（系统分析与集成专业论文）基于rfid的监狱管理系统设计.pdf

沥江大学硕- j 学位论文基于r e i d 的监狱管理系统设计 摘要 r f i d 技术是一种非接触式的自动识别技术，近几年已经在社会众多领域开始应 用，对改善人们的生活质量、提高企业经济效益、加强公共安全以及提高社会信息 化水平产生了重要影响。 本文从理论、硬件设计、软件设计等三个方面介绍了基于r e i d 的监狱管理系统 设计。本文一共分为七个部分：第一部分介绍了r e i d 技术的发展历史前景、上位机 数据库和开发软件以及本文的选题背景，第二部分介绍了基于r f i d 监狱管理系统上 位机的相关理论基础，第三部分介绍了r e i d 硬件设计的理论基础，第四部分详细介 绍f r i d 读写器以及电子标签硬件部分的设计，第五部分介绍了监狱管理系统方案设 计，第六部分是系统软件部分的实现，最后给出总结和展望。 整套系统具有操作简便，界面简洁美观，代码冗余量小，复杂度低，维护成本 低，实用性强，系统安全、稳定、可靠等特点，已经过测试并初步应用，运行状况 良好。 关键字：r e i d ；数据库；d e l p h i ；s q ls e r v e r ：监狱管理系统； 沥江大学硕- j 学位论文 基于r f i d 的峻狱管理系统设计 a b s t r a c t r f i di sa l la u t o m a t i ci d e n t i f yt e c h n o l o g yw i t hn ot o u c ha n di ti saf o r e l a n dp r o j e c t i th a sb e e nu s e di nm a n ys o c i a lf i e l d s ，a n di th a sd e e pi n f l u e n c ei np e o p l e sl i f eq u a n t i t y , t h ei m p r o v e m e n to fc o m p a n i e s e c o n o m i cb e n e f i t s ，e n h a n c e m e n to fp u b l i cs e c u r i t ya n d t h el e v e lo fs o e i a li n f o r m a t i o n t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g no ft h em a n a g e m e n ts y s t e mo f j a i lb a s e do nr f i d ， i n c l u d i n gi t st h e o r y , h a r d w a r ed e s i g na n ds o f t w a r ed e s i g n t h i sp a p e ri n c l u d e ss e v e n c h a p t e r s i nt h ef i r s tc h a p t e r , r f i dh i s t o r y , d a t a b a s e ，s o f t w a r ee n v i r o n m e n ti np ca n d f u t u r ea n dt h eb a c k g r o u n do ft h et h e s i sa r ep r e s e n t e d c h a p t e r2i n t r o d u c e st h er e l a t e dp e t h e o r yo fd e s i g no ft h em a n a g e m e n ts y s t e mi nj a i lb a s e d0 1 1r f i d a n dt h ec h a p t e r3 i n t r o d u c e st h eh a r d w a r e t h eh a r d w a r ed e s i g ni n c l u d i n gr e a d e ra n dt a g sw i l lb ed e t a i l e d i nc h a p t e r4 i nt h en e x tc h a p t e r , i ti n t r o d u c e st h ep r e c e p to ft h ew h o l em a n a g e m e n t s y s t e m ，a n dt h es o f t w a r ed e s i g no ft h es y s t e mw i l lb ei n t r o d u c e di nc h a p t e r6 a tl a s t ，a c o n c u l s i o na b o u tt h ep r o j e c tw i l lb ep r e s e n t e d t h i sp r o g r a mh a st h eg r e a tf e a t u r e si n c l u d i n ge a s yt ou s e ，s i m p l ea n db e a u t yd i a l o g b o x ，l e s su s e l e s sc o d e ，l e s sc o m p l i c a t e d ，l o wc o s to fm a i n t e n a n c e ，s a f e ，s t a b l ea n d r e l i a b l e ，p r a c t i c a l i th a sb e e nt e s t e da n da c t u a lu s e dw i t hag o o dc o n d i t i o n p o s i t i v e c o r r e s p o n d i n gc a nb ei d e n t i f i e d i ti sq u i t es u i t a b l ef o rs u c hm a n a g e m e n to p e r a t i n g b u s i n e s s k e yw o r d s ：r f i d ；d a t a b s e ：d e l p h i ；s q ls e r v e r ；m a n a g e m e n ts y s t e m ；j a i l ； i i 浙江人学硕 ：学位论文基于r f i d 的豁狱管理系统设计 1 1 概述 第一章绪论 r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y ) 射频识别技术，是一种 非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标并获取相关数据。它是一 项易于操控、简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性的应用技术。识别工作 无须人工干预，它既可支持只读工作模式，也可支持读写工作模式，且无需接触或 瞄准；可自由工作在各种恶劣环境下：短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣 的环境，可以替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体；长距离射频产品多用 于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。其所具备的独特 优越性是其它识别技术无法比拟的。r f i d 芯片设计与制造技术的发展趋势是芯片功 耗更低，作用距离更远，读写速度与可靠性更高，成本不断降低。芯片技术将与应 用系统整体解决方案紧密结合。 对比起来，国内的r f i d 起步较晚。但是就目前来讲，打入国内市场的海外r f i d 产品很少，而且中国政府大力支持r f i d 的自主研发，因此，国内的r f i d 的生产和 研发正处在非常有利的时期。 s q ls e r v e r 是微软公司开发的一个关系数据库管理系统，它为公共的管理功能 提供了预定义的服务器和数据库角色，可以很容易为某一特定用户授予一组选择好 的许可权限。且s q ls e r v e r 可以在不同的操作平台上运行，支持多种不同类型的网 络协议如t c p i p 、i p x s p x 、a p p l et a l k 等。s q ls e r v e r 在服务器端的软件运行平 台是w i n d o w sn t 、w i n d o w s 9 x ，在客户端可以是w i n d o w s 3 x 、w i n d o w sn t 、w i n d o w s 9 x ， 也可以采用其它厂商开发的系统如u n i x 、a p p l em a c i n t o s h 等。而且它是更合适于 远程的中型数据库，具有上手容易兼容性好等特点。它拥有企业版、个人版、标准 版和发展版等不同版本，用户可根据自身需求选择不同的安装版本。 d e l p h i7 0 是b o r l a n d 公司推出的可视化编程语言，具有开发速度快、语法简 单易学、开发环境灵活等特点，深受广大开发人员的喜欢，已成为世界上使用最广 泛的程序开发工具之一。无论是中小型数据库开发，还是多媒体软件、数据采集控 制、网络应用程序开发。由于b o r l a n d 缺少种数据库计划，因此d e l p h i7 0 保 浙江人学硕士学位论文基于r f i d 的监狱管理系统设计 留了被认为是所有工具中最灵活的数据库结构。对大多数基于本地、客户月艮务器和 o d b c 数据库平台的应用程序来说，b d e 的功能都非常强大。也可以避开使用b d e 以 支持新的本地a d o 组件，如果没有装a d o ，可以自己创建数据访问类或者购买第三 方数据访问解决方案。此外，m i d a s 使对数据源的多层访问更易于实现。m i c r o s o f t 的工具( o d b c 、o l ed b 或者其他) 从逻辑上来说趋向于支持m ic r o s o f t 自己的数据 库和数据访问解决方案。 可视化开发环境通常分为三个组成部分：编辑器、调试器和窗体设计器。和大 多数现代r a d ( 快速应用开发) 工具一样，这三部分是协同工作的。当你在窗体设计 器中工作时，d e l p h i 在后台自动为你正在窗体中操纵的控件生成代码。你还可以自 己在编辑器中加入代码来定义应用程序的行为，同时还可以在同一个编辑器中通过 设置断点和监控点等来调试程序。总的来说d e l p h i 的编辑器和其他工具的编辑器 类似，但它的c o d ei n s i g h t 技术却省去了许多输入工作的麻烦。这一技术是建立 在编译器信息之上的，而不是基于像v is u a lb a s i c 等使用的类型库，因此应用范 围更广泛。虽然d e l p h i 的编辑器也设置了许多不错的配置选项，但v i s u a ls t u d i o 的编辑器配置余地更大。在版本5 时，d e l p h i 的调试器功能终于赶上了v i s u a l s t u d i o 的调试器，具备了许多先进的功能，如远程调试、过程关联、d l l 和包调试、 自动本地监控以及c p u 窗口等。d e l p h i 还支持在调试时随意放置和停靠窗口并把 这一状态保存为命令的桌面设置。由此，d e l p h i 的i d e 实现了对调试功能的良好支 持。d e l p h i 的编译器的速度和已编译代码的效率也是相当的高的，也许p a s c a l 编 译器最著名的特点就是速度快，而d e l p h i 正是建立在这种编译器的基础之上的。 事实上，它可能是针对w i n d o w s 的最快的高级语言本地代码编译器。 正是由于d e l p h i 具有可视化的开发环境，强大的数据库开发能力，完整的编译、 链接技术以及支持多线程、o l e 等特点，使其愈受青睐。而且利用s p c o m m 第三方的 串行通信控件在d e l p h i 环境中开发串口通信的程序具有灵活、方便、高效等特点， 且避免了调用a p i 函数需要设置繁复参数的麻烦等各项优点，促使本课题选择其作 为上位机的软件开发工具。 1 2 课题背景 r f i d 技术是一种非接触式的自动识别技术，是近几年发展起来的前沿科技项目。 且近年来，r f i d 技术已经在社会众多领域开始应用，对改善人们的生活质量、提高 2 浙江人学硕i ：学位论文基十r f l d 的豁狱管理系统设计 企业经济效益、加强公共安全以及提高社会信息化水平产生了重要影响。随着关键 技术的不断进步，r f i d 产品的种类将越来越丰富，应用和衍生的增值服务也将越来 越广泛。据了解，r f i d 技术在监狱管理系统中的应用在浙江省尚属空白，因此设计 具有自主知识产权的基于r f i d 的监狱管理系统，无疑具有十分重要的现实意义和实 用价值。本课题将两者有机的结合起来并发展了各自的优点，具有很强的现实应用 价值和科研价值。 浙江大学硕十学位论文基于r f i d 的i 旌狱管理系统设计 第二章上位机系统实现的理论基础 2 1 数据库概论 2 1 1 数据库的发展 数据库处理在信息系统的研究中一直是非常重要的主题，然而，近年来，随着 w o r l dw i d ew e b ( w w w ) 的猛增及i n t e r n e t 技术的迅速发展，使得数据库技术之时成 为最热门技术之一。数据库技术能使i n t e r n e t 应用超越具有早期应用特点的简单的 发布。同时，i n t e r n e t 技术提供了一种向用户发布数据库内容的标准化的访问方法。 这些技术没有脱离经典数据库技术的要求。它们只是加重了数据库技术的重要性。 数据库的设计和开发及包括艺术有包括工程。理解用户的需求，然后，把它们转变 为有效的数据库设计是一个艺术过程。把设计转变为实际的数据库，并且这些数据 库带有功能完备、高效能的应用，是一个工程过程。 数据库的目的是帮助人们跟踪事务。经典的数据库应用涉及诸如订单、顾客、 工作、员工、学生、电话之类的项，或其它数据量较大，需要密切关注的事务。最 近，由于数据库的普及，数据库技术已经被应用到了新的领域，诸如用于i n t e r n e t 的数据库或用于公司内联网的数据库。数据库也被越来越多地应用于生成和维护多 媒体应用程序上。 ， 计算机的数据处理应用，首先要把大量的信息以数据形式存放在存储器中。存 储器的容量、存储速率直接影响到数据管理技术的发展。从1 9 5 6 年生产出第一台计 算机到现在，存储器的发展，为数据库技术提供了良好的物质基础。 使用计算机以后，数据处理的速度和规模，无论是相对于手工方式，还是机械 方式，都有无可比拟的优势。通常在数据处理中，计算是比较简单的而数据的管理 却比较复杂。数据管理是指数据的收集、整理、组织、存储、维护、检索、传送等 操作，这部分操作是数据处理业务的基本环节，而且是任何数据处理业务中必不可 少的共有部分。数据管理技术的优劣，将直接影响数据处理的效率。 1 数据库的发展 数据管理技术的发展，与硬件( 主要是外存) 、软件、计算机应用的范围有密切 的联系。数据管理技术的发展经过三个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段和数据 4 浙江大学硕l ：学位论文基于i 强i d 的i 监狱管理系统设计 库阶段。 人工管理阶段和文件系统阶段都有着相当多的缺陷，诸如数据冗余性，数据不 一致性以及数据联系弱等等。也正是由于这些原因，促使人们研究新的数据管理技 术，从而产生了数据库技术。 2 0 世纪6 0 年代末发生的三件大事，层次模型i m s 系统的推出、关于网状模型 d b t g 报告的发表以及关于关系模型论文的连续发表标志着数据管理技术进入数据库 阶段。进入7 0 年代以后，数据库技术得到迅速发展，开发了许多有效的产品并投入 运行。数据库系统克服了文件系统的缺陷，提供了对数据更高级更有效的管理。当 进入数据库阶段后，随着数据管理规模一再扩大，数据量急剧增加，为了提高效率， 开始时，人们只是对文件系统加以扩充，在应用文件中建立了许多辅助索引，形成 倒排文件系统。但这并不能最终解决问题。在2 0 世纪6 0 年代末，磁盘技术取得重 要进展，具有数百兆容量和快速存取的磁盘陆续进入市场，成本也不高，为数据库 技术的产生提供了良好的物质条件。 2 数据库阶段的特点 a ) 减少数据的重复( r e d u n d a n c yc a nb er e d u c e d ) 当在一个非数据库系统当中，每一个应用程序都有属于他们自己的文件，由于 无法有系统建立的数据，因此常常会造成存储数据的重复与浪费。例如：在一家公 司当中，人事管理程序与工资管理程序或许都会使用到职员与部门的信息或文件， 可以运用数据库的方法，把这两个文件整理起来，以减少多余的数据，过度地占用 存储空间。 b ) 避免数据的不一致( i n c o n s i s t e n c yc a na v o i d ) 本项的特色，可以说是延伸前项的一个特点，要说明这样的一个现象，可以从 下面这个实例来看：若是在同家公司当中，职员甲在策划部门工作，且职员甲的 记录同时被存放在数据库的两个地方，而数据库管理系统却没有对这样重要的情况 加以控制，当其中一条数据库被修改时，便会造成数据的不一致，但是，对于一个 健全的数据库管理系统而言，将会对这样的情况加以控制，但有时并不需要刻意消 除这种情形，应当视该数据库的需求与效率来决定。 c ) 数据共享( d a t as h a r e d ) 数据共享的意义可以理解为，并不是只有针对数据库设计的应用程序，可以使 用数据库中的数据，对于其他撰写好的应用程序，同样可以对相同数据库当中的数 5 浙江人学硕上学位论文基于r f i d 的监狱管理系统设计 据进行处理，进而达到数据共享的目的。 d ) 强化数据的标准化( s t a n d a r dc a nb ee n f o r c e d ) 由数据库管理系统，对数据做出统筹性的管理，对于数据的格式与一些存储上 的标准进行控制，如此一来，对于不同的环境的数据交换( d a t ai n t e r c h a n g e ) 上 将有很大的帮助，也能提高数据处理的效率。 f ) 实践安全性的管理( s e c u r it yr e s t r i c t i o nc a nb ea p p li e d ) 通过对数据库完整的权限控制，数据库管理者可以确认所有可供用户存取数据 的合法途径渠道，并且可以事先对一些较重要或关键性的数据进行安全检查，以确 保数据存取时，能够将任何不当损毁的情形降至最低。 e ) 完整性的维护( i n t e g r i t yc a nb em a i n t a i n e d ) 所谓完整性的问题，就是要确认某条数据在数据库当中，是正确无误的。正如 b ) 所述，若是无法控制数据的不一致性，便会产生完整性不足的问题，所以，当数 据重复性高的时候，数据不完整的情形也会增加，当然，若是数据库的功能完整， 将会大大地提高数据完整性，也会增加数据库的维护能力与维护简便性。 f ) 需求冲突会获得平衡( c o n f l i c t i n gr e q u i r e m e n t sc a nb eb a l a n c e ) 在一个较大型的企业当中，用户不同的需求，往往会造成系统或数据库在设计 上的困扰。但是一个合适的数据库系统，可以通过数据库管理员的管理，将会有效 地整理各方面的信息。对于一些较重要的应用程序，可以适时地提供较快速的数据 存取方法与格式，以平衡多个用户在需求上的冲突。 3 数据库技术 从文件系统发展到数据库系统是信息处理领域的一个重大变化。在文件系统阶 段，人们关注的中心问题是系统功能的设计，因而程序设计处于主导地位，数据只 起着服从程序需要的作用。在数据库方式下，信息处理观念已为新体系所取代，数 据占据了中心位置。数据结构的设计成为信息系统首先关心的问题，而利用这些数 据的应用程序设计则退居到以既定的数据结构为基础的外围地位。 目前世界上已有数百万个数据库系统在运行，其应用已经深入到人类社会生活 的各个领域，从企业管理、银行业务、资源分配、经济预测一直到信息检索、档案 管理、普查统计等。并在通信网络基础上，建立了许多国际性的联机检索系统。我 国2 0 世纪9 0 年代初在全国范围内装备了1 2 个以数据库技术为基础的大型计算机系 统，这些系分布在邮电、计委、银行、电力、铁路、气象、民航、情报、公安、军 6 浙江大学硕f ：学位论文基于r f i d 的监狱管理系统设计 事、航天和财税等行业。 数据库技术还在不断的发展，并且不断地与其它计算机技术相互渗透。数据库 技术与网络通信技术相结合，产生了分布式数据库系统。数据库技术与面向对象技 术相结合，产生了面向对象数据库系统。 在数据库技术中有四个名词，其概念应该分清。 ( 1 ) 数据库( d a t a b a s e ，d b ) ：d b 是统一管理的相关数据的集合。曲能为各种 用户共享，具有最小冗余度，数据间联系密切，而又有较高的数据独立性。 ( 2 ) 数据库管理系统( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，d b m s ) ：d b m s 是位于用 户与操作系统之间的一层数据管理软件，为用户或应用程序提供访问d b 的方法，包 括d b 的建立、查询、更新及各种数据控制。d b m s 总是基于某种数据模型，可以分 为层次型、网状型、关系型和面向对象型d b m s 。 ( 3 ) 数据库系统( d a t a b a s es y s t e m ，d b s ) ：d b s 是实现有组织地、动态地存储 大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统，即采 用了数据库技术的计算机系统。 ( 4 ) 数据库技术：这是一门研究数据库的结构、存储、管理和使用的软件学科。 数据库技术是操作系统的文件系统基础上发展起来的。而d b m s 本身要在操作系统的 支持下才能工作。数据库不仅用到数据结构的知识，而且丰富了数据结构的内容。 在关系数据库中要用到集合论、数理逻辑的理论。因此，数据库技术是一门综合性 较强的学科。 2 1 2 数据库理论基础 1 数据库模型 从2 0 世纪5 0 年代中期开始，计算机的应用由科学研究部门逐步扩展到企业、 行政部门。至6 0 年代，数据处理成为计算机的主要应用。数据库技术作为数据管理 技术，是计算机软件领域的一个重要分支，产生于6 0 年代末。现已形成相当规模的 理论体系和实用技术。 模型是对现实世界的抽象。在数据库技术中，用模型的概念描述数据库的结构 与语义，对现实世界进行抽象，表示实体类型及实体间联系的模型称为“数据模 型”。 目前广泛作用的数据模型可分为两种类型。一种是独立于计算机系统的模型， 7 浙江大学硕十学位论文基卡r f i d 的滥狱管理系统设计 完全不涉及信息在系统中的表示，只是用来描述某个特定组织所关心的信息结构， 这类模型称为“概念数据模型 。要领模型用于建立信息世界的数据模型，强调其 语义表达功能，应该概念简单、清晰，易于用户理解，它是现实世界的第一层抽象， 是用户和数据库设计人员之间进行交流的工具。这一其中著名的模型是“实体联系 模型。另一种数据模型是直接面向数据库的逻辑结构，它是现实世界的第二层抽 象。这类模型涉及到计算机系统和数据库管理系统，又称为“结构数据模型 。例 如，层次、网状、关系、面向对象等模型。这类模型有严格的形式化定义，以便于 在计算机系统中实现。 ( 1 ) 层次模型。用树型结构表示实体类型及实体间联系的数据模型。树的结点 是记录类型，每个非根结点有且只有一个父结点。上一层记录类型和下一层记录类 型间联系是1 ：n 联系。 层次模型的特点是记录之间的联系通过指针实现，查询效率较高。但层次模型 有两个缺点：一是只能表示1 ：n 联系，虽然有多种辅助手段实现了m ：n 联系，但 都较复杂，用户不易掌握，二是由于树型结构层次顺序的严格和复杂，引起数据的 查询和更新操作也很复杂，因此，编写应用程序也很复杂。 ( 2 ) 网状模型。用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型。1 9 6 9 年d b t g 报告提出的数据模型是网状模型的主要代表。有向图中的结点是记录类型， 有向边表示从箭尾一端的记录类型到箭头一端的记录类型间联系是l ：1 1 联系。 网状模型的特点：记录之间联系通过指针实现，m ：n 联系也容易实现( 每个m ： n 联系可拆成两个1 ：n 联系) ，查询效率较高。网状模型的缺点是编写应用程序比 较复杂，程序员必须熟悉数据库的逻辑结构。由于层次系统和网状系统的应用程序 编制比较复杂，因此，从2 0 世纪8 0 年代中期起，其市场已被关系系统所取代。但 是使用这两种模型建立起的许多数据库仍然在正常运转，只是在外层加了个关系数 据库语言的接口。网状模型有许多成功的产品，2 0 世纪7 0 年代的产品大部分网状 系统，例如，h o n e y w e l1 公司的i d s i i 、h p 公司的i m a g e 3 0 0 0 、b u r r o u g h s 公司的 d i n si i 、u m i v a c 公司的d m s l1 0 0 、c u l l i n e t 公司的i d m s 、c i m c o m 公司的t o t a l 等。 ( 3 ) 关系模型。关系模型的主要是用二维表格结构表达实体集，用外键表示实 体间联系。关系模型是由若干个关系模式组成的集合。关系模式相当于前面提到的 记录类型，它的实例称为关系，每个关系实际上是一张二维表格。 关系模型和层次、网状模型的最大判别是用关键码而不是用指针导航数据，表 8 浙江人学硕士学位论文 基于r f i d 的监狱管理系统改计 格简单用户易懂，编程时并不涉及存储结构，访问技术等细节。关系模型是数学化 模型。s q l 语言是关系数据库的标准化语言，已得到了广泛的应用。2 0 世纪7 0 年代 对关系数据库的研究主要集中在理论和实验系统的开发方面。8 0 年代初才形成产品， 但很快得到广泛的应用和普及，并最终取代了层次、网状数据库产品。现在市场上 典型的关系d b m s 产品有d b 2 、o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o r m i x 和微机型产品f o x p r o 、 a c c e s s 等。 关系模型和网状、层次模型的最大区别是：关系模型用表格数据而不是通过指 针链来表示和实现实体间联系。关系模型的数据结构简单、易懂。只需用简单的查 询语句就可对数据库进行操作。 关系模型是数学化的模型，可把表格看成一个集合，因此集合论、数理逻辑等 知识可引入到关系模型中来。关系模型已是一个成熟的有前途的模型，已得到广泛 应用。 ( 4 ) 面向对象模型。目前，关系数据库的使用已相当普遍，但是，现实世界中 仍然存在着许多含有复杂数据结构的应用领域，例如，c a d 数据、图形数据等，而 关系模型在这方面的处理能力就显得力不从心。因此，人们需要更高级的数据库技 术来表达这类信息。面向对象的概念最早出现在程序设计语言中，随后迅速渗透到 计算机领域的每一个分支。面向对象数据库是面向对象概念与数据库技术相结合的 产物。 面向对象模型能完整地描述现实世界的数据结构，具有丰富的表达能力。但模 型相对较复杂，涉及的知识面也广，因此面向对象数据库尚未达到关系数据库那样 的普及程度。 2 数据库体系结构 数据库的体系结构分三级：内部级( i n t e r n a l ) ，概念级( c o n c e p t u a l ) 和外 部级( e x t e r n a l ) 。这个三级结构有时也称为“三级模式结构”，或“数据抽象的三 个级别 。最早是在1 9 7 1 年通过的d b t g 报告中提出，后来收入在1 9 7 5 年的美国 a n s i s p a r c 报告中。虽然现在d b m s 的产品多种多样，在不同的操作系统支持下工 作，但是大多数系统在总的体系结构上都具有三级模式的结构特征。从某个角度看 到的数据特性称为“数据视图 ( d a t av i e w ) 。 外部级最接近用户，是单个用户所能看到的数据特性。单个用户使用的数据视 图的描述称为“外模式”。概念级涉及到所有用户的数据定义，是全局的数据视图。 9 浙江丈学硕七学位论文基于r f i d 的豁狱管理系统设计 全局数据视图的描述称为“概念模式”。内部级最接近于物理存储设备，涉及到实 际数据存储的结构。物理存储数据视图的描述称为“内模式”。 数据库的三级模式结构是数据的三个抽象级别。它把数据的具体组织留给d b m s 去做，用户只要抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机中的表示和存储，这样 就减轻了用户使用系统的负担。 三级结构之间往往差别很大，为了实现这三个抽象级别的联系和转换，d b m s 在三级结构之间提供两个层次的映象( m a p p i n g s ) ：外模式模式映象，模式内模式 映象。此处模式是概念模式的简称。 3 数据的独立性 由于数据库系统采用三级模式结构，因此系统具有数据独立性的特点。在数据 库技术中，数据独立性是指应用程序和数据之间相互独立，不受影响。数据独立性 分成物理数据独立性和逻辑数据独立性两级。 ( 1 ) 物理数据独立性 如果数据库的内模式要进行修改，即数据库的存储设备和存储方法有所变化， 那么模式内模式映象也要进行相当的修改，使概念模式尽可能保持不变。也就是对 内模式的修改尽量不影响概念模式，当然，对于外模式和应用程序的影响更小，这 样，称数据库达到了物理数据独立性。 ( 2 ) 逻辑数据独立性 如果数据库的概念模式要进行修改，譬如增加记录类型或增加数据项，那么外 模式模式映象也要进行相应的修改，使外模式尽可能保持不变。也就是对概念模式 的修改尽量不影响外模式和应用程序，这样，称数据库达到了逻辑数据独立性。现 有关系系统产品均提供了较高的物理独立性，而对逻辑独立性的支持尚有欠缺，例 如，对外模式的数据更新受到限制等。 2 1 3s q l 语言基础 1 s q l 简介 用户对数据库的使用，是通过数据库管理系统提供的语言来实现的。不同的数 据库管理系统提供不同的数据库语言。关系数据库管理系统几乎都提供关系数据库 标准语言s q l 。 s q l 的全称是s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ，即结构化查询语言。s q l 语句可以 1 0 浙江人学硕十学位论文摹于r e i d 的豁狱管理系统设计 从关系数据库中获得数据，也可以建立数据库、增加数据、修改数据。1 9 8 6 年a n s i 采用s q l 语言作为关系数据库系统的标准语言，后被国际化标准组织( i s o ) 采纳为 国际标准。s q l 语言使用方便、功能丰富、简洁易学，是操作数据库的工业标准语 言，得到广泛地应用。例如关系数据库产品d b 2 、o r a c l e 等都实现了s q l 语言。同 时，其它数据库产品厂家也纷纷推出各自的支持s q l 的软件或者与s q l 的接口软件。 这样s q l 语言很快被整个计算机界认可。 s q l 语言是一种非过程化语言，它一次处理一个记录集合，对数据提供自动导 航。s q l 语言允许用户在高层的数据结构上工作，而不对单个记录进行操作。s q l 语 言不要求用户指定数据的存取方法，而是使用查询优化器，由系统决定对指定数据 存取的最快速手段。当设计者在关系表上定义了索引时，系统会自动利用索引进行 快速检索，用户不需知道表上是否有索引或者有什么类型的索引等细节。 s q l 语言可以完成许多功能，例如： 查询数据 在数据库表格中插入、修改和删除记录 建立、修改和删除数据对象 控制对数据和数据对象的存取 确保数据库的一致性和完整性等 2 s q l 查询 数据查询是关系运算理论在s q l 语言中的主要体现，s e l e c t 语句是s q l 查询的 基本语句，当在对一个数据库进各种各样的操作时，使用的最多的就是数据查询， 在以s q l 为基础的关系数据库中，使用的最多的就是s e l e c t 查询语句。 s e l e c t 语句的完整句法如下：s e l e c t 目标表的列名或列表达式序列f r o m基 本表和( 或) 视图序列 w h e r e 行条件表达式 g r o u pb y 列名序列 h a v i n g 组 条件表达式 o r d e rb y 列名 a s cid e a c 。 在s e l e c t 语句中还使用了大量的保留字和通配符以进行各种各样的条件查询。 在系统中有大量的查询按钮，其使用了大量的查询语句，而且这些查询语句大部分 使用的是模糊查询，所以大量的使用了模式匹配符l i k e ( 判断值是否与指定的字符 通配格式相符) 。在包含l i k e 的查询语句中可以使用两个通配符：( 百分号) ：与 零个或多个字符组成的字符串匹配；一( 下划线) ：与单个字符匹配。系统中的条件 判断往往包含多个条件，这时就需要使用逻辑运算符n o t 、a n d 、o r ( 用于多条件的 浙江大学硕l j 学位论文 皋十r f i d 的监狱管理系统设计 逻辑连接) ，谓词a l l 以及保留字d i s t i n c t 等等。作为s e l e c t 语句还有很多的使用 方法，这罩就不再叙述。 3 s q l 数据更新 使用数据库的目的是为了有效地管理数据，而数据的插入、删除和修改则是必 不可少的一个功能。在本系统中就大量地使用了数据插入、删除和修改这三种操作， 现做一个简单地介绍。 数据插入 往数据库的基本表中插入数据使用的是i n s e r t 语句，其方式有两种：一种是元 组值的插入，另一种是查询结果的插入。在本系统中使用的是前一种方式，其句法 为： i n s e r ti n t o 基本表名( 列表名) v a l u e s ( 元组值) 。 数据删除 往数据库的基本表中删除数据使用的是d e l e t e 语句，其句法如下： d e le t ef r o m 基本表名 w h e r e 条件表达式 在些作一点说明，删除语句实际上是“s e l e c t 宰f r o m 基本表名 w h e r e 条件 表达式 ”和d e l e t e 操作的结合，每找到一个元组，就把它删除。此外，d e l e t e 语 句只能从一个基本表中删除元组，w h e r e 子句中条件可以嵌套，也可以是来自几个 基本表的复合条件。 数据修改 当需要修改基本表中元组的某些列值时，可以用u p d a t e 语句实现，其句法如下： u p d a t e 基本表名s e t 列名= 值表达式 ，列名= 值表达式 w h e r e 条件表达式 在d e l p h i 中使用s q l 语句是很方便的，一般来说，都是通过t q u e r y 组件来使 用s q l 语言的。有一点要进行说明，虽然通过t q u e r y 组件来使用s q l 语言很方便， 但考虑到自己对不同组件的理解程度、个人习惯以及其它各个方面，在本系统中采 用的是a d o 组件来对数据库进行操作。最简单的方法比如在t a d o q u e r y 组件的s q l 属性中就可以键入s q l 语句，至于详细的使用方法在后面进行介绍。 2 2 数据库开发工具 2 2 1d e l p h i7 0 简介 d e l p h i 类可以粗略地分成两部分：一部分是组件类，这些组件类通常以某种方 1 2 浙江大学硕士学位论文基于r f i d 的豁狱管理系统设计 式出现在组件面板上，当用户从组件面板上点取一个类的图标后，在程序中就自动 生成了该类的对象( 非可视组件除外) ；另一部分是功能类，这此功能类的对象通 常出现在程序代码中，起着不可代替的作用，但是这些功能类在组件面板上是找不 到的。在d e l p h i 中，每一个类的祖先都是t o b j e c t 类，整个类的层次结构就像一棵 倒挂的树，在最顶层的树根即为t o b j e c t 类。这样，按照面向对象编程的基本思想， 就使得用户可用t o b j e c t 类这个类型代替任何其它类的数据类型。实际上在d e l p h i 的类库中，t o b j e c t 类派生出了为数相当众多的子类，它们形成了一个庞大的体系， 通常情况下，如果不自行开发组件，就不必了解整个类的体系结构，只用到类层次 树的叶结点就足够了。 凡是做过程序开发的人都知道从来没有单纯的数据应用程序，也就是说，数据 库应用程序必须和用户界面( 可以是图形界面，也可以是命令接口) 元素相结合， 只讲界面或只讲数据库本身都构不成数据库应用程序，因而用d e l p h i7 0 开发数据 库应用程序就隐含着界面开发。 组件在d e l p h i 程序的开发中是最显眼的角色。大家知道，在编写程序时一般 都开始于在组件面板上选择组件并定义组件间的相互作用。但也有一些组件不在组 件面板上，例如t f o r m 和t a p p li c a t i o n ( 典型的非可视组件) 。组件是t c o m p o n e n t s 派生出来的子类，可以流的形式存放在d f m 文件中，具有事件和p u b l i s h 属性。 窗口组件类是窗口化的可视化组件类，在d e l p h i 的类库中占有最大的份额。 在实际编程中，窗口组件类的对象都有句柄，可以接受输入焦点和包含其它组件。 形组件与窗口组件并列，是另一大类组件。图形组件不是基于窗口的，因而不能有 窗口句柄，不能接受输入焦点和包含其它组件。图形组件的基类是t g r a p h i c c o n t r o l ， 在实际编程中，它们必须寄生于它们的宿主窗口组件类的对象，由它们的拥有 者负责其显示，而且它们还能触发一些和鼠标活动相关的事件。图形控件最典型的 例子是t l a b e l 和t s p e e d b u t t o n 。由此可以看出图形组件的功能很弱，有读者会问 图形组件的用处何在呢? 其实使用图形组件的最大好处在于节省资源，正是因为它 们的功能较弱，所以使用的系统资源就要少。在一个应用程序中，如果能在不影响 其功能的前提下合理大量地使用图形组件，将会大减少程序对系统资源的消耗。 非可视组件是与可视组件相并列的另一类组件，非可视组件在程序运行中是不 可见的( 除各种对话框组件之外，事实上有人认为对话框组件不能归入非可视组件， 应该是另一种介于可视与非可视之间的组件) 。 1 3 浙江大学硕上| 学位论文慕于r f i d 的监狱管理系统设计 2 2 2d e l p h i7 0 控件 用d e l p h i 7 开发数据库应用，重点是和各种数据库组件打交道，当然也要使用 其它的一些组件，现在在系统设计中所使用的重要组件给予简单介绍。 1 a d o 数据访问组件 a d o 数据对象( a c t i v ed a t ao b j e c t s ) 实际是一种提供访问各种数据类型的链接 机制。a d o 设计为一种极简单的格式，通过o d b c 的方法同数据库接口中，可以使用 任何一种o d b c 数据源，即不止适合于s q ls e r v e r 、o r a c l e 、a c c e s s 等数据库应用 程序，也适合于e x c e l 表格、文本文件、图形文件和无格式的数据文件。a d o 是基 于o l e - d b 之上的技术，因此a d o 通过其内部的属性和方法提供统一的数据访问接口 方法。a d o 使您的客户端应用程序能够通过o l ed b 提供访问和操作在数据库服务器 中的数据。a d o 支持用于建立c s 和w e b 的应用程序的主要功能。其主要优点是易 于使用、高速度、低内存支出和占用磁盘空间较少。a d o 同时具有远程数据服务( r d s ) 功能，通过r d s 可以在一次往返过程中实现将数据从服务器移动到客户端应用程序 和w e b 页、在客户端对数据进行处然后将更新结果返回服务器的操作。 d e l p h i7 0 继续对m i c r o s o f t 的a d o 访问能力的支持。这种能力是通过一组新 组件实现的，这些组件是在企业版的a d o 组件页中，在组件面版的a d o 页上可以找 到这些组件。利用在前面章节提到的t d a t a s e t 抽象类，a d o 组件可以不通过b d e 而 直接实现a d o 连接。这意味着只需要很少的代码就可以实现该连接并且性能得到提 高。 利用a d o 数据访问组件，可以只使用a d o 结构与数据库取得联系并对其中的数 据进行操作，而在这些过程中完全不需要使用b d e 。大多数的a d o 连接和数据集组 件都是与基于b d e 的连接和数据集组件相类似的。t a d o c o n n e c t i o n 组件与基于b d e 的应用程序中的t d a t a b a s e 组件类似。t a d o t a b l e 与t t a b l e ，t a d o q u e r y 与t q u e r y ， 以及t a d o s t o r e p r o c 和t s t o r e d p r o c 之间都具有这种类似的对应关系。使用这些a d o 组件的方式与常使用的数据访问组件( 基于b d e ) 都有许多相同之处。t t a d o d a t a s e t 没有直接的b d e 对应组件，但它提供了许多与t t a b l e 和t q u e r y 相同的功能。同样， t a d o c o m m a n d 也没有相对应的b d e 组件，它是在d e l p h i a d o 环境中完成特定功能的 组件。d e l p h i7 0 通过a d o 数据集访问组件，可以不借助b d e 数据引擎而是通过微 软的o l e d b 来访问更为广泛的数据库中的数据。a d o 数据集访问组件与常用的数据 访问组件是并列的关系。 1 4 浙江大学硕上学位论文基于r f j d 的监狱