（微电子学与固体电子学专业论文）自动灰熔融性测定仪的研制.pdf

摘要 摘要 人类社会的不断发展对电力的需求也不断增长。以煤为燃料的火力发电占中 国总发电量的8 0 以上。燃煤火力发电机组在高温工作时会产生煤灰，进而结渣， 若不能对结渣及时清理将导致停机或事故。如何保障燃煤火力发电机组安全、正 常运行是一个影响到国计民生的课题。经过实践，人们利用锅炉内部工作时的高 温，将匹配用煤产生的煤灰熔融，实现自动清理。煤灰熔融性成为评价动力煤的 重要指标。 论文依据相关行业标准完成了自动灰熔融性测定仪( 称为c a f - a n a l y s t ) 的 研制。论文首先介绍了煤灰熔融性检测的有关理论和相关技术，然后对基于微软 a c c e s s 的多媒体数据库，从结构、开发方法、技术特点和管理方面作了详细论 述，并针对自动灰熔融性测定系统的实现目标及应用环境，提出了解决方案。 设计方案介绍包括技术指标、系统功能、总体设计，其中总体设计包括特征 温度子系统设计、视频信息子系统设计、数据库管理及界面软件设计三部分。 特征温度子系统的硬件电路以功能强大、技术成熟的m c s - 5 1 系列的单片机 s t c 8 9 c 5 3 r c 为核心构成，控制软件利用k e ilc 编程。该子系统负责采集测试炉 温度信息，并控制加热方式。利用m s c o m m 控件以串行方式向p c 机传送温度信息。 视频信息子系统通过调用v f w ( v i d e of o rw i n d o w s ) 的a p i ( a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 函数方法获得灰锥形态信息，并存储为一个临时文件。 利用面向对象的程序设计语言v i s u a lb a s i c6 0 编制的p c 端数据库管理及 界面软件共1 6 个单文档界面窗体，包含用户管理、功能选择、实时测试、数据 处理等功能。利用a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t s ) 方法创建、管理多媒体数据库。 最终系统软硬件联合调试成功，完成了自动灰熔融性测定仪的研制。原型机 测试结果达到了预期目标，并在合作单位实现了批量生产。 关键词：数据库管理系统；灰熔融性；多媒体数据库；单片机；a p i ；a d o 北京t 业大学t 学硕_ l | 学位论文 a b s tr a c t h u m a ns o c i e t yw i t ha ni n c e s s a n td e v e l o p m e n tp u t sah i g h e ra n dh i g h e r r e q u i r e m e n tt ot h ee l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y t h ec o a l f i r e dp o w e rg e n e r a t i o n ，i n2 0 0 3 ， o c c u p i e dm o r et h a n9 0 o ft h et o t a lg e n e r a t i n gc a p a c i t yi nc h i n a t h ec o a l f i r e d p o w e rg e n e r a t o r sw o r k si nv e r yh i 曲t e m p e r a t u r ec o n d i t i o n , w h i c hp r o d u c e sc o a la s h ， t h e ni tb e c o m e sc l i n k e r c l i n k e r sm a ys t o pp r o d u c t i o na n de v e na na c c i d e n tu n l e s s r e m o v et h e nq u i c k l y h o wt og u a r a n t e et h ec o a l - f i r e dp o w e rg e n e r a t o r st ow o r ks a f e l y i sa ni m p o r t a n tp r o b l e mc o n c e m i n gt h en a t i o n a le c o n o m ya n dt h ep e o p l e sl i v e l i h o o d p r o v e nb yp r a c t i c e c l i n k e r i n gc a nb ec l e a n e db yi t s e l fi ft h et e m p e r a t u r ei n s i d et h e b o i l e rm a t c h e st h em e l t i n gt e m p e r a t u r eo fc o a la s h e s t h e r e f o r e c o a la s hf u s i b i l i t yi s a ni m p o r t a n tp a r a m e t e rt oe v a l u a t ec o a lu s e di nc o a l - f i r e dp o w e rp l a n t b a s e do nt h ei n d u s t r ys t a n d a r d s ，a na u t o m a t i cc o a la s hf u s i o nm e a s u r i n g i n s t r u m e n t ，n a m e da sc a f a n a l y s t ，i si m p l e m e n t e di nt h i sp a p e r a tf i r s t ，t h ep a p e r i n t r o d u c e sa n dd i s c u s s e ss o m er e l a t i v et h e o r ya n dt e c h n o l o g y t h e n 。s o m ec o n c e p t s ， s t r u c t u r ea n dm e t h o d so fm d b ( m u l t i m e d i ad a t a b a s e ) ，b a s e do nm i c r o s o f ta c c e s s 。 a r es t u d i e di nd e t a i l s a c c o r d i n gt ot h ew o r k i n gc i r c u m s t a n c ea n dt h er e q u i r e m e n to f c a f - a n a l y s t ，t h ed e s i g ns o l u t i o ni sp r o p o s e di nt h i sp a p e r 1 1 1 ed e s i g ns o l u t i o ni sd i v i d e di nt h r e ep a r t s ：t e c h n o l o g yi n d e x ，s y s t e mf u n c t i o n s 。 a n dc o l l e c t i v i t yd e s i g n ，t h el a t e ri n c l u d e se i g e n t e m p e r a t u r ec o n t r o l l i n gs y s t e m ，v i d e o s y s t e m ，d a t a b a s em a n a g e m e n ta n di n t e r f a c es o f t w a r e t h eh a r dc i r c u i to ft e m p e r a t u r ec o n t r 0 1s u b s y s t e mu s e st h ep o w e r f u lm c s 51 s t c 8 9 c 5 3 r c 嬲t h ec i r c u i tc o r e i t sc o n t r o ls o f t w a r eu s e sk e i lct op r o g r a m t h i s s u bs y s t e ms a m p l e st e m p e r a t u r ea n dc o n t r o l st h eh e a t i n gm e t h o d ，t r a n s m i t t i n gt h e t e m p e r a t u r em e s s a g et op cc o m p u t e ri 1 1as e r i a lm o d e t h ev i d e os y s t e m ，b yt r a n s f e r r i n ga p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) f u n c t i o no fv f w ( v i d e of o rw i n d o w s ) ，a c q u i r e st h ea s hs h a p ei n f o r m a t i o na n ds t o r e s i ta sat e m p o r a r yf i l e d a t a b a s em a n a g e m e n ta n di n t e r f a c es o f t w a r ei np cc o m p u t e r , d e v e l o p e db yq q ( o b j e c t - o r i e n t e d ) ，i n c l u d e 16s i n g l ed o c u m e n ti n t e r f a c ew i n d o w sa d m i n i s t e r i n g a s s i g n m e n t ss u c ha su s e rm a n a g e m e r i t ，f u n c t i o ns e l e c t i o n ，r e a lt i m em e a s u r e m e 峨 d a t ap r o c e s s i n g a n ds oo n a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t s ) m e t h o di su s e dt oc o n s t r u c t a n dm a n a g et h em d b a f t e rt h eh a r d w a r e - s o f t w a r ei n t e g r a t e do n - l i n ed e b u g g i n g ，t h ea u t o m a t i cc o a la s h f u s i o nm e a s u r i n gi n s t r u m e n tn a m e dc a f - a n a l y s th a sb e e nd e s i g n e df i n a l l ya n d r e a l i z e db a t hp r o d u c t i o ni nc o o p e r a t i n gc o m p a n y k e y w o r d s ：d b m s ( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) ，c o a la s hf u s i o n ，m d b ( m u l t i m e d i ad a t a b a s e ) ，s c m ( s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e r ) ，a p i ( a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) ，a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t s ) 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期：兰! ! ! ：! 主：! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名：夕雾游日期：则 第1 幸绪论 mn _曼m mm m 鼍 1 1 课题背景 第1 章绪论 1 9 世纪7 0 年代，以电能作为动力的能源形式相继被发明和应用，这掀起了 产业革命后的第二次工业化高潮。从此电力、电子、信息等等高科技开始改变人 们的生活。发明了电脑、家电等更多使用电力的产品。新技术的不断出现使得电 力成为人们的必需品。 发电环节在电力系统中处于中心地位。在众多发电方式中，火力发电是传统 的电力能源获取的手段之一。最早的火力发电是1 8 7 5 年在巴黎北火车站的火电 厂实现的。随着发电机、汽轮机制造技术的完善，输变电技术的改进，特别是电 力系统的出现以及社会电气化对电能的需求，2 0 世纪3 0 年代以后，火力发电进 入大发展的时期。火力发电机组的容量由2 0 0 兆瓦级提高到3 0 0 6 0 0 兆瓦级， 到1 9 7 3 年，最大的火电机组达1 3 0 0 兆瓦。 中国煤炭资源丰富，截至2 0 0 2 年年底，全国共有煤炭资源的矿区6 0 1 9 个， 查明煤炭资源储量为1 0 2 0 1 亿吨，其中煤炭基础储量3 3 4 1 亿吨( 煤炭储量为1 8 8 6 亿吨) ，煤炭资源量为6 8 7 2 亿吨。按照中国探明可直接利用的煤炭储量1 8 8 6 亿 吨计算，人均年消费煤炭1 4 5 吨，可以保证开采上百年。中国的能源资源特点 决定了中国以煤为基础、以电力为中心的能源发展方针。如表1 1 、表1 2 所示， 在电力结构中，同样也是以煤为基础，煤电在中国电力装机和发电量的比重以往 一直在7 0 和8 0 以上。 表1 11 9 9 8 - - 2 0 0 3 年中国发电装机容量( 万千瓦) t a b l e1 1t h eg e n e r a t i n gc a p a c 时i nc h i n a 舶m1 9 9 8t o2 0 0 3 项目 合计水电量比重火电量比重核电量比重 1 9 9 82 7 7 2 9 6 5 0 72 3 4 6 2 0 9 8 87 5 6 9 2 1 00 7 6 1 9 9 92 9 8 7 77 2 9 72 4 4 2 2 2 3 4 37 4 7 9 2 l oo 7 0 2 0 0 03 1 9 3 27 9 3 52 4 8 5 2 3 7 5 4 7 4 3 9 2 1 0 o 6 6 2 0 0 13 3 8 4 9 8 3 0 12 4 5 2 2 5 3 0 17 4 7 5 2 1 00 6 2 2 0 0 23 5 6 5 78 6 0 72 4 1 4 2 6 5 5 57 4 4 7 4 4 71 2 5 2 0 0 33 8 4 5 09 2 1 72 3 9 7 2 8 5 6 47 4 2 9 6 1 91 6 2 0 0 5 年全国火电发电量为1 9 85 7 23 6 3 0 7 万千瓦时；2 0 0 6 年全国火电发电 量上升为2 3 00 8 79 5 8 3 2 万千瓦时。2 0 0 7 年1 1 月2 6 日我国首座百万千瓦超超临 界燃煤机组的华能玉环电厂4 号机组顺利投产，成为世界上超超临界百万千瓦级 容量最大的火电厂。 ! 堕些二竺垫：! 坚 表i - 21 9 9 8 2 0 0 3 年中国发电赶( 亿千瓦时1 t a b l e l - 2 t h ep a n so f p o w e r g e n e r a t i o n i n c h i n a f r o m l 9 9 8 t o2 0 0 3 项目合计水电量比重火电量比重 核电量比重 1 9 9 81 1 5 7 72 0 4 31 76 5 9 3 8 88 】0 9 1 4 1l2 2 1 9 9 91 2 3 3 12 1 2 91 72 7 1 0 0 4 78 14 8 1 4 812 0 2 0 0 0 1 3 6 8 52 4 3 l1 77 7 1 1 0 7 98 09 6 1 6 7 12 2 2 0 0 11 4 8 3 92 6 1 11 76 0 1 2 0 4 58 1 1 7 1 7 511 8 2 0 0 21 6 5 4 22 7 4 61 66 0 1 3 5 2 28 17 4 2 6 516 0 2 0 0 31 9 0 8 02 8 3 01 48 3 t 5 8 0 08 28 4 3 85 23 煤中有机质是复杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氢、硫和磷等 元素组成，而碳、氢、氧三者总和约占有机质的9 5 以上；煤中的无机质也含有 少量的碳、氢、氧、硫等元素。煤燃烧后，会产生大量的煤扶并向上飘浮，上升 到一定的高度后，空气变冷，煤灰便会冷凝为固体敷在炉壁上，因为火力发电煤 炉是不能停烧的，所以是无法清理炉壁的，久而久之就会堵塞烟道，造成停机。 如图1 - l 所示炉壁结渣问题直接关系到火力发电厂的正常运转。 闰1 - 1 炉壁内的煤灰 f i g u r ei - 1c o a la s h i n b o i l e r w a i l 如何能够不停机地实现燃煤的废料的清理呢? 如果在炉壁上加上一个恒定 的温度，使敷在炉壁固态煤灰熔融，顺壁流下，煤灰就不会在炉壁上堆积。若煤 灰的熔点低于锅炉内部工作温度，随火焰飞起的煤灰在锅炉正常工作时可顺炉壁 流下，不会在炉壁结渣。按照国家机械行业标准大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器性 能设计规范，每一个锅炉都在设计时为它确定了一个对煤灰要求的参数。煤灰 的熔点成为燃煤选择的技术指标中重要测定项目。 1 2 煤灰熔融性及其测定方法 煤灰熔融性是煤灰在高温下达到熔融状态时的温度，习惯上称作灰熔点。但 并不确切，因为煤灰是一种多组分的混合物，没有一个固定的熔点，只有一个熔 融的温度范围一般用四个温度才能比较确切的表示。测试煤灰的熔融性时将煤 1 镕* 灰制成一定尺寸的三角锥体，在一定的气体介质中，以定的升温速度加热，观 察灰锥在受热过程中的形态变化，测定它的四个熔融特征温度。 按照文献1 4 9 1 中华人民共和国国家标准g b t2 1 9 - 1 9 9 6 煤扶熔融性的测定 方法的规定，本系统采用敦锥法。首先取粒度小于02 m m 的空气干燥煤样， 按g b2 1 2 9 1 规定将其完全扶化然后用玛瑙研钵研细至ol m m 以下。将煤灰制 成高2 0 r m n ，底为边长7 m m 的正三角形，锥体的一侧面垂直于底面一定尺寸的 三角锥体。在定的气体介质中，以一定的升温速度加热，观察灰锥在受热过程 中的形态变化，判定熔融特征温度：即变形温度d t ( d e f o r m 舭i o n t e m p e r a t u r e ) 、 软化温度s t ( s p h e r e l s o i l e n i n gt e m p e r a t u r e ) 、半球温度h t ( h e m i s p h e m t e m p e r a t u r e ) 和流动温度f t ( f l o w f l u i dt e m p e m t u r e ) 。这四种特征温度下扶锥 的形态是评价煤质和煤灰熔融性的一项重要指标。如图1 - 2 所示，下面逐一来介 绍这四个特征温度的灰锥状态。 最形 w - 仃f t 图1 - 2 灰锥熔融特征 f i g u r e1 - 2c o a la s hf u s i b i l i t y ( 1 ) 变形温度d t 指灰锥尖端开始变圆或弯曲的温度。 ( 2 ) 软化温度s t 指灰锥锥体弯曲至锥尖触及托板、扶锥变成球形或高度 等于( 或小于) 底长的半球形时的温度。 ( 3 ) 半球温度h t 灰锥形变至近似半球形，即高约等于底长的一半时的温 度。 ( 4 ) 流动温度f r 是当灰锥融化成一体或展开成高度在15 m m 以下薄层 时的温度。 测试结束后，记录灰锥的四个熔融特征温度：d t 、s t 、h t 和f t ，计算重复测定值的 平均值并化整到l o 报告。同时记录试验气氛性质及控制方法和托板材料及试验后和表面 状况。报告中还应该记录试验过程中产生的烧结，收缩、膨胀镕l 鼓泡等现象及其相麻温度。 1 3 课题主要内容和意义 1 3 1 传统测试方法简介 最初的人工测试方式存在如下弊端：由于测试时间较长完成一次灰样测试 需数个小时，测试员不得离开测试炉前 录；测试环境恶劣：炉内最高温度达到 有一定的危险性。 同时需密切注意荻锥形态变化并及时电 1 5 0 0 ，观察时需佩戴防护墨镜，且具 9 譬 图1 3 录像机与视频叠加技术结合的灰熔融性测定仪系统 f i g u r e l 3 t h e c o a la s h t e s t i n gs y s t e m u s i n g v c ra n d p i p 随着技术的进步，如图1 - 3 所示，煤灰熔融性测定开始将一台摄像机放入暗 箱，并与显示屏相连，采用了利用录像机与视频叠加技术( p i p 画中画) 结合的方 式。将煅烧的整个过程用摄像机录下来。测试时间不变的前提下，测试人员可暂 时离开测试设备、不必实时观测。之后测试人员在将录像观看一遍，查找符合四 种温度类型的图像形态，记录下液晶显示屏显示的温度。然后把录像带编号入库。 查找利用这种方法获得的测试结果，要将灰样煅烧的全过程至少看一遍。整 个过程温度从0 c 到1 5 0 0 ，升温速度为9 0 0 以下，1 5 2 0 r a i n ，9 0 0 以上， f 5 1 1 m i n ，总共需要一个多小时。这就使工作人员工作时间太长、劳动强度 太大：由于存放录像占用空间较大，而且存储设备容易受到损坏，安全性不高； 同时由于录像带为一种顺序存储方式，导致在浏览记录时不得不按照录制顺序观 察记录，前后记录比对较困难：同时只能通过肉服识别图像信息做出判断，由于 测试人员个人素质差异导致比对结果易失偏。 1 3 2 论文主要研究内容 自从出现了功能强大的计算机数据库管理系统以后，使得利用计算机建立操 作简便，存储量大的数据库来代替陈旧的记录管理成为必然。 为解决上述弊端，提出使用摄像头等采集设备获取灰锥的图像，由热电偶等 采集温度信息，自动定时记录或由操作员控制记录，储存在多媒体数据库中。把 图像信息和温度信息通过测试时间一一对应，操作人员只需坐在计算机前对采集 的图像按照标准进行比对、筛选即可完成测试。效率、可靠性和安全性都大大提 高。同时图像和温度信息可在计算机中按照随机方式进行储存，方便核对和复查。 第1 章绪论 进一步采用的图像压缩算法，可以实现在不失真的情况下，减小文件占用空间， 有利于网络传输，方便实现异地测试。 单片机温控系统计算机打印机 测试炉摄像系统 图1 - 4 自动灰焙融性目4 定仪系统 f i g u r e l 4 a u t o m a t i ca 5 h f u s i o n d e t e r m i n a t i o ns y s t e m 通过与煤炭科学研究总院合作，课题研发的自动灰熔融性测定仪 忙a f a n a l y s tx p ) 正是为了把操作人员从繁重的煤灰检测工作中解脱出来，实现 微机化作业。使煤灰熔点测量工作实现采集自动化，数据管理科学化，并在硬件 条件及相关环境具备的基础上可实现一机多控。 基于软件工程的角度对课题进行分析，本论文以多媒体信息管理1 2 1 1 为主线， 由软硬件两方面设计构成。硬件设计主要包括以8 0 5 1 系列单片机为核心的温度 测控下位机，实现对测试炉温度的实时监控，无须人工调压和参数调整，温度传 感器采用铂铑铂热电偶。 软件设计包括单片机程序部分和利用p c 机程序。p c 机程序由以下部分构 成： ( 1 ) 数据库的创建和维护在微软公司a c c e s s2 0 0 3 的数据库叫1 平台上， 使用a d o 技术进行数据库访问和修改，建立3 2 位基于二进制的多媒体加密数 据库，使用密码进行用户身份识别和权限管理，可有效防止测试数据被恶意修改。 包括测试原始数据库和测试结果数据厍。 ( 2 ) 采集测试数据信息形成同步记录，存入测试数据库采用高分辨率摄 像系统通过视频采集设备将图像传入计算机，将图像信息转为二进制形式存入数 据库以方便管理。由计算机控制自动记录整个测试过程的动态图像，同时提供自 动、手动两种方式采集测试过程的静态图形。 利用m s c o m m 控件通过计算机串口，与下位机通讯，获得当前温度信息口， 并实时显示。将动态图像、静态图形同测试时间及当前温度信息形成一条记录， 存入测试原始数据库中。 汐1 释一 北京t 业大学t 学硕：学位论文 ( 3 ) 数据库操作、采集控制的界面软件尽可能提高软件易用性，能够有 效、方便的进行图形、图像与温度信息的采集、记录以及相关信息管理部分。要 求实现：能够对两级数据库记录进行添加、删除、更新、压缩等功能。 ( 4 ) 用户管理功能能够分级管理具备不同操作权限的用户，同时要求考 虑到用户遗忘密码问题的处理。 ( 5 ) 图形文件的压缩存储利用图形压缩存储方法有效降低测试数据占用 的存储空间。 本课题创新点：系统性综合设计，软、硬件协同工作，多语言编程。 1 3 3 系统技术参数 按照国家质量监督检验检疫总局批准由煤炭科学研究总院煤炭分析实验室 测定并提供的g b w ll1 2 4 煤灰熔融性标准物质的相关参数，如表1 3 所示。 表1 3 煤灰熔融性标准物质 t a b l el - 3t h er e f e r e n c em a t e r i a lo fc o a la s h 特征熔融温度( ) 气氛 变形温度( d t )软化温度( s t )半球温度( h t )流动温度( f t ) 弱还原 1 0 5 41 0 9 21 1 6 01 1 9 1 氧化 1 2 5 61 3 1 11 3 2 81 3 4 7 强还原 1 2 9 71 3 3 91 3 4 81 3 6 3 最终确定课题设计的自动灰熔融性测定仪( c a f a n a l y s tx p ) 系统参数如下： 所采集的特征温度图形的分辨率不低于3 2 0 x 2 4 0 ，测温范围为6 0 0 1 6 0 0 ，分 辨率2 。升温速度：9 0 0 以前1 5 2 0 r a i n ，9 0 0 以后5 l r a i n 。测温误 差：3 。 1 4 多媒体信息的管理方式 本论文以多媒体信息管理为主要内容。多媒体信息的管理就是指对多媒体信 息资料的存储、编辑、检索、播放等方面操作的内容。当前在计算机中对多媒体 信息的管理方式主要有以下几种： ( 1 ) 文件系统管理方式多媒体信息的数据以文件的形式在计算机中进行 存储。利用操作系统的文件管理功能可以实现存储管理。如w i n d o w s 系统的资 源管理器不仅能实现文件的存储管理，还可以通过文件属性和相关应用程序关 联，双击鼠标左键就能实现有些多媒体信息资料的修改，甚至播放一些影像资料。 ( 2 ) 扩充关系数据库的方式基于关系模型的数据库原理，引入抽象数据 类型，将原有的关系数据库加以扩充，通过扩展使传统的关系型数据库具有多媒 第l 苹绪论 皇ii |ill - - - - 皇曼皇量曼曼皇曼曼量曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼 体数据库功能，对多媒体信息进行统一管理系统目前的主流技术，同时也是本 论文的依据。扩充的数据类型主要有：图像、图形和声音等，同时还要应用一些 新技术如o l e ( 对象的链接与嵌套技术) 等。此方式存储多媒体信息的方法有以下 几种：利用专用字段存放多媒体信息：将多媒体信息分段存放在不同字段中，播 放时再重新构建；文件系统与数据库相结合，多媒体资料以文件系统存放，用关 系数据库存放媒体类型、应用程序名、媒体属性、关键词等。 ( 3 ) 面向对象数据库的方式对象的集合、对象的行为、对象的状态和对 象间的联系都以面向数据模型来定义的。面向对象的方法最适合于描述一些复杂 的对象，通过引入封装、继承、对象、类等概念，可以有效地描述各种对象及其 内部结构和联系。面向对象数据库的复杂对象管理能力正好对处理非格式多媒体 数据非常有益，根据对象标识符进行导航存取的能力对于相关信息的快速存取也 是非常有利的，另外封装和面向对象的编程概念也为高效软件的开发提供了支 持。面向对象数据库方法将面向对象的程序设计语言与数据库技术有机地结合起 来，是开发多媒体数据库系统的主要方向。 ( 4 ) 超文本( 或超媒体) 的方式超媒体技术具有非线性的网状结构，它可 以按照人脑的联想思维方式把相关信息联系起来，供读者浏览。超媒体是由结点 和表达结点之间联系的链组成的有向图，此方式下多媒体信息的表现形式较符合 人们的思维方式，所以它适合用于制作电子文档或电子出版物。 数据库方式是高效管理多媒体信息的最合理方式。本课题对多媒体信息进行 管理，需要建立多媒体数据库( m d b ，m u h i m e d i ad m 批e ) 和多媒体数据库 管理系统( m d b m s ，m u h i m e d i ad a t a b l em 趾a g e m e ms y s t e m ) 。选用面向对象 的程序设计技术与扩充关系数据库相结合的方式对所涉及的多媒体数据进行有 效管理。 1 5 开发平台的选择 课题研究中温度监控硬件电路设计采用e d a 电路集成设计系统p r o t e l9 9 s e ，单片机程序设计采用k e i lc 语言为主。 p c 软件系统采用m i c m s o f ia c c e s s2 0 0 3 作为平台对涉及的数据进行数据库 系统管理。a c c e s s 适用于结构不太复杂的数据库，其数据库的创建和使用与其它 的数据库系统相比更为简便。同时它是m so f f i c e 组件之一，即使不安装o f f i c e 也能通过w i n d o w s 自带的o d b cf o ra c c e s s 驱动程序来调用a c c e s s 数据库。其 缺点是其不支持并发处理、数据量过大时会影响网站访问速度。 目前流行的数据库界面开发软件有许多种，比如v i s u a lc + + ，v i s 衄lb a s i c 和d e l p m 等。s u a lb a s i c 是微软公司的产品，与a c c e s s 数据库系统衔接性较好， 北京t 业大学工学硕十学位论文 而且功能强大、界面友好、应用广泛，所以本系统p c 机界面软件开发系统选用 v i s u a lb a s i c6 o 企业版作为开发工具，这将全面支持w i n d o w s 系列操作系统， 充分发挥3 2 位操作系统的技术优势。 1 6 论文的结构 本论文分为六章。 第1 章为绪论，总体介绍自动灰熔融性测定仪的研制课题的研究背景， 分析课题研究的意义，提出本论文主要的工作。 第2 章详尽介绍自动灰熔融性测定仪的研制中用到的开发环境和主要技术， 包括a c c e s s 、v i s u a lb a s i c 、k e i lc 和p r o t e l9 9 s e 。 第3 章的内容包括煤灰熔融性特征温度测控子系统的软、硬件设计。 第4 章针对煤灰熔融性视频信息子系统中用到的技术和采集、回放软件的设 计做出说明。 第5 章详细介绍运行在p c 机上的煤灰熔融性测定系统界面软件，功能包括 测试数据采集、多媒体数据库管理等等。 在顺利通过软硬件联机调试后，结论中说明自动灰熔融性测定仪的调试结果 及系统可行性。 第2 章系统的开发环境和技术的研究 第2 章系统的开发环境和技术的研究 课题核心内容为多媒体数据库的管理，采用m i c r o s o f t a c c e s s2 0 0 3 作为平台。 同时利用m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c6 0 开发p c 中的界面软件，包括视频采集、温度 采集和数据库管理等功能。研究中温度监控硬件电路设计采用e d a 电路集成设 计系统p r o t e l9 9s e ，单片机程序设计采用k e i lc 语言。 2 1 数据库管理系统m i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 3 的研究 m i c r o s o f ta c c e s s 系列软件是一种应用广泛的小型桌面关系型数据库管理系 统3 4 1 。它与m i c r o s o t to f f i c e 中的其它组件的高度集成带来许多独特的优势。 ( 1 ) a c c e s s2 0 0 3 的数据库组织形式a c c e s s 是单文件型数据库，无数据 表文件，它将数据操作涉及的所有7 种操作对象( 表、查询、窗体、报表、页、 宏和模块，主要对象如图2 1 ) 都保存在一个扩展名为m d b 的数据库文件中。 r i i i i l l 栉制流 敬羁i i 流 图2 - 1m i c m s o f la c c e s s 中主要对象 f i g u r e2 - 1t h em a i np a r t so fo b j e c t si nm i c r o s o f ta c c e s s 使用表对象创建或修改表结构、编辑和浏览表中的数据等操作；使用查询对 象对表中的数据进行各种查询：使用窗体对象为数据输入、编辑、查询等提供专 门的用户界面；使用报表对象显示或打印经过格式化且分组的数据；数据访问页 用于查看和操作网络数据；使用宏对象则能够将数据库中的对象有机地组织起 来，以便自动执行某些任务；使用模块对象，可完成各种复杂的操作任务。 ( 2 ) a c c e s s2 0 0 3 数据库中数据表数据表是关系型数据库中最基本的数据 结构组织形式。a c c e s s 数据库中的所有数据表均作为一类对象保存在数据库文件 中。在表的创建功能方面，a c c e s s 则提供了更多的选择，包括“数据表视图 、 “设计视图”、“表向导 、“导入表 和“链接表”。 ( 3 ) a c c e s s2 0 0 3 的数据访问数据访问即信息的检索和更新在数据库管 理系统中有重要作用。a c c e s s 的查询操作能够将有用的数据从同一张表或多张不 同的表中检索出来，组成一个“动态数据集合”，该集合可按照不同的方式查看、 更改、计算和分析数据，就像在同一个数据表中进行操作一样，也能够使用查询 命令更新数据表、生成新表、增删记录。a c c e s s 提供五种基本查询方式：选择查 询、参数查询、交叉表查询、操作查询和s o l 特定查询1 4 8 1 。 ( 4 ) a c c e s s2 0 0 3 的网络应用方面a c c e s s2 0 0 3 数据访问页功能，是一个 以数据为中心的、世界级的h t m l 设计环境，允许用户与其在w e b 上的数据进 行交互。例如：在w e b 浏览器中访问“数据访问页”时，用户不仅呵毗浏览、 检索而且也可以方便地进行筛选、排序、保存、撒消、删除等其它操作。 ( 5 ) a c c e s s2 0 0 3 的程序设计a c c e s s 提供了向导、生成器，以及宏和简单 常用的v b a 语句。为提高开发效率及程序的可靠性，a c c e s s 还提供了“名称自 动更丁f ”功能，当用户重新命名表的字段名时，新的字段名将被自动传递到与此 对象有关的其它对象中。 ( 6 ) a c c e s s2 0 0 3 的数据安全性a c c e s s 提供了密码安全性、用户安全级和 生成( m d e ) 可执行文件等手段有效地提高数据库安全性。数据库可设置密码 防止非法用户打开、修改和窃用。为防止其它用户复制、设置数据库密码或更改 启动选项，可通过在数据库中建立“安全账号密码”来设定用户安全级。a c c e s s 还提供了宏安全性功能。 2 2m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c6 0 的研究 v i s u a lb a s i c 是一种功能强大的程序设计语言2 6 。它提供了基于对象的可视 化程序开发工具，用户无需编写大量代码去描述界面的外观就能咀迅速、简捷 的方法开发设计应用程序。 图2 - 2 v i s u a lb a s i c 界面 f i g u r e2 - 2 t h e i n t e r f a c eo f v i s u a l b a s i c 第2 章系统的开发环境和技术的研究 2 2 1v i s u a lb a s i c 的历史 1 9 9 1 年微软公司推出v i s u a lb a s i c 。它是一种可视化的、面向对象和采用事 件驱动的方式。如图2 2 所示的v i s u a lb a s i c6 0 又在数据访问、控件、语言、向 导及i n t e m e t 支持等方面增加了许多新的功能。 2 2 2v i s u a lb a s i c6 0 的特点 v i s u a lb a s i c 作为w i n d o w s 应用程序快速开发语言，有以下主要特点： ( 1 ) 可视化编程设计工具v i s u a lb a s i c 把w i n d o w s 界面设计的复杂性“封 装”起来，界面设计无需编写大量程序代码，只需按要求的屏幕布局，画出各种 “部件 ，并设置属性，v i s u a lb a s i c 自动产生界面设计代码。设计人员可集中精 力编写实现程序功能的那部分代码。 ( 2 ) 面向对象的程序设计自v i s u a lb a s i c4 0 版后应用面向对象的程序设 计方法( o o p ) ，把程序和数据封装起来作为一个对象，并为每个对象赋予应有 的属性。设计对象时，不必编写建立和描述每个对象的程序代码，而是用v i s u a l b a s i c 工具，在界面上自动生成对象的程序代码，并封装起来。 ( 3 ) 结构化程序设计语言v i s u a lb a s i c 是在b a s i c 和q u i c kb a s i c 语言的基 础上发展起来的，具有高级程序设计语言的语言结构，接近于自然和人类的逻辑 思维方式，其语句简单易懂；其编译器支持彩色代码，可以自动进行语法检查， 同时具有功能强，且使用灵活的调试器和编译器。 ( 4 ) 解释型语言在输入代码的同时，解释系统将高级语言分解翻译成机 器指令，并判断语法错误。设计过程中，随时可以运行程序，方便调试。整个应 用程序设计好后，v i s u a lb a s i c 可编译生成可执行文件( e x e ) ，直接在w i n d o w s 环境下运行。 ( 5 ) 事件驱动编程机制v i s u a lb a s i c 通过事件来执行对象的操作。一个对 象可能会产生多个事件，每个事件都可以通过一段程序来响应。在用v i s u a lb a s i c 设计大型应用软件时，不必建立具有明显开始和结束的程序，而是编写若干个分 别面向不同对象的过程或函数，由用户操作引发某个事件来驱动执行某种特定的 功能。 ( 6 ) 访问数据库v i s u a lb a s i c 系统具有很强的数据库管理功能。利用数据 控件和数据库管理窗口，可直接建立或处理m i c r o s o f ta c c e s s 格式的数据库，并 提供了强大的数据存储和检索功能。同时，v i s u a lb a s i c 还能直接编辑和访问其 它外部数据库，如f o x p r o ，p a r a d o x 等。 ( 7 ) v i s u a lb a s i c 其它功能提供a c t i v e 技术，使开发人员摆脱了特定语言 北京t 业大学工学硕十学位论文 的束缚，可以方便地使用其它应用程序提供的功能；网络功能可以使w e b 页面 设计动态地创建和编辑页面，使用户开发多功能的网络软件：应用程序向导功能， 可以快捷地创建不同类型、不同功能的程序。 2 2 3v i s u a lb a s i c6 0 的术语 对v i s u a lb a s i c 中以下术语的理解有益程序设计。 控件：构成v i s u a lb a s i c 应用程序的图形化工具，包括窗体、按钮、复选框、 列表框、数据控件、表格控件和图片控件等。 事件：由用户或操作系统引发的动作。事件的示例有击键、单击鼠标( c l i c k ) 、 双击鼠标( d b lc l i c k ) 、一段时间的限制，或从端口接收数据。 方法：嵌入在对象定义中的程序代码，它定义对象怎样处理信息并响应某事 件。如，数据库对象有打开记录集并从一个记录移动到另一个记录的方法。 对象：程序的基本元素，它含有定义其特征的属性，定义其任务和识别它可 以响应的事件的方法。一个控件、窗体等都可被看作一个对象。 过程：为完成某些特定的任务而编写的代码段，过程通常用于响应特定的事 件，也可