郭肖靜，苗積臣，吳志芳

（清華大學(xué) 核能與新能源技術(shù)研究院，北京 100084）

在凸度儀系統(tǒng)中，檢測鋼板過程中會產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)。對這些歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需進(jìn)行存儲、查詢、檢索、顯示等功能。為此，必須使用數(shù)據(jù)庫管理軟件來完成以上功能。目前，市場上主要的數(shù)據(jù)庫管理軟件包括SQL Server、MySQL、DB2、Oracle等，其中，DB2和 Oracle均為大型商用數(shù)據(jù)庫，需支付高額的授權(quán)費(fèi)用才可使用，且需專門的配置維護(hù)，開發(fā)上有諸多不便。SQL Server是微軟公司提供的數(shù)據(jù)庫軟件，只能在 Windows操作系統(tǒng)中使用，不具有跨平臺的能力。MySQL是當(dāng)前最流行的開放源碼SQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它由MySQL AB公司開發(fā)、發(fā)布并支持，具有多平臺支持、靈活架構(gòu)、免費(fèi)使用等特點(diǎn)。且當(dāng)前很多網(wǎng)站均采用MySQL作為其后臺數(shù)據(jù)庫支撐，其穩(wěn)定性和可靠性得到了充分驗(yàn)證。因此，在凸度儀系統(tǒng)中，擬使用MySQL對檢測的鋼板數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，完成系統(tǒng)的功能。

1 MySQL概述

MySQL是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一，具有強(qiáng)大的跨平臺能力（可運(yùn)行于Windows、Linux、Unix等操作系統(tǒng)上）和豐富的開發(fā)接口（可與PHP、VC、VB、Delphi等語言實(shí)現(xiàn)接口，便于嵌入到多種應(yīng)用中）。MySQL具有快速、可靠和易于使用的特點(diǎn)，當(dāng)前使用Linux＋PHP＋Apache＋MySQL已成為中小型網(wǎng)站提供Web服務(wù)的主流模式。此外，MySQL還是一種開放源代碼的軟件，非常便于研究和開發(fā)［1］。

MySQL采用客戶端／服務(wù)器模式，由支持不同后端的1個多線程SQL服務(wù)器、數(shù)種不同的客戶端程序和庫、眾多管理工具和廣泛的應(yīng)用編程接口API組成。此外，MySQL還支持多種數(shù)據(jù)類型，包括帶符號／無符號整數(shù)，1、2、3、4、8 字 節(jié) 長，F(xiàn)LOAT、DOUBLE、CHAR、VARCHAR、TEXT、BLOB、DATE、TIME、DATETIME、TIMESTAMP、YEAR、SET、ENUM等，便于各種數(shù)據(jù)高效率存儲［2］。

綜合以上特點(diǎn)，在凸度儀系統(tǒng)中，選擇MySQL作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，與凸度儀其他模塊配合，實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)存儲、檢索、排序、顯示等功能，完成設(shè)計(jì)要求。

2 凸度儀系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

2.1 凸度儀系統(tǒng)簡介

凸度儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 凸度儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of instantaneous profile gauge system

在圖1中，采集模塊采集到原始的檢測數(shù)據(jù)，交給運(yùn)算模塊進(jìn)行處理；運(yùn)算模塊通過差值、補(bǔ)償?shù)确椒?，?jì)算鋼板橫斷面上每個采樣點(diǎn)的厚度、溫度等信息，并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示模塊；顯示模塊將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示，并進(jìn)一步計(jì)算凸度、楔度等相關(guān)數(shù)據(jù)，同時還將這些數(shù)據(jù)按一定格式存儲到數(shù)據(jù)庫中，且能按用戶要求，對這些歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索、排序和顯示。

2.2 功能需求分析

由于數(shù)據(jù)庫只與顯示模塊存在接口，因此，只需分析顯示模塊對數(shù)據(jù)庫的功能需求。

1）數(shù)據(jù)存儲

當(dāng)顯示模塊收到運(yùn)算模塊發(fā)送的鋼板數(shù)據(jù)后，應(yīng)實(shí)時地將這些數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。在鋼板掃描過程中，對數(shù)據(jù)庫只有存儲操作，沒有檢索和讀取操作。

2）數(shù)據(jù)檢索

在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境中，將檢測大量鋼板，得到海量數(shù)據(jù)，如何快速檢索到所需的鋼板數(shù)據(jù)成為一重要問題。在本系統(tǒng)中，使用一些標(biāo)記性參數(shù)作為檢索條件，如檢測時間、鋼板類型、編號、鋼板厚度、鋼板凸度等指標(biāo)，且這些檢索條件可進(jìn)一步進(jìn)行邏輯組合，如與、或等操作。數(shù)據(jù)庫應(yīng)將滿足檢索條件的所有鋼板編號返回給顯示模塊，用戶在其中選定某個鋼板后，數(shù)據(jù)庫再將該鋼板的完整數(shù)據(jù)傳送給顯示模塊。

3）數(shù)據(jù)讀取和顯示

當(dāng)用戶選定某個鋼板后，數(shù)據(jù)庫應(yīng)將該鋼板相關(guān)的所有數(shù)據(jù)都發(fā)送到顯示模塊中，顯示模塊應(yīng)根據(jù)需要，對整個鋼板信息或局部信息進(jìn)行顯示。在顯示過程中，不再與數(shù)據(jù)庫發(fā)生數(shù)據(jù)交換。

2.3 數(shù)據(jù)類型分析

根據(jù)上面的需求，將存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分為3類。1）實(shí)際檢測數(shù)據(jù)，包括鋼板的厚度、寬度、溫度、傾角等實(shí)際檢測到的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量極大，代表鋼板的原始情況，一般只用于顯示，而不用于檢索。2）后處理數(shù)據(jù)，包括凸度、楔度等數(shù)據(jù)，是由實(shí)際檢測數(shù)據(jù)經(jīng)某些運(yùn)算后得到的指標(biāo)，用來表示鋼板的檢測結(jié)果。這些數(shù)據(jù)直觀反映了被檢鋼板是否合格，既用于顯示，也用于檢索。3）鋼板特征數(shù)據(jù)，包括檢測時間、鋼板編號、金屬類型、標(biāo)稱值等。這些數(shù)據(jù)表示1塊鋼板的整體屬性，既用于顯示，也用于索引。

2.4 表的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的核心是表的設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫由若干個表組成，表中每1行代表1組記錄，每1列代表1類數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫的表和表之間可有相同的列，不同表的數(shù)據(jù)通過這相同的列來實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，從而獲得對數(shù)據(jù)的完整訪問［3］。

在本系統(tǒng)中，構(gòu)造了2個表：1個用于存儲實(shí)際檢測數(shù)據(jù)，命名為PlateData；1個存儲鋼板特征數(shù)據(jù)和后處理數(shù)據(jù)，命名為PlateKey。兩個表的具體構(gòu)造列于表1、2。

表1 PlateData表的構(gòu)造Table 1 Structure of PlateData table

表2 PlateKey表的構(gòu)造Table 2 Structure of PlateKey table

在表1中，每個鋼板有若干個橫斷面，每個橫斷面有N個探測點(diǎn)（本程序中N為256）。表中每1行表示1個橫斷面上的所有數(shù)據(jù)，具有相同鋼板編號的所有行表示1個鋼板的完整數(shù)據(jù)。該表只用于數(shù)據(jù)的存儲和讀取，不用于檢索。

在表2中，每1行代表1個鋼板的信息，其中前6項(xiàng)是鋼板的特征數(shù)據(jù)，后2項(xiàng)是鋼板的實(shí)測數(shù)據(jù)。該表主要用于數(shù)據(jù)的檢索和排序。

表1和表2中共有的列項(xiàng)目是鋼板編號，這也是本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫的主鍵。通過該項(xiàng)目即可實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。

2.5 數(shù)據(jù)庫操作

1）數(shù)據(jù)庫連接與初始化

當(dāng)凸度儀系統(tǒng)啟動后，應(yīng)連接到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并選擇所需使用的數(shù)據(jù)庫。

2）數(shù)據(jù)的存儲

當(dāng)鋼板開始檢測時，運(yùn)算模塊先傳送1幀起始幀，表明開始1個新鋼板的檢測，該幀中應(yīng)包含鋼板編號、合金類型、標(biāo)稱厚度、標(biāo)稱凸度等鋼板特征數(shù)據(jù)。顯示模塊將這些數(shù)據(jù)保存，但暫不寫入數(shù)據(jù)庫中。而后，運(yùn)算模塊將每個橫斷面的數(shù)據(jù)打包成1幀發(fā)送過來，顯示模塊根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算凸度、楔度等指標(biāo)，并按表1的格式，將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)鋼板檢測結(jié)束后，運(yùn)算模塊會發(fā)送1個結(jié)束幀，此時顯示模塊將前面收到的鋼板特征數(shù)據(jù)和計(jì)算得到的凸度、楔度等數(shù)據(jù)按表2的格式寫入數(shù)據(jù)庫中。

3）數(shù)據(jù)的檢索

數(shù)據(jù)的檢索在PlateKey表中進(jìn)行，根據(jù)用戶給出的檢索條件，找到表中滿足條件的若干行。

4）數(shù)據(jù)的讀取

當(dāng)用戶具體選擇了某1行記錄后，獲取該行的PlateNum值，并從PlateData表中提取數(shù)據(jù)。

3 數(shù)據(jù)庫的編程實(shí)現(xiàn)

3.1 C語言接口函數(shù)

在本凸度儀系統(tǒng)中，使用Visual C＋＋作為編程語言。因此要和數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)通信，必須使用MySQL提供的C＋＋編程接口。在MySQL中，提供了 mysql.h、libmysql.lib和libmysql.dll。在C或C＋＋文件中，只要包含“mysql.h”頭文件，即可使用libmysql.lib和libmysql.dll中的函數(shù)［4］。在本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，主要使用了如下5個函數(shù)。

1）MYSQL ＊mysql＿init（MYSQL ＊mysql）

該函數(shù)用于初始化mysql結(jié)構(gòu)，為后面的函數(shù)操作提供指針。

2）MYSQL ＊ mysql＿real＿connect（MYSQL＊mysql，const char＊host，const char＊user，const char＊passwd，const char＊db，unsigned int port，const char＊unix＿socket，unsigned long client＿flag）

該函數(shù)用于應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的連接以及數(shù)據(jù)庫的選擇。在本系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)啟動時，調(diào)用該函數(shù)。

3）int mysql＿real＿query（MYSQL ＊mysql，const char＊stmt＿str，unsigned long length）

該函數(shù)用于向數(shù)據(jù)庫發(fā)送1條SQL指令。系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的存儲、查詢、讀取等指令均通過該函數(shù)傳遞到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中。

4）MYSQL＿RES ＊mysql＿use＿result（MYSQL＊mysql）

該函數(shù)把數(shù)據(jù)庫相應(yīng)SQL指令的輸出返回到應(yīng)用程序中。通過該指令，即可得到數(shù)據(jù)庫查詢和讀取的結(jié)果。

5）void mysql＿close（MYSQL＊mysql）

該函數(shù)用于關(guān)閉數(shù)據(jù)庫。在本系統(tǒng)中，退出時要調(diào)用該函數(shù)。

3.2 功能測試

根據(jù)上述分析，利用MySQL的C API，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問。使用 Microsoft Visual C＋＋進(jìn)行開發(fā)，并為數(shù)據(jù)庫檢索和讀取單獨(dú)設(shè)計(jì)了1個對話框，如圖2所示。在圖2左上方，列出了若干檢索條件，可進(jìn)行與、或等檢索；下方是數(shù)據(jù)庫中滿足條件的所有記錄。當(dāng)選定其中某1個鋼板時，在右側(cè)即顯示鋼板整體的厚度分布，以及橫縱兩個方向的厚度分布。從圖中可看出，數(shù)據(jù)庫的存儲、檢索和讀取功能均已實(shí)現(xiàn)，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。

圖2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)測試圖Fig.2 Dialog of database test

4 結(jié)論

本文介紹了凸度儀系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。選擇MySQL數(shù)據(jù)庫，分析了凸度儀系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的需求，從而提取了操作數(shù)據(jù)并設(shè)計(jì)了合理的表，保證了數(shù)據(jù)存儲的完整性和檢索的高效性。此外，分析了應(yīng)用中所需的SQL指令及MySQL提供的C API中相關(guān)的函數(shù)，從而在使用Visual C＋＋編程的凸度儀系統(tǒng)中，成功地嵌入了MySQL數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲、檢索和讀取等功能。通過實(shí)際測試，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。

［1]袁淵，曾文火.MySQL數(shù)據(jù)庫接口的VC實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用［J］.華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002，16（5）：41－45.YUAN Yuan，ZENG Wenhuo.Realization and application of MySQL database interfaces based on Visual C＋＋［J］.Journal of East China Shipbuilding Institute： Natural Science Edition，2002，16（5）：41－45（in Chinese）.

［2]薛軍超.MySQL網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫開發(fā)［M］.北京：人民郵電出版社，2001.

［3]蘭旭輝，熊家軍，鄧剛.基于MySQL的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2004，25（3）：442－443，468.LAN Xuhui，XIONG Jiajun，DENG Gang.Development of application program based on MySQL［J］.Computer Engineering and Design，2004，25（3）：442－443，468（in Chinese）.

［4]Oracle.MySQL 5.1reference manual［S／OL］.Redwood City，California：Oracle USA，2003［2011－2－25］.http：∥dev.mysql.com／doc／refman／5.1／en／.