小型工業(yè)監(jiān)控軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：提出了一種面向小型工業(yè)監(jiān)控軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案。在Visual C++6.0編程環(huán)境下，采用ADO技術(shù)與多線程技術(shù)解決數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與處理的問(wèn)題，并以法國(guó)施耐德公司的Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行，其性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)； 監(jiān)控軟件； ADO； 多線程

中圖法分類號(hào)：TP311．13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001－3695(2006)09－0198－03

目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的快速發(fā)展，企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)的安全運(yùn)行系數(shù)，廣泛地使用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行改造和優(yōu)化。在一些不太復(fù)雜且相對(duì)較小的工業(yè)系統(tǒng)中，采用大型工業(yè)組態(tài)軟件與大型的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，將導(dǎo)致工程成本大幅提高。面對(duì)這一問(wèn)題，我們提出一種面向小型工業(yè)監(jiān)控軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案。隨著Windows系統(tǒng)的普遍使用，很多計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的上位機(jī)大多使用的是Windows操作系統(tǒng)，采用Windows編程。VisualC++是Microsoft公司推出的面向?qū)ο蟮能浖_(kāi)發(fā)工具，其功能強(qiáng)大，集成的MFC類庫(kù)、ATL模板類以及AppWizard、ClassWizard等一系列的Wizard工具，可以很快地建立應(yīng)用程序，大大簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過(guò)程。VisualC++還提供了多種數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)，如ODBCAPI，MFCODBC，DAO，OLEDB，ADO等。

1設(shè)計(jì)方案

1．1所涉及的技術(shù)簡(jiǎn)介

在這一方案中我們所采用的技術(shù)主要有Microsoft公司開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的新接口ADO(ActiveDataObject)技術(shù)；另外還采用了VisualC++6.0的多線程編程技術(shù)，用來(lái)解決數(shù)據(jù)庫(kù)的多事務(wù)調(diào)度與并發(fā)處理問(wèn)題。

（1）ADO技術(shù)簡(jiǎn)介

ADO技術(shù)是建立在OLEDB之上的高層數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)。它基于COM（ComponentObjectModel），具有COM組件的諸多優(yōu)點(diǎn)，可以用來(lái)構(gòu)造可復(fù)用應(yīng)用框架，支持多語(yǔ)言，能夠訪問(wèn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)及所有的文件系統(tǒng)。另外還具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)（RemoteDataService，RDS）的特性。ADO的對(duì)象模型簡(jiǎn)化了對(duì)對(duì)象的操作，大大簡(jiǎn)化了程序編制，增加了程序的可移植性。多數(shù)情況下，我們只需要關(guān)心所要?jiǎng)?chuàng)建和使用的對(duì)象，而無(wú)須了解其父對(duì)象。在ADO中可以直接打開(kāi)一個(gè)記錄對(duì)象，而無(wú)須建立與數(shù)據(jù)源的連接。

ADO技術(shù)的特點(diǎn)如下：

①易于使用。由于ADO是高層應(yīng)用，具有面向?qū)ο蟮奶匦裕槐叵冉⑦B接，只需直接構(gòu)造即可。

②高速訪問(wèn)數(shù)據(jù)源。ADO技術(shù)基于OLEDB，所以它也繼承了OLEDB訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的高速性。

③可以訪問(wèn)不同的數(shù)據(jù)源。ADO技術(shù)可以訪問(wèn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的所有文件系統(tǒng)。

④可以用于MicrosoftActiveX頁(yè)。ADO技術(shù)可以以ActiveX控件的形式出現(xiàn)，也可以用于MicrosoftActiveX頁(yè)，簡(jiǎn)化了Web頁(yè)的編程。

⑤程序占用內(nèi)存少。由于ADO技術(shù)是基于組件對(duì)象模型（COM）的訪問(wèn)技術(shù)，所以ADO產(chǎn)生的應(yīng)用程序占用內(nèi)存少。（2）多線程技術(shù)

多任務(wù)管理是操作系統(tǒng)的精華。所謂多任務(wù)就是有多個(gè)工作同時(shí)運(yùn)行。但CPU只有一個(gè)，因此就采用分時(shí)多任務(wù)的方式。每個(gè)任務(wù)只運(yùn)行一小段時(shí)間，通過(guò)操作系統(tǒng)的調(diào)度機(jī)制來(lái)決定下一個(gè)CPU的使用權(quán)應(yīng)該交給哪一個(gè)任務(wù)。目前所說(shuō)的多任務(wù)大都是指多線程（MultiThreads）的方式。多數(shù)支持多線程的操作系統(tǒng)一般均支持五種線程狀態(tài)，即睡眠狀態(tài)（Dormant）、準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)(Ready)、運(yùn)行狀態(tài)(Running)、等待狀態(tài)(Waiting)和延時(shí)狀態(tài)(Delayed)。圖1描述了這些狀態(tài)之間互相切換的情形。

Windows2000操作系統(tǒng)支持兩種類型的多任務(wù)，即基于進(jìn)程（Process）的多任務(wù)和基于線程（Thread）的多任務(wù)。我們所采用的是基于線程的多任務(wù)，每個(gè)線程均有自己的堆棧和CPU寄存器，其執(zhí)行由系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)先級(jí)來(lái)調(diào)度執(zhí)行。基于線程的多任務(wù)允許同一個(gè)程序的兩個(gè)或多個(gè)部分同時(shí)執(zhí)行，這樣增加了程序的維數(shù)，提高了程序的執(zhí)行效率。另外采用線程同步技術(shù)，防止了兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)同時(shí)操作數(shù)據(jù)而引起的錯(cuò)誤。

1．2方案

我們所采用的試驗(yàn)平臺(tái)為法國(guó)施耐德公司的Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備；下位采用的是Quantum系列的CPU與其他智能板卡，通過(guò)以太網(wǎng)模塊與上位監(jiān)控機(jī)相連；上位采用VisualC++6.0與SQLServer2000為開(kāi)發(fā)工具，在Windows2000環(huán)境下開(kāi)發(fā)監(jiān)控軟件與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

當(dāng)下位的PLC板卡采集到數(shù)據(jù)后，先放入下位的CPU寄存器中，通過(guò)Modbus+TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位監(jiān)控軟件并放入設(shè)計(jì)的緩存中，上位監(jiān)控軟件與SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)相連，采用ADO技術(shù)、多線程技術(shù)，以及設(shè)置定時(shí)器，達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與處理。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2技術(shù)實(shí)現(xiàn)

在VisualC++6.0中實(shí)現(xiàn)上面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)方案，主要有四個(gè)方面：①初始化ADO庫(kù)環(huán)境；②創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)操作線程；③設(shè)置ADO對(duì)象智能指針；④利用定時(shí)器與ADO指針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。

2．1初始化ADO庫(kù)環(huán)境

(1）引入ADO庫(kù)文件

使用ADO技術(shù)前必須在工程的Stdafx.h文件最后用直接引入符號(hào)＃import引入ADO庫(kù)文件，使編譯器能正確編譯。其代碼如下：

#import\"C:ProgramFilescommonfilessystemadomsado15.dll\"

No_namespace

rename(\"EOF\"，\"adoEOF\")

ADO類的定義作為一種資源存儲(chǔ)在ADODLL(Msado15.dll）中，在其內(nèi)部稱為類型庫(kù)。

(2）生成應(yīng)用程序框架并初始化OLE/COM庫(kù)環(huán)境

在使用ADO技術(shù)的InitInstance函數(shù)中初始化OLE/COM庫(kù)（因?yàn)锳DO庫(kù)是一個(gè)COMDLL庫(kù)）。

BOOLCAdotestDlg::OnInitDialog()

{

::CoInitialize(NULL);//初始化OLE/COM庫(kù)環(huán)境

}

程序最后要調(diào)用::CoUninitialize()；//釋放程序占用的COM資源

另外：m_pRecordset>Close();

m_pConnection>Close();

m_pRecordset=NULL;

m_pConnection=NULL;

用于釋放所占用的ADO對(duì)象資源。

2．2創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)操作線程

首先在VisualC++MFC中創(chuàng)立基于WinThread數(shù)據(jù)庫(kù)操作線程CProcessDataThread；

然后調(diào)用線程創(chuàng)建函數(shù)Create￣Thread來(lái)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)線程；最后在程序結(jié)束時(shí)調(diào)用ExitThread函數(shù)終止線程，釋放資源。函數(shù)調(diào)用方法可以參考MicrosoftMSDN；另外還需注意的是，在多個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行時(shí)，若是執(zhí)行線程切換，就會(huì)有危險(xiǎn)發(fā)生，因此安排一種臨界區(qū)（CriticalSection），當(dāng)線程進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，不運(yùn)行調(diào)度程序，以防止因調(diào)度機(jī)制而造成無(wú)法預(yù)期的后果。還有線程同步與多個(gè)線程之間如何溝通的問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題時(shí)，采用信號(hào)（Semaphore）或者是事件（Event）的方式，設(shè)置全局變量（GlobalVariable）來(lái)控制線程之間的同步。

2．3ADO智能指針的設(shè)置與操作

(1）設(shè)置ADO智能指針

ADO庫(kù)包含三個(gè)基本接口:_ConnectionPtr接口、_CommandPtr接口和_RecordsetPtr接口。在庫(kù)環(huán)境初始化完成后，需要在頭文件中定義智能指針變量：

_ConnectionPtrm_pConnection；

_RecordsetPtrm_pRecordset；

_CommandPtrm_pCommand;

(2）智能指針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作

_ConnectionPtr接口返回一個(gè)記錄集或一個(gè)空指針。通常使用它來(lái)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)連接或執(zhí)行一條不返回任何結(jié)果的SQL語(yǔ)句，如一個(gè)存儲(chǔ)過(guò)程。使用_ConnectionPtr接口返回一個(gè)記錄集不是一個(gè)好的使用方法，對(duì)于要返回記錄的操作通常用_RecordsetPtr來(lái)實(shí)現(xiàn)；用_ConnectionPtr操作時(shí)需要得到記錄條數(shù)遍歷所有記錄，而用_RecordsetPtr時(shí)不需要。

_CommandPtr接口返回一個(gè)記錄集。它提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)執(zhí)行返回記錄集的存儲(chǔ)過(guò)程和SQL語(yǔ)句。在使用_CommandPtr接口時(shí)，你可以利用全局_ConnectionPtr接口，也可以在_CommandPtr接口里直接使用連接串。如果你只執(zhí)行一次或幾次數(shù)據(jù)訪問(wèn)操作，那么后者是比較好的選擇。但如果你要頻繁訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并要返回很多記錄集，那么你應(yīng)該使用全局_ConnectionPtr接口創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)連接，然后使用_CommandPtr接口執(zhí)行存儲(chǔ)過(guò)程和SQL語(yǔ)句。

_RecordsetPtr是一個(gè)記錄集對(duì)象。與以上兩種對(duì)象相比，它對(duì)記錄集提供了更多的控制功能，如記錄鎖定、游標(biāo)控制等。與_CommandPtr接口一樣，它不一定要使用一個(gè)已經(jīng)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)連接，還可以用一個(gè)連接串代替連接指針賦給_RecordsetPtr的Connection成員變量，讓它自己創(chuàng)建數(shù)據(jù)連接。如果要使用多個(gè)記錄集，最好的方法是與Command對(duì)象一樣使用已經(jīng)創(chuàng)建了數(shù)據(jù)連接的全局_ConnectionPtr接口，然后使用_RecordsetPtr執(zhí)行存儲(chǔ)過(guò)程和SQL語(yǔ)句。

2．4設(shè)置定時(shí)器以達(dá)到實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)功能，我們需要在程序中設(shè)置定時(shí)器，設(shè)置數(shù)據(jù)采樣頻率，實(shí)時(shí)地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，我們需要調(diào)用WindowsAPI(應(yīng)用程序接口)函數(shù)中的定時(shí)器函數(shù)。CWnd::SetTimer()設(shè)置一個(gè)或多個(gè)定時(shí)器用于指定時(shí)間間隔觸發(fā)。其具體步驟是：先調(diào)用SetTimer（），參數(shù)值使用一個(gè)計(jì)時(shí)器ID和一個(gè)超時(shí)值，然后將WM_TIMER消息映射到應(yīng)用程序類的一個(gè)OnTimer()函數(shù)中。不再使用定時(shí)器后，調(diào)用KillTimer()來(lái)取消定時(shí)。

在該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)方案中這一部分是核心部分，部分代碼如下：

（1）設(shè)置定時(shí)器

SetTimer(2，2000，NULL)；

//設(shè)定數(shù)據(jù)采樣時(shí)間為2s（根據(jù)實(shí)際要求設(shè)定）

（2）編寫(xiě)OnTimer函數(shù)

voidCMasterDlg::OnTimer(UINTnIDEvent)

{

this>UpdateData(1);

CStringY0;

Y0.Format(\"關(guān)\");

…

if(nIDEvent==2)

{

m_pRecordset>AddNew();

GetLocalTime(tm);

Time.Format(\"%d/%d%d:%d:%d\"，tm.wMonth，tm.wDay，tm.wHour，tm.wMinute，tm.wSecond);

m_pRecordset>PutCollect(\"Time\"，_variant_t(Time));

if(Coil[11]==1)

{

Y0.Format(\"開(kāi)\");

m_pRecordset>PutCollect(\"Y0\"，_variant_t(Y0));

}

else

…

m_pRecordset>Update();

}

CDialog::OnTimer(nIDEvent);

}

顯示界面如圖3所示。

圖3顯示界面

3小結(jié)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們驗(yàn)證了方案的可行性。在面向小型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理的實(shí)時(shí)性方面滿足了設(shè)計(jì)的基本要求。但是在某些方面還需要進(jìn)一步的研究與實(shí)驗(yàn)，如進(jìn)一步提高實(shí)時(shí)性及改進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)與監(jiān)控軟件的接口，達(dá)到可擴(kuò)展與可移植；進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)曲線、報(bào)警顯示等功能。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

郝曉弘(1960)，男，甘肅平?jīng)鋈耍袊?guó)人工智能學(xué)會(huì)理事，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)理事分布式智能專業(yè)委員會(huì)委員，教授，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)閺?fù)雜系統(tǒng)的控制、智能控制理論與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)；

李應(yīng)啟（1980），男，陜西西安人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)；

劉樹(shù)博（1982），男，吉林通化人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)等。