嵌入式數據庫礦場安全系統的設計

　　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概念和軟硬件環(huán)境，闡明煤礦井上監(jiān)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，從嵌入式數據庫的相關概念和煤礦井上

　　監(jiān)控終端的嵌入式數據庫需求及特點出發(fā)，詳細研究Berkeley DB 數據庫的關鍵技術特性以及在煤礦井上監(jiān)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上與傳統的數據庫有著很大的差別，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售給用戶，而是提供給設備的生產商或應用的開發(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域擁有廣泛的應用前景，如手持式計算和移動計算，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(jiān)控、發(fā)送等嵌入式系統軟件開發(fā)工作。為了滿足前端嵌入式監(jiān)控系統對井下實時數據的存儲、查詢、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不能適用與嵌入式礦場監(jiān)控系統，因此，探索一種適用于礦場惡劣環(huán)境下的嵌入式監(jiān)控終端的數據庫系統成為本文進展的關鍵。

　　嵌入式數據庫管理系統是隨著嵌入式應用的發(fā)展而興起的一類嵌入式應用軟件，已經成為數據庫技術研究的一個重要分支，在移動計算平臺(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、汽車電子平臺、電子商務平臺(如智能卡應用)等領域得到廣泛的應用。

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

　　1.數據通信功能需求。

　　2.實時查詢及顯示需求。

　　3.用戶登錄管理需求。

2 系統總體設計

　　嵌入式礦場安全系統的核心是數據處理。監(jiān)控終端實時采集礦場各類傳感器的模擬信號(如瓦斯?jié)舛?、一氧化碳濃度、風速、溫度、濕度、粉塵、壓力等)和現場設備控制設備的開關量信號(如風機啟、停狀態(tài)等)，實現數據實時顯示、實時/歷史曲線顯示、查詢和報表打印、聲光報警、手動/自動控制，以及網絡通信等功能。而所有這些功能的實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下各類數據，從而達到礦場監(jiān)控系統實時查詢、控制等功能的設計要求。圖1 是一個典型的采用了嵌入式數據庫的礦場安全系統的結構圖:

　　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井上監(jiān)控系統終端應用程序的開發(fā)平臺;以現有的礦場安全監(jiān)測監(jiān)控系統為數據源，以文件共享的方式實時采集現場安全生產數據，進行數據的處理和發(fā)送。

3.系統主要功能模塊實現

　　3.1 數據采集模塊

　　數據采集模塊實現煤礦數據源傳感器實時數據的讀取，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安全系統(MSUS )為數據源，安全系統按照協議規(guī)定的文件格式組織傳感器數據，存儲在指定本地磁盤路徑中。

　　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(guī)定如下：

　　礦場編號>礦井名稱>日期>傳感器個數>其他>保留>

　　2.實時數據文件(rtdata. xml )

　　實時數據文件分為數據頭和數據體，數據頭格式規(guī)定如下：

　　礦場編號>數據上傳時間>傳感器數目>

　　數據體格式規(guī)定如下：

　　傳感器編號>數據值>數據狀態(tài)>

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