一章 绪论1-1 关于飞机飞行安全的情况介绍“飞机飞行安全”是航空界的重大课题。近年来，对航空安全的记录分析表明，航空安全对未来国际航空提出了挑战：持续了多年的事故率一直没有明显改观，而伴随着民用航空业的不断发展，事故发生次数将会不断增加。如何进一步提高安全记录，成了摆在航空界及政府有关部门面前的一大课题。飞行安全问题是一项复杂的系统工程1，它涉及到飞机和发动机运行的各个环节，涉及到飞机设备及各个子系统的运行状态，也涉及到机组人员和空管人员操作与指挥的各个情节。因此，研究飞机、发动机、飞机设备及各个子系统运行状态，并对其进行监控（在民航界认为监视是监控的前提，习惯于把监视包含在监控的概念里）、故障诊断和故障隔离，对保障飞机安全运行极为重要。进入二十世纪八十年代，国外技术先进国家采用“飞行数据记录器（FDR）” 俗称 “黑匣子”所记录的数据进行状态监控取得成功，并得到推广；九十年代中期，不少航空器制造商和航空公司又利用地空数据链对飞机的状态进行监控，将数据服务于航务、机务等部门。中国民航也从采用飞行数据记录器所记录的数据进行飞行事故分析，发展到具备利用“飞机通信寻址和报告系统（ACARS）”6，和高频地空数据链，对飞机的状态进行监控的条件。经过实践，人们（包括国内和国外）都发现，采用已有的方式对飞机运行状态的监控和故障诊断都是在航后、回放方式的，存在着滞后性。要把安全关口前移到事故发生之前，必须对飞机进行实时监控和远程监控。在我国，随着民航事业的飞速发展，各航空公司机队规模不断扩大，航线遍布全球。为了确保飞行安全，航空公司的“运管”人员应能实时监控飞机动态，了解航空器的运行情况，做出正确决策，并能及时将该决断通知飞行中的机组。目前，我国绝大多数航空公司对飞行监控的手段都比较落后，只能通过地面电报、电话网和有限的地空通信波道获取信息，由于在这种信息传递途径中存在大量的人工环节，往往会造成信息的延误或丢失。在飞机飞行安全监控系统中，更加迫切需要对飞机飞行安全的实时监控。1-2 飞机飞行数据的重要性使用飞机飞行数据了解飞机的运行状态和飞行性能是被广泛使用的途径之一。起初，飞行数据主要用于分析事故原因。现代飞机上，飞行数据己经在更多的领域发挥着重要作用：分析飞行数据，为航空公司的“视情维修”提供依据；分析与飞行员操作有关的飞参，指导飞行员培训和提高飞行质量；分析飞行数据，总结飞行规律，改进飞机设计；分析试飞中的记录数据，排除故障，消除飞行隐患2。鉴于飞行数据的重要作用，所以在现代民航运输机上，通过传感器或者与微机化的机载电子设备相连的总线采集了大量的信号，并将这些描述飞机的操纵、姿态、发动机运行状况、自动驾驶情况以及警告系统的信号保存记录下来，提供给技术人员分析使用。1基于实时数据库的飞机飞行实时状态监控的研究1-3 飞行数据的记录最初，人们通过飞行数据记录器，即通常所说的“黑匣子”来记录飞行数据，当飞机发生事故之后，找到飞行数据记录器，根据记录的飞行状态参数，可以分析事故原因。近年来，随着电子技术、计算机技术和通信技术的迅速发展，现代民用运输机上开始加装飞行状态监控系统（ACMS ），通过该系统可以更加有效、及时地利用飞行数据4。1-4 飞机飞行安全实时监控1-4-1 飞机飞行安全实时监控的意义近年来，随着计算机技术、机载设备、通信服务和卫星通讯技术的发展，使航空公司对所运营的航空器实现实时监控成为可能。实时数据库系统 RTDMS（Real Time Database Management System）是其数据和事务都具有定时特性或确定的定时限制的数据库系统。实时数据库的主要特点是，数据库的状态最新、数据值时间一致和事务处理及时等。世界发达国家对实时数据库的研究已经日趋成熟，已经广泛应用于工业、电力、军事等领域3。在我国，开发自己的飞机飞行安全状态实时监控系统（ Airplane Flight Safety Real-time Monitor System 简称 AFSRMS）是非常有必要的。1-4-2 飞机飞行安全状态实时监控系统概念简述AFSRMS 的主体之一是 ACARS（Aircraft Communication Addressing and Reporting System 飞行通讯寻址报告系统）系统。国际上主要的数据链服务提供商有 ARINC（美国），SITA（欧洲），ADCC（中国）等，他们都有各自不同的数据链覆盖服务区。各个航空公司可以选择不同的数据链服务商为自己服务。当航空公司的飞机需要飞行在不同的覆盖服务区时，就需要通过国际网关进行信息的传递。飞机飞行安全状态实时监控系统（AFSRMS）就是建立在在 ACARS 系统基础上，运用于各个航空公司、地面站对在航的飞机进行实时监控。其工作原理图。如图 1.1 所示。2河北工业大学硕士学位论文图 1.1 飞机飞行安全状态实时监控系统工作原理图Fig 1.1Working principle graph of flight security status in real-time monitoring system其运作过程如下：ACARS 系统将机载电子设备采集的信息数据经卫星通讯或甚高频通讯传输到远端地面站。同时，地面也可将指令信息传输给飞机。地面站将报文送到网络运行控制中心。控制中心再通过地面通信网络将数据分发到相应的航空公司局域网；当航空公司的实时监控系统接收到 ACARS 报文，则对报文进行译码分析并分类，结合实时数据库技术为相应的应用程序提供数据支持。终端用户通过应用程序可以对飞机的状态进行实时再现，也可以对实时数据进行存储或对历史数据读取；同时，地面终端用户也可以向飞机传送相关的报文。目前国内的空地通信主要是依靠话音通信和发送甚高频数据链报文来实现。资料显示，数据链的应用比例正在迅速地增加，并进一步成为空中交通管制服务和航空公司实时管理的重要手段。中国民航的地空数据链采用 ACARS 系统6，是一种面向字符的数据链，不能传输数字语音和数据流文件，如气象云图等。目前，中国民航客机也陆续加装了 ACARS 系统。作为新发展起来的一种空地数据通信系统， ACARS 具有提高地面与机组通信的准确性，促进资料和数据在航空公司内部共享以及增加信息量，降低成本等诸多优点。3基于实时数据库的飞机飞行实时状态监控的研究1-5 飞机飞行安全状态监控实时数据库的概述面向飞机飞行安全状态监控系统的实时数据库涉及的数据包括数据采集、控制数据和管理数据等。按其性质的不同，又分为模拟量，开关量，数字量，混合量等。实时数据库中的数据都是时间相关的，需要实时更新。实时数据库要求满足实时性的要求，因此实时数据库的存取必须具有高效率，这样对数据存储结构、存储介质和存储方式都提出了更高的要求。实时数据库和系统的预警功能也有着直接的联系。1-6 论文研究内容及可行性分析针对飞机为主要研究对象，通过对飞机状态监控与故障机理分析研究，监控过程中经过对复杂信号采集和处理，获取故障细化特征，研究对飞行状态进行监控和故障诊断的新思路和新方法。以此为基础设计出一套切实可行的状态监控系统。1.信号的采集针对前面对于监控对象所做的分析，以及由此选定的参数，在实际工作中实现采集功能，对采集到的模拟量信号要进行模数转换，将转换后得到的数字信号进行存储，作为后续的处理程序的对象，而对采集到的数字量信号（如电压和电流等）直接进行下一步的分析。2.数据库设计对于模拟量信号，提取其特征值，将其与设定的预警和报警阈值进行对比，判断设备是否正常工作。本文针对飞机飞行安全状态实时监控系统和实时数据库的研究，通过使用 LabVIEW 对飞行信号进行模拟发射传输，实现了对飞机飞行安全方面的技术探索。希望在未来的研究中有更加出色的系统诞生，从而改变我国长期依赖飞机监管系统需要进口的局面。全文共分八章：第一章，绪论。介绍了飞机飞行安全实时监控的重要意义和我国民航系统对该技术应用的现状。第二章，飞机监控技术的发展情况以及应用 LabVIEW 对飞行数据采样的模拟。第三章，应用于飞机飞行安全状态监控系统的实时数据库介绍。介绍了实时数据库的理念和设计思想。同时介绍了实时数据库的构成和功能。第四章，介绍飞机数据库所需要的底层实时 Linux 系统。第五章，飞机飞行安全监控系统中实时数据处理核心机制。详细介绍了实时数据库中如何组织内存对大量的数据进行处理的实现。第六章，给出了用 Oracle 建立的一套数据库系统及其各种功能的实现。第七章，指出飞机数据库对于历史数据的处理，解释了历史数据库的功能和重要性。第八章，总结与展望。对该软件的优缺点、成果等进行总结与展望。4河北工业大学硕士学位论文第二章 飞行数据监控及其模拟的实现飞行数据监控主要是通过传感器将各部件信号进行采集，然后发送到地面接受站。2-1 飞行参数采集与处理系统简介飞行参数采集与处理系统，它能够自动记录飞机飞行过程中各种状态参数包括飞机的姿态参数，发动机参数，等各种信号以及飞行员通话信息和座舱语音信息。并通过通讯系统，将记录的飞行信息提供给地面信息处理设备5。2-2 国内外现状及发展2-2-1 国外研究现状早期记录的参数较少，但至少记录飞行高度、空速、航向、垂直过载、时间等重要参数，这是用于事故分析的基本要求，记录的介质多为不锈钢薄带，用金刚石针机械的刻画记录波形。二十世纪年代末，开始使用数字记录磁带及磁导线钢丝记录数据，其优点在于循环运转，反复擦写记录。自二十世纪年代以来，随着计算机技术的迅速发展，以计算机为核心的数据采集及检测技术得到广泛应用，超大容量固态芯片存储器的出现以及数据传输技术的不断发展，为解决信息存储及传输问题提供了新途径7, 8。国外尤其是欧美已经把 Lonworks 总线技术12应用于航空领域。美国 NASA 属下的 AGATE 联合会已经将 Lonworks 协议作为其下一代民用航空器的通信标准之一；美国 CBL 系统公司以 Lonworks 技术为核心，研制开发了分布式飞行数据采集装置。这种装置经美国联邦航空管理局（ FAA）批准，于 2001 年 6 月在 ATR-42 和 ATR-72 飞机上使用；美国 Longley 空军基地已把 Lonworks 网络标准16作为空军作战命令自动应用系统的标准之一；美国 Raytheon（雷声）公司是美国国防部的一家武器供应商，主要产品为各种军用电子系统，该公司开发的高可靠分布式光纤数据采集和控制系统，采用的就是 Lonworks 现场总线技术。所以国外已经对 Lonworks 技术在航空领域中的应用展开了广泛的研究 。然而 Lonworks 技术在国内尚处于起步阶段，大多数开发商主要致力于其在工业控制、智能楼宇等方面的研究，在航空领域中的应用较少13。2-2-2 国内研究现状国内目前使用的飞行参数采集与处理系统均使用固态芯片存储器作为记录载体，磁带记录介质已基本被淘汰或替换。使用固态芯片存储器一般具有体积小、重量轻等特点，没有机械传动从而使可靠性大幅度提高，特别适合装于小型飞机和机内空间紧张的飞机上。目前现役飞行参数记录仪采用的防毁标准是参照国内唯一标准制定的，该标准是上世纪年代国外针对早期磁带记录器而颁布的使用半导体固态存储器和新的防护技术，抗坠毁指标可以显著提高，达到上世纪年代新颁发的标准。计算机图形仿真、人工智能等高新技术，近年来在数据处理、故障诊断等领域得到广泛应用，特别是计算机图象显示技术的迅猛发展，为高智能化的数据综合处理系统研制奠定了坚实的基础。飞行参数采集与处理系统的作用已远远超出了事故调查范畴，正广泛应用于飞机故障自动检测与诊断、飞5基于实时数据库的飞机飞行实时状态监控的研究行训练质量评估，形成视情维修、状态监控维修等新的维修方式，通过数据软件分析积极预防事故，保证飞行安全，提高飞行训练质量9。我国现役机载综合测控系统中用于设备间信息共享的数据总线主要是 1553B，虽然也开始研究自己的机载数据采集和测控系统，然而，在实际应用中，还是以引进国外的一些先进的产品为主，但国外公司一般只提供相应的昂贵的产品，在技术上采取垄断。从而使我国现役飞机上的机载综合测控系统在诸多技术环节上已经趋于落后，逐渐不能满足高性能飞机的要求。因此迫切需要研究新一代的机载采集与控制系统。国内一些大学和研究机构开展了这方面的工作。2-3 数据采集技术2-3-1 数据采集的基本概念数据采集就是将被测对象（外部世界、现场）的各种参量（可以是物理量，也可以是化学量、生物量等）通过各种传感元件做适当转换后，经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理或存储记录的过程。控制器一般均由计算机承担，所以说计算机是数据采集系统的核心，它对整个系统进行控制，并对采集的数据进行加工处理。用于数据采集的成套设备就是数据采集系统。数据采集系统追求的最主要目标有两个：一是精度，二是速度。对任何物理量的测试都要有一定的精确度的要求，否则将失去测试的意义；提高数据采集的速度不仅仅是提高了工作效率，更主要的是扩大数据采集系统的适用范围，便于实现动态测试10。测量速度的加快，不仅仅是节省了测量时间，而且还意味着对被测量系统快速变化的响应和处理能力的提高。测量精度是一种测量系统和测量方法优劣的重要评判指标。测量精度的提高意味着检测灵敏度的提高和动态范围的扩大，即能容纳更多的噪声和从噪声中提取信号能力的提高。2-3-2 数据采集系统组成框图及工作原理系统由机载设备和地面检测设备组成，系统组成如图 2.1 所示：图 2.1 飞行参数采集与处理系统组成Fig 2.1 Composition of collection and treatment system of flight parameters传感器用以感受机上角位移、线位移、压力压差、大气温度、姿态、语音等信号，并提供电信号输出给采集器。数据采集器采集传感器及机上信号源传来的各种信号，包括航空总线信号，并产生北京时间等必要信息14。防毁记录器接收数据采集器和语音采集器发送来的数字信息，存储在独自的存储器中，然后从中再将数据读出发送至快取记录器记录。6河北工业大学硕士学位论文快取记录器是一个体积小、重量轻的存储设备，它使用接口，主要用于设备的维护和数据的卸载。地面硬件检测设备为工业控制用计算机，地面处理软件主要用来处理系统记录的飞行和语音数据，具有产生快速数据处理报表、语音数据分析、飞行姿态模拟、座舱仪表仿真等功能。同时通过本系统可对飞行质量进行评估和对飞机故障进行诊断及咨询，并且在飞机失事后为事故分析和原因调查提供科学依据11。2-4 Labview 实现信号的模拟传输2-4-1 虚拟仪器的基本概念测试技术的发展以测量仪器的创新为基础，期间经历了以模拟仪器、电子仪器、数字仪器、智能仪器为基础的若干发展阶段，现今已进入以虚拟仪器为技术前沿的全新时期。一切技术革新均源于对原有技术的改进乃至摒弃，基于虚拟仪器的测试系统概念的产生亦遵循此道。1.传统测试系统的缺点传统的测试系统一般采用各种专用仪器对信号进行采集、处理与分析。传统的信息采集与处理方式存在诸多缺点：（1）独立的传统仪器性能强大，但被厂家限定了功能，只能完成一件或几件具体的工作，进行复杂试验时，所需设备种类繁多，操作复杂，对操作人员的技术水平要求较高。（2）用户通常无法对传统仪器或已定型的自行开发仪器的功能加以自定义、更新或扩展。仪器的功能由内置电路或机械结构决定，控制方式无法随不同用户的要求与习惯改变。（3）开发专用仪器需要采用多种不同技术与高成本元器件，从而造成成本颇高且极难更新。并且由于专用仪器数量的累积，使得传统的信息采集与处理系统所需设备的总体价格昂贵。（4）设备体积较大，不适宜在试验现场完成全部实时数据采集、处理与分析过程，每次试验只能测出一些基本量，试验后还需花费大量时间人为对数据进行一系列转换、计算，最后才能得到所需结果，无法适应信息化社会对高效率的要求。2.虚拟仪器的思想为了克服基于传统仪器的测试系统的种种缺陷，虚拟仪器的概念应运而生，使测试技术出现突破性进展。虚拟仪器的概念最早由美国国家仪器公司（National Instruments，简称 NI）于 1986 年提出。虚拟仪器（Virtual Instrument，简称 VI）是用户在通用计算机平台上根据需求定义和设计仪器的测试功能，通过增加相关硬件和软件，构建而成的具有可视化界面的可重用的测试仪器系统。虚拟仪器是测试技术与计算机技术综合集成的产物。虚拟仪器概念的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的工作模式，使得用户可以根据自身需求设计自己的仪器系统，在测试系统中尽量用软件替代硬件，充分利用计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。“软件就是仪器”是对虚拟仪器概念最简单、最本质的表述。2-4-2 虚拟仪器技术的特点虚拟仪器相对于传统仪器优势显著，其特点可概括为以下五个方面：1.仪器功能由用户自行定义虚拟仪器通过为用户提供组建仪器的可重用源代码库，使得用户能够极其方便地组合各种功能，修改仪器的面板，设计仪器的定时和触发，实现与外设、网络的即时通信。虚拟仪器作为一种软件化的测量装置，其灵活性和复用性给予用户充分发挥自身能力的空间。2.丰富并增强了传统仪器的功能7基于实时数据库的飞机飞行实时状态监控的研究信号处理理论的不断完善以及计算机运算速度的显著提高，为虚拟仪器快速、准确处理数据提供了良好基础。虚拟仪器将信号分析、显示、存储、输出以及其它管理功能集中交由计算机处理，充分利用了计算机强大的数据处理、传输与发布能力，使得组建系统变得更为灵活、简单。高性能处理器、高分辨率显示器、大容量硬盘等已成为虚拟仪器的标准配置。另外，虚拟仪器采用基于计算机的开放式标准体系结构，既可作为测试仪器独立使用，又可与周边设备互联或通过高速计算机网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、监控与故障诊断。3.测量稳定性与重复性好虚拟仪器采用软件代替传统仪器的某些硬件，从而减少了可能随时间漂移、需要定期校准的分立式模拟硬件的数量，弱化了电缆长度、阻抗、修正因子差异造成的影响，加上标准化总线的使用，使仪器的测量精度与测试的可重复性均大为提高。4.经济性好采用基于软件体系结构的虚拟仪器代替基于硬件体系结构的传统仪器，可大大节约仪器购买与维护的费用。仪器的性能改进与功能扩展只需更新相关软件设计，而无需购买新的仪器设备，从而节省了研究经费。5.系统构建周期短，易于进行功能扩展虚拟仪器的结构与组成具有模块化、规范化的特点。模块化的仪器卡支持相同的公用硬件平台。当希望测试系统增加一个新的测量功能时，只需增加一个通用模块来扩展系统的测量范围即可，因此，系统的组建与实施周期大为缩短17。2-5 LabVIEW 与数据库系统的连接利用 LabVIEW 开发应用软件时，某些应用场合不可避免地要进行数据库访问。使用数据库访问技术，用户可以创建一个使用数据库来管理复杂测试任务、存储测试数据并且能够总结测试结果的自动测试系统。但是，LabVIEW 本身并不具有数据库访问功能。1.购买 NI 公司的 LabVIEW 中的数据库接口工具包 LabVIEW SQL Toolkit 进行数据库访问。它是一个能快速连接本地和远程数据库，不使用 SQL 语言就能完成一系列数据库操作的工具包，它支持当前流行数据库，包括 Microsoft Access，Microsoft SQL Sever 以 及 Oracle 等。它的优点是易于理解，操作简单，用户可以不学习 SQL 语法。缺点是工具包过于昂贵。2.利用其他语言如 Visual C+编写 DLL 程序访问数据库，利用 LabVIEW 所带的 DLL 接口访问该程序，可以实现间接的访问数据库。3.利用中间文件存取数据，先将数据存入文件之中，在一定的时刻或者是需要的时候再将数据导入到数据库之中。4.利用 LabVIEW 的 ActiveX 功能，调用 Microsoft ADO 控件，利用 SQL 语言实现数据库访问。这几种方法虽然都可以完成对数据库的访问，但各有缺点。LabVIEW 用户开发的免费的 LabVIEW 数据库访问工具包 LabSQL 能解决上述几种方式存在的问题。LabSQL 利用 Microsoft ADO 以及 SQL语言来完成数据库的访问，将复杂的底层 ADO 及 ADO 操作封装成一系列的 LabSQL VIs， 简单易用。本文提出通过 LabVIEW 用户开发的免费 LabVIEW 数据库访问的工具包 LabSQL 来解决以上存在的问题。2-5-1 相关概念的介绍1.ODBC 介绍本监控系统开发过程中利用开放数据库连接（ODBC）方法实现数据库与系统的连接。ODBC （Open Database Connectivity，开放式数据库连接）是 Microsoft 公司 1991 年宣布的一种访问数据库的标准接口，它是一种用来在相关或不相关的数据库管理系统（DBMS）中存取数据的标准应用程序接口8河北工业大学硕士学位论文（API），也是一种是使用 SQL 语言的程序设计接口，它让应用程序的开发人员避免了与数据源交互的复杂性。ODBC 体系结构由应用程序（Application）、驱动程序管理器（ Driver Manager）、驱动 程 序（ Driver）和数据源（Data Source）等部件组成。应用程序执行并调用 ODBC 函数来提交 SQL 语句并接收 SQL 的执行结果。驱动程序是一个动态连接库（DLL），实现 ODBC 调用并与数据源交互。数据源由用户要访问的数据以及与之相关的操作系统、DBMS 和网络平台组成，是 ODBC 对一个特定路径下的数据库的别称，是特殊的数据集，用 DSN 来描述。2.Microsoft ADO 介绍ADO （Microsoft Active Data Object）是微软最新的数据访问技术，可以用于编写通过 OLE DB 提供者对在数据库服务器中的数据进行访问和操作的应用程序。OLE DB 是一个底层的数据访问接口，它可以访问各种数据源，包括传统的关系型数据库以及电子邮件系统和自定义的商业对象。ADO 为用户提供了一个 OLE DB 的 Automation 封装接口。如同不同的数据库系统需要它们自己的 ODBC 驱动程序一样，不同的数据源要求它们自己的 OLE DB 提供者（OLE DB provider）。目前，虽然 OLE DB 提供者比较少，但微软正积极推广该技术，并打算用 OLE DB 取代 ODBC。2-5-2 软件简介LabVIEW SQL Toolkit（又称为 LabVIEW Database Connectivity Toolset）是一个 NI 公司提供的用于数据库访问的附加 LabVIEW 工具包，工具包集成了一系列的高级功能模块，这些模块封装了大多数的数据库的操作和一些高级的数据库访问功能。其主要功能如下：1.支持所有 Microsoft ActiveX Data Object（ADO）所支持的数据库引擎；2.支持所有与 ODBC 或 OLE DB 兼容的数据库驱动程序；3.具有高度的可