（控制理论与控制工程专业论文）基于vc和sql+server的实验数据库系统研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 捅要 数据采集与处理是计算机应用的一个重要分支，主要研究信息数据的采集、 存贮、处理及控制等内容。计算机网络技术的最新发展推动着数据采集和处理技 术的快速更新和发展，当计算机的主要应用领域从科学计算逐步转变到事务数据 处理时，数据库技术应运而生。 近年来，计算机辅助教学实验在现代教学设备中占据越来越重要的地位。利 用计算机快速、强大的数据管理功能和网络功能，将实验台和计算机构成网络， 实现整个实验室的无纸化、网络化。 v c + + 是目前使用极为广泛的可视化编程环境，函数支持异常丰富，网络支 持好，且提供了功能强大的向导工具来简化w i n d o w s 应用程序的开发，支持多 线程应用程序的开发。 s q l s e r v e r 2 0 0 0 作为高性能关系数据库系统，其运行速度快，能迅速响应系 统要求，查询效率高。 本课题即为在现有电工实验台的基础上利用v c + + 的可视化编程技术开发 基于s q l s e r v e f 2 0 0 0 数据库的系统软件，具有良好人机对话环境，实现快速而准 确的实验数据的采集、处理。 分析制定实验台仪器仪表的通讯协议。保证在高速通信的条件下，准确接收 数据并同步完成数据保存、数据显示等功能。制定实验数据的数据库存储结构。 开发系统管理程序：主控程序，通信程序。利用v c 提供的0 d b c 接口， 使用标准函数和结构化蠢询语言( s q l ) 对数据库进行操作，编制简洁明了的界面 来对数据库的数据进行管理。 利用串行口进行通信具有结构简单、编程方便、成本低廉等特点。在多线程 下实现串行通信，并发执行多个程序并充分利用c p u 的工作时间提高了运行效 率，使得串口通信的应用更灵活、更广泛。 在v c + + 环境下，通过采用创建事件对象来保持线程同步、利用两个监听函 数提高数据接收效率和可靠性等措施实现多线程串行通信。采用多线程方式实现 串口通信能够保证在高速通信的条件下，准确接收数据并同步完成数据保存、数 据显示等其它辅助功能。 关键词：v c + + ；s o ls e r v e r 数据库；数据采集；数据处理 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t d a t aa c q u i s i t i o na n d p r o c e s s i n gi sa l li m p o r t a n tb r a n c ho fc o m p u t e ra p p l i c a t i o n s ， m a i n l yr e s e a r c h e d d a t aa c q u i s i t i o n ，s t o r a g e ，p r o c e s s i n ga n dc o n t r 0 1 n el a t e s t d e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r k i n gt e c h n o l o g yp r o m o t e st h er a p i du p d a t i n go f d a t aa c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e s 。w h e nt h em a i na p p l i c a t i o na r e a so f c o m p u t e rg r a d u a l l ys h i f tf r o ms c i e n c ec a l c u l a t i o n st ot h eb u s i n e s sd a t ap r o c e s s i n g ， d a t a b a s et e c h n o l o g yc a m ei n t ob e i n g i nr e c e n ty e a r s 。c a je x p e r i m e n t si sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti nm o d e mt e a c h i n g e q u i p m e n t 。u s i n gc o m p u t e r sf a s t ，p o w e r f u ld a t am a n a g e m e n tf u n c t i o n sa n d n e t w o r k f u n c t i o n s ，c o m p u t e r sa n dl a b o r a t o r yd e v i c e sc a nb em a d eu po fac o m p u t e rn e t w o r k , v c + + i sav i s u a l i z a t i o np r o g r a m m i n ge n v i r o n m e n t ，s u p p o r tr i c hf u n c t i o na n dn e t w o r k ， a n dp r o v i d e sp o w e r f u lm f ct os i m p l i f yt h eu s eo fw i n d o w sa p p l i c a t i o n s ，s u p p o r t m u l t i t h r e a dp r o g r a m a sah i g h - p e r f o r m a n c er e l a t i o n a id a t a b a s es y s t e m ，s o ls e r v e r 2 0 0 0c a nr e s p o n d q u i c k l yt or e q u e s t sf o ri n f o r m a t i o ne f f i c i a n t ，t h ei s s u ei sas y s t e ms o f t w a r ea t t h e b a s i so ft h ee 【i s t i n ge l e c t r i c a le x p e r i m e n t su s i n gt h ev i s u a l i z a t i o no fv c + + a n ds q l s e r v e r2 0 0 0d a t a b a s e ，w h i c hh a sg o o di n t e r a e t i v ee n v i r o n m e n ta n df a i lc o l l e c t ， p r o c e s sr a p i d l ye x p e r i m e n t a ld a t a s p e c i f i c a l l y , t h em a j o rr e s e a r c hc o n t e n t ：t h ea g r e e m e n to f c o m m u n i c a t i o n s ， d a t as y n c h r o n i z a t i o n ，p r e s e r v a t i o ni nt h eh i g h - s p e e dc o m m u n i c a t i o n s ，t h es t o r a g e s t r u c t u r e so fd a t a b a s e a n do t h e rf o n c t i o n s d e v e l o p m e mo fs y s t e mm a n a g e m e n t ：c o n t r o lp r o c e d u r e s ，c o m m u n i c a t i o n s p r o c e d u r e s u s i n gt h eo d b c i n t e r f a c eo fv c ，w em a n a g ed a t a b a s et h r o u g hs t a n d a r d f u n c t i o na n ds q l s e r i a lc o m m u n i c a t i o n sh a ss o m ef e a t u r e s ，s u c ha ss i m p l es t r u c t u r e ，p r o g r a m m i n g c o n v e n i e n t 1 0 w c o s t i nm a n ys y s t e m st oa c h i e v es e r i a lc o m m u n i c a t i o n s ，i t i m p l e m e n t e dan u m b e to fp r o c e d u r e sa n dm a k ef u l lu s eo fc p ut i m ew e r ki n c r e a s e d o p e r a t i o n a le f f i c i e n c y , m a k i n gs e r i a lc o m m u n i c a t i o n sa p p l i c a t i o n sm o r ef l e x i b l e ，m o r e w i d e l y i nv c + + e n v i r o n m e n t w ec a nm a i n t a i nt h et a r g e ts y s t e m ss i m u l t a n e o u s l y t h r o u g ht h eu s eo fe s t a b l i s h e de v e n t st o u s i n gt w om o n i t o r i n gf u n c t i o nt oe n h a n c et h e e f f i c i e n c ya n dr e l i a b i l i t yo fd a t ar e c e p t i o ns y s t e m sa n do t h e rm e a s u r e st o a c h i e v e m o r es e r i a lc o m m u n i c a t i o n s am u l t i - s y s t e m sa p p r o a c ht os e r i a lc o m l n u n i c a t i o n si n h i 础s p e e dc o m m u n i c a t i o n sc a ne n s u r ec o n d i t i o n st h a ta c c u r a t e d d a t aa n dc o m p l e t e l y d a t as y n c h r o n i z a t i o nc o n s e r v a t i o n ，a n do t h e rf u n c t i o n s k e yw o r d s ：v c + + ；s q ls e r v e rd a t a b a s e ；d a t a - a c q u i s i t i o n ；d a t ap r o c e s s i n g 1 l 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本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，也不包含为获得武汉理工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。 关于论文使用授权的说明 p 口6 穗 本人完全了解武汉理工大学有关保留、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：- j 虹导师签名 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题来源及意义 第1 章绪论 数据采集与处理是计算机应用的一个熏要分支【1 】，主要研究信息数据的采 集、存贮、处理及控制等内容。 近年来，实验教学在高校整个教学体系中地位日益重要，要保证实验效果和 教学效率，就必须高起点配备高性能实验设备，既要考虑现有产品的性能、质量 能否满足教学的要求，又要考虑到可持续开发和更新换代的能力。电子信息技术 的发展是日新月异的，实验室的建设必须跟上且能反映发展的潮流，随着计算机 技术应用的快速发展和日益普及，计算机辅助教学实验在现代教学设备中占据越 来越熏要的地位。利用计算机快速、强大的数据管理功能和网络功能，将实验台 和计算机构成网络，计算机再连接i n t e r n e t 网络，实现整个实验室的无纸化、 网络化目标已经在很多高校实施。 如何快速并准确的对这些数据进行分析处理是必须要面对和解决的问题。 v c + + 是目前使用极为广泛的可视化编程环境，对于开发w i n d o w s 系统上的 各种应用程序来说非常方便，它的语言功能非常强大，函数支持异常丰富，网络 支持好，且提供了功能强大的向导工具来简化w i n d o w s 应用程序的开发，它的 m f c 类库支持多线程应用程序的开发【2 】3 】。 传统的应用结构，正在被c l i e n t s e r v e r 的体系结构所取代，越来越多的 客户通过网络与中心服务器发生联系，i n t e m e t i n t r a n e t 结构的兴起，使得大量的 流量涌向网络的主干，对主干的要求进一步提高。 s q l s e r v e r 2 0 0 0 是一种具有丰富开发环境的高性能关系数据库系统，其运行 速度快，能迅速响应系统要求，不仅提高了网络用户的操作速度，还解决了网络 用户在多台工作站并发操作时所遇到的数据损坏和坏死现象，实现了系统结构的 优化，使系统查询效率更高1 4 1 。 因此采用v c 这样的可视化编程技术开发基于s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库的系统 软件具有很高的实用价值。 1 2 国内外发展现状 7 0 年代以来，由于计算机技术的快速发展及其在军、民用工程领域的广泛 应用，尤其是适于通用微机使用的板卡级数据采集产品的大量出现，以微机为核 心的可编程数据采集与处理技术得到迅速发展。现在的微机，只需在其扩展槽内 武汉理工大学硕士学位论文 插上一块数据采集板，并辅以应用软件，即可组成一套微机数据采集与处理系统， 实现信息处理和实时控制功能【5 卜【6 。 在数字技术飞速发展的今天，将各种模拟信号转化为数字信号并进行相应的 处理不仅可以提高系统性能还可以充分利用数字信号的各种处理算法来提高系 统的灵活性和可靠性。随着单片机的运算速度的提高，在一些由单片机构成的较 小系统中对信号进行实时处理已经成为可能，并且越来越受到人们的重视。这就 要求作为最底层的数据采集系统既要具有很高的采样速率，又要能提供更丰富的 原始数据信息。系统经常需要采集各种模拟量信号、数字量信号，并对它们进行 相应的处理。 进入9 0 年代以来，计算机微处理器的处理速度愈来愈快，性能价格比更高， 为数据的采集和处理技术的广泛、深入应用展示了更加光明的前景。信息技术， 尤其是计算机技术的进步、信息网的发展和利用等技术上的突破，使得以数字形 式表示信息更加容易，数据采集与处理在许多领域有了广泛的应用。 计算机网络技术的最新发展推动着数据采集和处理技术的快速更新和发展， 使得通过网络实现数据的采集和远程监控应用曰益广泛，也是近年来自动化研究 领域的一个热门话题。它以网络技术为核心，凭借现代计算机强大的硬件性能支 持，通过简便快捷的软件开发实现对自动化生产的实时监测【”。 当计算机的主要应用领域从科学计算逐步转变到事务数据处理时。数据库技 术应运而生。数据库的应用现己遍及各行各业，它大大提高了人们的工作效率， 使数据管理技术步入了一个新的时代。目前使用最多的是关系型数据库，这样的 数据库管理系统有s q ls e v e r 、o r a c l e ，f o x p r o 等，同时面向对象数据库 也得到了广泛应用。 因应这种社会和时代的潮流，各高校的实验教学也在设备投入上更多地投入 到网络建设上，实现了网络化，无纸化教学。与传统的实验方式相比，具有以下 特点： 适应性强，能够在不同的平台运行。 应用面广。 现实性强。实验信息的实时更新在网上进行，人们能得到最新信息和最新动 态。直接从网上获取所需要的各种实验信息，直接进行各种实验数据的分析，而 不用关心数据库的维护和管理。 目前存在的问题： 可扩展性：硬件方面，可在不同软件、不同档次的计算机上运行，其性能和 硬件平台的性能成正比；软件方面增加新的实验数据和数据处理功能。 技术公开性：开放的思想主要是对用户公开，公开源代码及规范说明是重要 武汉理工大学硕士学位论文 的途径之一。 可移植性：独立于软件、硬件及网络环境，不需修改便可在不同的计算机上 运行。 1 3 课题研究内容 随着计算机技术的迅速发展，现代社会已经步入信息化时代，管理信息系统 日益得到广泛应用。电子信息技术的发展是日新月异的，产品应具有可扩充可升 级性，使实验室以极低的成本保持先进性。本课题即为在现有电工实验台的基础 上利用v c + + 的可视化编程技术开发基于s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库的系统软件，并 对实验数据作出分析处理。 具体来说，主要研究内容有： 分析制定实验台仪器仪表的通讯协议。保证在高速通信的条件下，准确接收 数据并同步完成数据保存、数据显示等功能。 制定实验数据的数据库存储结构。 开发系统管理程序：主控程序，通信程序。利用v c 提供的o d b c 接口， 使用标准函数和结构化查询语言( s q l ) 对数据库进行操作，编制简洁明了的界面 来对数据库的数据进行管理。 1 4 课题研究方法及技术路线 软件开发工具的选择 为开发基于w i n d o w s 操作平台的32 位数据采集与处理系统，软件设计应 符合以下需求【9 l ： ( 1 ) 具有在w i n d o w s 下实时访问加端口功能； ( 2 ) 支持32 位编程； ( 3 ) 代码执行速度快、界面友好、使用方便； ( 4 ) 开发周期短、代码可重用性好、效费比高。 根据v c 、v b 、d e l p h i 三种流行r a d 工具的不同特点，考虑对开发工具的 熟悉程度以及不同开发工具提供的开发手段，系统采用m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 作为前端开发工具实现功能。利用v i s u a lc + + 编程工具与s q l s e r v e r ：数据库的结 合，采用面向对象的编程方法，设计出具有良好人机对话环境的数据库软件，实 现快速而准确的实验数据的采集、处理。 利用串行口进行通信具有结构简单、编程方便、成本低廉等特点【1 0 】。目前 常用的串行通信方法主要有三种：使用串行通信控件m s c o m m ；在单线程中 武汉理工大学硕士学位论文 实现自定义的串口通信类；在多线程下实现串行通信。前两种方法适用于功能 较为单一的数据通信，实现方法比较简单；第三种方法由于采用多线程方式，所 以，可并发执行多个程序并充分利用c p u 的工作时间提高了运行效率，使得串 口通信的应用更灵活、更广泛。 多线程串行通信【1 l 】是w i n d o w s 编程中的一个重点和难点，在v c + + 环境下， 通过采用创建事件对象来保持线程同步、利用两个监听函数提高数据接收效率和 可靠性等措施实现多线程串行通信。采用多线程方式实现串口通信能够保证在高 速通信的条件下，准确接收数据并同步完成数据保存、数据显示等其它辅助功能。 三种串行通信方法各有特色，具体工作中，在保证系统正常运行的基础上， 选择了其中多线程串行通信方法。 1 构建数据库 关系型数据库主要采用表格数据来表示实体和实体间的关系，尽管关系数据 库实现效率低于其他类型数据库，但它结构简单、理论严密且使用方便，在数据 库应用程序常常进行查询、插入、删除和修改等操作就可完成系统功能，因此得 到了广泛应用。 s q l s e r v e r 提供了丰富的编程接口，利用v c + + 的o d b c 接口来访问数据库， 执行s q ls e r v e r 所需硬件要求低，能够很好地满足中小型网络管理的需求。本 阶段主要是制定实验数据的数据库结构。根据实验的基本内容，设计用户可否直 接对数据库表进行结构修改、插入、修改和删除记录，保证数据类型能被准确转 换。 2 通讯协议制定和网络安全协议的设计 网络的安全性对局域网的设计是非常重要的，合理的网络安全控制，可以使 应用环境中的资源得到有效的保护。在网络中，关键应用服务器，核心网络设备， 只有系统管理人员才有操作，控制的权力，应用客户端只有应用访问的权限。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章数据库设计 2 1 关于s q l 数据库 s q l 数据库是m i c r o s o f t 开发的关系型数据库，其主要面向大中数据库应用。 考虑到大多数p c 机运行的都是m i c r o s o f t 公司w i n d o w s 系列操作系统，本课题 选用m i c r o s o f t 公司的s q ls e r v e r2 0 0 0 。s q ls e r v e r 的常用版本有：企业版、标准 版、个人版、开发版。企业版是专为拥有大量用户以及实时应用系统而设计的， 可以在对称处理器或者集群计算机等高端计算环境下进行安装。标准版包括所有 数据库功能并且只能在w i n d o w n t 2 0 0 0 上运行。个人版是针对移动电脑或者少 量数据库用户( 一般为5 0 个左右) 使用。开发版是用于开发s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据 库应用程序的编程环境，它只是一个开发环境，不能用于实用生产系统来使用。 考虑实际应用情况，我们选择s q l s e r v e r2 0 0 0 企业版来完成我们的数据库系统。 m i c r o s o f t s q l s e r v e r 2 0 0 0 是m i c r o s o f t 公司开发的数据库管理系统，是一个 功能强大的关系型数据库管理系统。m i c r o s o f ts q l s e v e r 2 0 0 0 作为一种关系数据 库管理系统是在成熟和强大的关系模型中建立的，关系模型是当前最受欢迎的数 据存储和数据检索模型。 从数据库的发展历史得知，数据库系统经历三个阶段：网状数据库，层次数 据库和关系数据库。1 9 7 6 年6 月i b m 公司的e f c o d d 博士首次发表了“关于 大型共享数据库的关系模型”论文，概述了关系数据库模型及其原理，并把它用 于数据库系统中。他指出，关系型数据库是指一些相关的表和其他数据库对象的 集合。这个定义表达三部分含义：第一，在关系数据库中，信息被存放在二维表 格结构的表( t a b l e ) d p ，一个关系数据库包含多个数据表，每一个表又包含行( 记录) 和列f 字段、。第二，这些表之间相互关联，表之间的这种关联性是由主键和外键 所体现的参照关系实现的。第三，数据库不仅仅包含表，而且包含了其他数据库 对象，如：视图，储存过程，索引等等。 关系数据库的特点有： 1 ) 几乎都采用s q l 语言来操纵数据库中的数据； ( 2 1 必须保证数据的完整性； r 3 1 由于商业需求几乎每天都在变，所以关系型数据库系统应被设计为一个 便于修改的系统； ( 4 ) 排除大多数的冗余数据； ( 5 ) 通过多级的安全检查柬限制对数据的访问。 在系统中成功安装s q l s e r v e r2 0 0 0 后，可以利用s q l s e r v e r 中的企业管理 武汉理工大学硕士学位论文 器设计实现本课题的数据库。整个实施过程为：建立数据库、在已建立的数据库 中完成各表的设计、设置好数据库的关系。 s q l s e v e r2 0 0 0 的主要特点【1 2 1 ： ( 1 ) 全面的数据完整性保护，无论是复杂的事务支持和高级安全性，还是以 用户数据库隐式部分支持拥护的商业规划对象以及数据完整性保护都适用。 ( 2 ) 与w i n d o w sn t 集成，允许在对称多处理( s m 聊系统中实现彻底的多线 程和对称多处理，并且可集成到分布式管理环境中。 ( 3 ) 在低造价平台上突出性能，支持w i n d o w s 操作平台，加快了复杂查询的 进程。 ( 4 ) 一流的管理工具。 它有丰富的编程接口和开发工具，如q u r y a n a l y z e r 作为编写t r a n s a c t s q l 脚本程序的开发工具。同时它支持大多数常用的数据库应用编程接口，如a d o ， o l ed b ，o d b c 等，这些a p i 中有功能强大的a p i ，通过使用这些工具允许编 程人员直接控制应用程序和数据库应用程序。除此以外s q l s e v e r 还带有自己独 有的数据库编程接口，如d b l i b r a r y 。 动态的自动管理和配置，例如，当数据库服务器的任务增加时，它会动态 地自主申请更多的系统资源如内存等：当工作量减小时，又会自动释放系统资源； 当在数据库中插入或删除数据时，可以自动调节数据库的大小，以适应新的情况。 动态实现数据库的并发控制。在处理数据库的并发控制问题时，会根据不 同的情况动态调整数据封锁的力度，以使数据封锁和数据共享达到效果最佳状 态。 ( 5 ) 对多服务器分布式事务的内在支持。 s q l s e v e r2 0 0 0 可以通过m sd t c 透明地处理各种形式的分布式查询，当涉 及了其他s q l s e v e r 或非s q l s e v e r 的o l ed b 数据源时，则这些查询会在数据 库系统内经过一系列判断后从本地查询升级为分布式查询。 2 2 创建数据库 在w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 平台上安装s q ls e r v e r2 0 0 0 后，运行e n t e r p r i s e m a n a g c r ，它会自动在s o l s e r v e rg r o u p 下面建立以计算机用户名为名称的服务 器并生成默认的数据库如m a s t e r 等以及一些系统表格。运行s e r v i c em a n a g e r ( 包 含在s o l s e r v e r2 0 0 0 程序包中) 将其设置为开机运行模式1 1 。 在创建数据库前，先在服务器登陆( 1 0 9 i n ) ， e n t e r p r i s em a n a g e r 会提不输入 登陆名和密码；然后设置用户的服务器角色( s e v e rr o l e ) 。再就是创建数据源，打开 控制面板，激活o d b c 数据源，以同要创建数据库相同的名称来产生和命名数 6 武汉理工大学硕士学位论文 据源。 创建用户数据库有好几种方法： ( 1 ) 利用e n t e r p r i s em a n a g e r 树型结构中建立数据库。 ( 2 ) 使用v c + + 的数据库产生向导。这种方法比较简单，只须按照提示进行 相应设置就可完成数据库的创建。注意数据库的设置必须同前面登陆服务器和建 立数据源的设置相一致，否则数据库的创建就会失败。 ( 3 ) 通过编程来创建数据库。可用解释性s q l 语言创建数据库，如c r e a t e d a t a b a s ef i x p h 创建名为f i x p h 的数据库。在v c + + 中可用a d o 提供的 一c o m m a n d p t r 接口执行s o l 语句来实现数据库的创建。 在用户数据库中有两类用户表，一是用户记录索引表，二是用户记录表，这 与前面数据库设计中关系模型无损分解为两子关系模型相对应。 数据库的建立过程如下 ( 1 ) 将用户需求转化为数据库的逻辑模型； ( 2 ) 在s q l s e r v e r 上实现逻辑模型物理化。即，创建数据库，创建表等数据 库对象。 ( 3 ) 设计和实现数据库的完整性，即实现实体完整性，参照完整性和企业规 则。 ( 4 ) 对数据库服务器的维护和管理的一些数据库服务器编程。 2 3s q l 语言简介 0 d b c 驱动器管理用于与数据源链接，而s q l 包含于o d b c ，用于对关系 数据库中的数据进行操作，如选取、更新等。关系数据库中的所有数据仅以一种 方式表示，即某关系的分量。标准的s q l 语言分为六种基本语言：数据定义语言 ( d e f i n i t i o nd d l ) ，用于定义、撤消和修改数据库；数据查询语言( q u e r yd q l l ，用 于查询数据；数据操纵语。- 者- ( m a n i p u l a t i o nd m l ) ，用于增、删、修改数据；数据 控制语- 苦( c o n t r o la c e ) ，用于数据访问权限的控制；事务处理语言( t r a n s a c t i o n p r o c e s s m gt c l ) ，用于控制数据库要么完成一组操作或是全部不完成；游标控制 语言( c u n s o rc o n t r o lc c l ) ，用于操纵游标。四l 是一种让你定义、查询、修改 和控制数据相关的关系数据库通信的方法，具有以下主要特点：是一种综合的、 通用的、适应能力极强的一体化的关系数据库标准语言；具有两种使用方式( 联 机和嵌入) 和统一的语法结构( 用户和程序通信的一致性语言) ：高度非过程化 r 只需告诉要什么而无须指出如何做，系统自动完成) ；语言简洁、易学易用， 语法非常接近英语口语。 s q l 支持三级模式【1 4 】：第一级：视r v j e w ) 和基本表( b a s e t a b l e ) ，均为实际关系 武汉理工大学硕士学位论文 描述，亦即外模式( 包含模式) ；第二级：视由一个或多个表导出，只存其定义，为 虚表；第三级：基本表独立存在，对应文件亦即内模式。 ( 1 ) 用户管理 包括创建用户、删除用户、更改用户角色、更改用户密码。 ( 2 ) 角色管理 数据库的安全管理是一种基于角色与权限的管理方法。在数据库系统中，角 色分为三类，不同类型的用户( 角色) 具有不同的特权。 系统管理员； 教师； 学生 在数据库管理系统中，角色与权限存在特定的对应关系，不同的用户角色具 有不同的特权。 s q l s e r v e r 在用户验证上有两个安全级：登录鉴别；数据库用户帐号和角色 的许可验证。 登录鉴别：用户可以用s q ls e r v e r 帐号和口令登录，也可以用w i n d o w s n t 分组或帐号登录。这需要对s o l s e r v e ：的鉴别模式事先设置，要么w i n d o w sn t 鉴别模式，要么混合鉴别模式。 数据库用户帐号和角色的许可验证：角色即s q ls e r v e r 系统设计和定义好了 的权限组合，不同的角色具有不同的权限。角色的分配是由d b a ( d a t a b a s e a d m i n i s t r a t o _ 哦据库系统管理员) 针对不同的用户、密级等来决定的。 ( 3 1 索引管理 包括创建索引、删除索引。为了提高系统的查询效率，数据库管理系统提供 了索引定义，供拥有权限的用户或该表的建表者定义索引。系统允许用户在建立 索引后还可以随时删除索引，使用者应该具有权限或是该表的创建者。 ( 钔触发器管理 包括创建触发器、更新触发器、删除触发器。触发器( t r i g g e r ) 定义当某些与 数据库有关的事件发生时，数据库应该采取的操作。在数据库管理系统中，通过 加入触发器运行机制，用户可以定义触发器，管理和运行这些触发器，从而体现 系统的主动性，方便用户使用。触发事务的类型有三种，它们是d e l e t e ， i n s e r t 和u p d a t e 类型触发器。关键字d e l e t e ，i n s e r t 和u p d a t e 指明 构成一个触发器事件的数据操作的类型。 ( 5 1 查询工具 为了方便用户查询数据库中的数据，本系统建立了数据库管理器辅助工具查 询工具，查询工具给用户提供了可视化的查询界面，不需要用户输入完整的查询 武汉理工大学硕士学位论文 语句，只需在界面的指导下输入查询条件等就可以方便的实现用户的查询操作。 ( 6 ) 报表工具 为了满足不同级别用户的需求，系统建立了另一数据库管理器辅助工具报表 工具，可以实现用户对查询数据和统计数据的表格式格式和图形式格式的定制打 印工作。 2 4 数据库设计 2 4 1 数据库表的关系与功能 在数据库中各表之间创建关系表示某个表中的列如何链接到另一表中的列。 在关系数据库中，关系能防止冗余的数据，而且引用完整性关系还能确保某个表 中的信息与另一个表中的信息相匹配。关系是通过匹配键列中的数据而工作的， 而键列通常是两个表中具有相同名称的列。在大多数情况下，关系将一个表中的 主键与另一个表中外键相匹配。 表与表之间存在三种类型的关系，分别是一对一关系、一对多关系和多对多 关系，所创建的关系类型取决于相关联的列是如何定义的。 一对多关系是最常见的关系类型，在这种关系类型中，表a 中的行可阱在 表b 中有许多匹配行，但是表b 中的行只能在表a 中有一个匹配行。 在一对一关系中，表a 中的一行最多只能与表b 中的一行相匹配，反之亦 然。如果两个相关列都是主键或具有唯一约束，则创建的是一对一关系。 在多对多关系中，表a 中的一行可与表b 中的多行相匹配，反之亦然。通 过定义称为连接表的第三方表创建这样的关系，该连接表的主键包括表a 和表b 中的外键。 关系数据库中的引用完整性是一种规则系统，这些规则可确保相关表中各行 间关系的有效性，并确保不会意外删除或更改相关的数据。在强制引用完整性时 必须遵循以下规则： 如果在相关表的主键中不存在某个值，则不能在相关表的外键列中输入该 值。但是，可以在外键列中输入空值。 如果在相关表中存在与某行匹配的行，则不能从主表中删除该行。 当主表的某行有相关行时，则不能更改主键值。 主表中相匹配的列是主键或具有唯一约束。 相关列具有相同的数据类型和长度。 两个表属于同一个数据库。 根据以上所述关系类型及应用完整性，设置本课题中的各表之间关系。 9 武汉理工大学硕士学位论文 数据库设计时主要完成数据库的建立；实现数据库的基本功能，包括对各种 监控参数的建立和修改、数据的存储、查询等；实现数据库的高级功能实时 报警、数据相关分析、数据统计、图表分析、报表生成、打印等熏要工作。软件 系统数据库设计的流程图如图2 一l 所示。 图2 1 数据库设计流程图 2 4 2 主要数据库表的设计 具有完全的客户机服务器体系结构：在客户机服务器体系结构下，大型关系 数据库存储在服务器上，数据查询检索都在服务器上进行，那么就要求数据库表 的设计要非常合理和有效，这样才能为以后的工作打好基础 在数据库表的设计中，主要考虑到以下几个表： 序号名称数据类型大小( 精度，小数位)中文说明 ld l hp k v a r c h a r2 1 登陆号 2b mv a r c h a r1 5 班级名 3y 删v a r c h a r 2 2 用户名 4z wc h a r1 2 5k lv a r c h a r 1 0 口令 6s y b zc h a rl 7 q y r q d a t e ti m e 8 启用日期 8s fv a r c h a r1 2 身份 9b z v a r c h a r5 0 邮箱 l o 武汉理工大学硕士学位论文 序号名称数据类型大小( 精度，小数位)中文说明 1t h 一p k v a r c h a r 3 实验台号 2 d k hv a r c h a rl 端口号 3b t lv a r c h a r5 波特率 序号名称数据类型大小( 精度，小数位) 中文说明 lg n hp kv a r c h a r3 功能代号 2g n mv a r c h a r5 0功能名称 3b zv a r c h a r5 0备注 表2 - 4 主机i p ( p u b i p ) 表2 - 5 身份认证表p u b j s b m b 序号 名称数据类型 大小( 精度，小数位) 中文说明 1 j s h p kv a r c h 缸1角色号 2j s m v a f c h a r1 6角色名称 3 s y b zv 盯c h a r1实验说明 4 j s b z v a r c h a r5 0角色说明 2 4 、3 数据库在整个系统中的作用 系统采用了三层体系结构，并且着重考虑了它良好的开放性及可扩展性，软 件的底层是硬件访问控制层。这一层采用v c + + 良好的串行口访闯技术，通过串 行口对数据采集设备进行访问。我们为每一种类型的设备编写驱动程序并编写串 口类来完成对其访问；中间层是实时数据库，这一层是整个系统的核心，在设计 上除了具有一般数据库所具有的特征以外，还设计它与硬件的接口，把设备传送 回来的数据存入数据库中。系统中的所有功能完全是以数据库为中心的，服务器 和客户机之间的通讯也是通过数据库完成的。因此，数据库在整个系统中发挥着 十分重要的角色。如图2 2 采集数据命令发送、数据查询 命令提取 数据返回 图2 2 数据库在系统中的作用 武汉理工大学硕士学位论文 由于数据库与数据文件相比具有数据结构化，最小冗余度，较高的数据与程 序的独立性、易于扩充、易于编制应用程序等优点，较复杂的信息系统都是建立 在数据库设计基础之上的。因此在本系统中将实验数据以数据库的形式保存。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章v i $ u a lc + + 设计基础 3 1 开发工具及环境简介 数据采集管理系统所基于的操作系统环境为w i n d o w2 0 0 0a d v a n c e ds e e r ， 使用v i s u a lc + + 6 0 完成的。 m i c r o s o f t 公司的w i n d o w2 0 0 0a d v a n c e ds e i v c i - 是一个非常优秀的服务器系 统，在网络安全，多媒体，服务器等领域，都增加了新的内窑，使它的可靠性 更高，安全性更好，界面简洁友好，易于使用。 目前，用于数据库开发的前端工具有很多，例如：d e l p h i ，j a v a ，v i s u a lb a s i c ， p o w e r b u i l d e r 等。但v i s u a lc + + 作为一个功能非常强大的可视化应用程序开发工 具，是计算机界公认的最优秀的应用开发工具之一。m i c t o s o r 的基本类库m f c 使得开发w i n d o w s 应用程序比以往任何时候都容易。v i s u a lc + + 作为一种程序设 计语言，它同时也是一个集成丌友工具，提供了软件代码自动生成和可视化的资 源编辑功能。v i s u a lc + + 主要优势有以f 三点【1 5 l “i 9 】 灵活性好，效率高，可以接触到软件开发最底层的技术。 微软的m f c 库博大精深，学会它可以随心所欲地进行编程。 v c 是微软的产品，与操作系统的结合更加紧密。 v i s u a lc + + 6 0 中包含数据库应用的全方位支持。 目前供应商提供的数据库接口分专用和通用两种。专用数据库接口具有很大 的局限性，可伸缩性也比较差。通用的数据接口提供了不同的、异构的数据库系 统通信的统一接口，采用这种数据库接口可以通过编写一段代码实现对多种类型 数据库的复杂操作。 v i s u a lc + + 中提供了多种多样的数据库防问技术，包括： o d b c ( 开放数据库互连】 m f c ( m i c r o s o f l 基础类) o d b c 类 d a o ( 数据库访问对象1 p d o ( 远程数据对象1 o l ed b ( 对象链接嵌入数据库) a d o ( a c t i v e x 数据对象1 这些技术各有特点，若同组成了强大的数据库应用集成开发环境。特点如下： f 1 ) 简化开发过程 由于v i s u a lc + + 6 0 提供，m f c 类，模板类办即a p p w i z a r d ，c l a s sw i z a r d 等一系列的w i z a r d ( i h 导) 用于开发应用程序，从而大大简化了应用程序的设计， 等一系列的w i z a r d ( 向导) 用于丌发应用程序从而大大简化r 应用程序的设计， 武汉理工大学硕士学位论文 能够顺利开发出一个完整的数据库应用程序。而且，v i s u a lc + + 6 0 的集成开发 环境中提供了各种支持数据库的开发的工具，使用这些工具可以帮助开发者有效 地管理开发过程。 ( 2 ) 灵活多变的开发方式 v i s u a lc + + 中提供了丰富的类和方法，从而使开发者可以根据应用的特点来 选择。例如，某个应用可以采用单文档、多文档或者基于对话框的形式，而不像 a c c e s s 数据库那样必须采用多文档的界面。 ( 3 ) 更快捷的数据库访问 v i s u a lc + + 6 0 中引入新的数据库访问技术一o l ed b ( o b j e c tl i n ka n d e m b e d d i n g d a t a b a s e ) 和a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t ) o l ed b 和a d o 都是基于 c o m 接口的技术，可直接对数据库的驱动程序进行访问，大大提高了访问数据 的速度。d a o 提供了使用m i c r o s o f t 数据库引擎的层次来访