SQLite在无线数据采集系统中的应用.pdf

数据采集电子测量技术 第 卷 第期 年月 在无线数据采集系统中的应用习振华刘映杰陶维维王强（兰州大学信息科学与工程学院兰州 ）摘要：针对无线数据采集系统应用的广泛性，提出了一种在 处理器和嵌入式 的无线数据采集系统中，使用嵌入式数据库 ，对 芯片采用、方式采集到的批量数据进行维护管理的方案。分析 的优、缺点，针对其局限性解决嵌入式系统数据库存储并行性、实时性不高的问题；用户可以通过 卡、界面软件实现系统参数的实时监测与查询功能。测试结果表明，可以有效地提高系统的运行效率、可靠性。可广泛应用于工业控制、监控系统等领域。关键词：嵌入式数据库 ；无线数据采集；中图分类号：文献标识码：（，）：，：；引言工业控制中，温度、湿度等是主要的受控参数。当工作环境较恶劣时，常需要将现场采集的参数信息传送到监测中心。传统的 、有线通信方式传输，维护较困难，不利于工业现场生产。采用无线传输方式可以有效提高性能。为了实现具有统计性、实时性、高效性的实时数据采集系统，对数据的有效管理是关键因素。嵌入式数据库 是一个开源的、内嵌式的关系型数据库，在便携性、易用性、紧凑性、有效性和可靠性方面有突出的表现。本 文 将 嵌 入 式 数 据 库 应 用 于 嵌 入 式 的无线数据采集系统的数据管理，分析了系统数据库构成及实现方法，采用多线程实现多模块对系统数据的操作，并通过实验验证了该方案的可靠性、高效性。无线数据采集系统构成无线数据采集系统主要由 主控模块、无线数据采集模块、无线数据收集模块、查询模块、用户界面软件组成。系统框图如图所示。图系统框第 卷电子测量技术 系统硬件构成 主控模块系统硬件采用 架构 处理器，提供 、个 及 插槽等功能接口，其中 和 开发阶段用于系统软件的开发、调试，使用阶段用于数据库文件的网络传送及实时监控。用于无线数据收集模块、查询模块与主控模块之间的通信。卡存储数据库文件。无线数据采集、无线数据收集模块采用 公司的低功耗、低电压无线通信芯片 为 。包含了业界领先的 收发机和个基于 核心并具有集成 闪存和外设的高性能低功耗控制器，同时还包括了 ，数据保密（安全处理器），带最多路输出的 位 和强大的等功能。能够满足要求电池使用低功耗、低成本以及研发时间的要求。将传感器的采样电压送至 位 ，实 现 温 度、湿 度 等 参 数 的 测 量，并 通 过 频段实现无线通信。查询模块采用 及 单片机构成，实现 卡的读写操作及进行相关数据的查询。系统软件构成选用 内核进行剪裁、移植并构造文件系统，编译 。应用程序实现系统初始化，通过 接口获得无线数据收集模块的实时数据，对数据库进行更新；用户查询模块与主控模块通信查询实时参数值；用户界面软件提供人机交互的界面获取数据及监控信息；运用 实现远程数据的读取及设备状况监控。主控模块是整个系统的核心，通过 和 实现各模块间的协调通信，完成系统功能。为了防止定时更新与实时监控、查询出现时间点重合而导致对数据库操作多事务并发的冲突，采用多线程、互斥锁方式对数据库加以操作。在 文件中添加程序自动运行并结合看门狗程序及软件陷阱增强程序的可靠性、鲁棒性。程序流程图如图所示。图 主控模块程序流程习振华 等：在无线数据采集系统中的应用第期无线通信采用分时轮询方式获取参数值系统无线通信部分采用 芯片、选取 频段中 频段作为载波。无线通信常用的技术有 、等，本系统针对 方式进行改进，借鉴有线通信的主从方式来对同一网络的各无线数据采集模块实现时分轮询采集数据，这样可以很好的避免同一信道上数据通信的碰撞现象。然而当多个网络都采用此方式通信时，就会出现网络间的交叉干扰。为了避免不同网络间交叉干扰，网络级通信采用 的方式，使不同网络工作在不同的频点上，即每一个无线数据收集器多对应的网络都有自己独立的通信信道。利用构建的通信协议和灵活的跳频机制，数据传输是可靠的。无线数据收集模块将各采集器节点参数值，通过 总线，以总线拓扑的方式连接到 主控模块。无线通信状态如图所示。图单网络无线通信状态采用 实现系统数据库 嵌入式数据库 典型 的 嵌 入 式 数 据 库 有 、和 ，这些数据库由于各自还有些不足，难以独自占领嵌入式市场。嵌入式数据库 是个开源的、内嵌式的关系型数据库，能够跟很多程序语言相结合，提供相应的 接口，并支持大部分标准的 语言。它占用资源非常的低，在嵌入式设备中，只需要几百 的内存就够了。没有独立运行的数据库引擎，由程序直接调用相应的 接口去实现对数据库的存取操作。在 平台上编译应用 使用交叉编译器 对 源码编译，生成所需库文件。运行配置文件 生成 ，执行 、命令后生成路径中生成 个目录：内有可执行文件 ，可放至主控模块上运行；内有 与 两个头文件；内有 静态库文件和 动态库文件；将文件打包制作 文件系统镜像即可。创建系统数据库 的局限性 的设计目标不同于大部分 数据库，它遵循的目标是简单。这样会导致某些局限性及实现的低效化。不能够直接引用宿主变量，而系统对数据库的存、取及访问操作的对象大部分来自于应用程序空间；只支持平面事务，虽然单个数据库文件上可以并发多个读事务，但是只能有一个排他的写事务，这种局限性导致系统数据定时更新与设备状态实时监控及实时查询功能之间的冲突；不支持外键约束（之前），影响了系统数据的完整性及关联性。创建数据库系统数据库由张数据表组成，构建表所需的原始数据是由用户界面软件导出的文本文件（）提供的。数据表包含各无线数据采集模块地址、参数值、状态及对应 卡号；数据表包含各 卡号及对应数据采集模块地址。通过外键完善系统数据，实现不同权限的 多地第 卷电子测量技术址查询。更新数据库无线通信获取的各采集模块参数值是数据库插入、更新操作的数据来源。不能够直接引用宿主变量，只能通过 函数来对输入参数绑定对 语句宿主变量。具体实现语句如下：，；（）；？，？；（，）；（，）；（，）；访问数据库系统实时监控及 查询功能具有实时性、随机性，通过 函数接口调用 语句实现任意时刻对数据库的访问，将监控或查询对象与结构体数组相对应，并将结果传送至上位机软件显示界面或 用户查询器。为了防止定时更新与实时监控、查询出现时间点重合而导致对数据库操作多事务并发的冲突，采用多线程、互斥锁方式对数据库加以操作。系统采用多线程机增加了系统的并行性和实时性，同时大大的增加了系统的安全性能 。（，）；（，）；（，）；（，）；（，）；（）；（）；对数据库操作部分 （）；系统测试结果在对无线数据采集系统进行实际测试后得到测试信息如图所示。图数据库数据用户界面软件对设备监测情况如图所示。监测及用户查询结果输出快速准确。图用户界面软件监测数据结论嵌入式数据库 的应用，实现了无线数据采集系统准确、可靠、高效的实时监控、查询。可应用于各种恶劣的测控环境中。参 考 文 献薛伟，陆晶基于 的电力系统无线温度采集系统的设计自动化与仪器仪表，（）：李余庆，张华，刘继忠基于 的无线温度采集系统的设计微计算机信息，（）：刘洋，金太东基于 总线的智能型温湿度采集系统设计现代电子技术，（）：王峰，丁金林 短距离无线温度采集系统设计 苏州市职业大学学报，（）：，（）：杨鹏云，佟云峰，宋学青，等 基于 的点对多点无线通信系统 云南大学学 报：自 然科学 版，（）：谢天磊，方潜生，汪小龙，等 空调压缩机数据无线采集系统 的 研 究 电 子测量 与仪器 学报，（）：曾云，胡频 嵌入式数据库在 中的应用研究与实现国外电子测量技术，（）：习振华 等：在无线数据采集系统中的应用第期沈文伟，杨建华，陈叶富，等嵌入式数据库 在可视嗅觉系统中的应用 仪器仪表学报，（）：解辉，徐玉斌，李建伟，等 基于 的嵌入式数据采集系统 的 研 究 与 设 计 计 算 机 与 数 字 工 程，（）：张延冬，王志鸿 基于 和 在远程控制系统中的应用研 究 电 子 测 量 技 术，（）：作 者 简 介习振华，男，年月出生，兰州大学信息科学与工程学院电路与系统研究所，硕士研究生，主要研究方向嵌入式系统开发及应用、数字图像处理。：刘映杰，男，年出生，兰州大学信息科学与工程学院电路与系统研究所，副教授，主要研究方向嵌入式系统智能控制与模式识别。：櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒 （上接第 页）结论不停车电子收费系统在中国市场起步时间很短，无论是从技术指标，产品成本和性能上，还是整个系统的管理，运行，维护角度来看我国与发达国家相比都有一定的差距，国内的系统存在着一些需要改进的地方。我国为规范不停车电子收费系统的市场和管理，制定了统一的标准 。针对这一标准的提出，新的 系统也会相继而生，电子标签作为系统主要组成部分之一也将满足新标准的技术参数要求。本文给出了一种符合新标准的电子标签设计方案，其中包含了下行链路的调制解调办法，处理器的选型，上行链路的射频发送端载频的生成。这一系列问题的解决为新一代的电子标签搭建了硬件平台，方便日后改进，同时也为电子标签的软件实现做好了充分的准备。参 考 文 献 ，：，（）：刘志伟，程琳不停车收费系统（）的概况研究科技创新导报，（）：，：，（）：方维松，张从力 射频技术在高速路车辆监控及运营管理中的应用 国外电子测量技术，（）：中华人民共和国国家质量监督检验检总局，中国国家标准化管理委员会 电子收费专用短程通信第部分：物理层北京：中国标准出版社，中华人民共和国国家质量监督检验检总局，中国国家标准化管理委员会 电子收费专用短程通信第部分：数据链路层北京：中国标准出版社，陈 蕾，尚 宇，张 艳 玲，等一 种 新 型 的 零 中 频 接收机 现代电子技术，（）：吴京蓬 中射频识别系统的研究与开发中国优秀硕士学位论文全文数据库，王永超，郭瑞，包贵浩低功耗有源 标签设计与实现电子测量技术，（）：黄刚，雷小燕电子标签的超低功耗应用设计电子测量与仪器学报，（）：李兵，何怡刚，佘开，等基于雷达截面差值的标签通信误码 率 分析 和 测 量仪器仪 表学报，（）：作 者 简 介杨明极，年出生，男，汉族，工学博士，硕士研究生导师，教授，主要研究方向为语音信号处理、嵌入式系统。殷聪，年出生，男，汉族，工学硕士，硕士研究生，主要研 究方 向为射 频 识 别硬 件方 向、嵌 入 式系 统 硬 件方向。：