徐 陽 孫俊杰

(鄭州大學(xué)振動工程研究所，河南鄭州450001)

準(zhǔn)在線故障診斷系統(tǒng)是一種可以對設(shè)備進(jìn)行精密診斷和故障監(jiān)測的便攜式故障診斷系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)相比，既有離線系統(tǒng)的靈活方便和便攜的優(yōu)點，又具有在線系統(tǒng)的強(qiáng)大分析功能和進(jìn)行較長時間故障監(jiān)測的能力，主要用于大型設(shè)備的啟停機(jī)監(jiān)測，以及設(shè)備的故障診斷分析等方面。由于準(zhǔn)在線故障診斷系統(tǒng)的這些特點，其在數(shù)據(jù)的采集、存儲和分析方面都具有較高的要求，本文主要討論一種嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite在準(zhǔn)在線故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite

數(shù)據(jù)庫通常用來實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的存儲、檢索等功能。早期的數(shù)據(jù)一般通過某種格式存儲在文件中，而后來逐漸發(fā)展成為復(fù)雜的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫，如Oracle、MySQL 等。

在嵌入式領(lǐng)域，早期的數(shù)據(jù)存儲也常常采用系統(tǒng)自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和文件格式來進(jìn)行存取和查詢。但近年來隨著各種嵌入式應(yīng)用的飛速發(fā)展，嵌入式軟件中對數(shù)據(jù)存取和查詢功能的要求也越來越高，數(shù)據(jù)庫技術(shù)也開始越來越多的應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中。而嵌入式系統(tǒng)中很多的應(yīng)用，可能僅僅需要用到數(shù)據(jù)庫的一些特性。比如有時我們需要的可能只是一個簡單的基于磁盤文件的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這樣就不必安裝龐大的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，利用簡單的嵌入式數(shù)據(jù)庫就可以了。另外嵌入式系統(tǒng)資源上的限制也決定了我們不可能采用大型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

SQLite是D.Richard Hipp在2000年開發(fā)的一個小型嵌入式數(shù)據(jù)庫。它是完全獨立的，不具有外部依賴性，其源代碼完全開源，可以免費用于任何用途。除此之外SQLite還具有零配置、輕量級自包含、簡單、靈活、可靠等特點，非常適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中。

2 基于SQLite的準(zhǔn)在線故障診斷系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

系統(tǒng)采用OMAP5912作為處理器，其ARM端運行Linux操作系統(tǒng)，對系統(tǒng)的外圍模塊進(jìn)行管理控制;在DSP端運行DSP/BIOS實時內(nèi)核，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的處理。系統(tǒng)的軟件主要有6個功能模塊:數(shù)據(jù)采集模塊、存儲模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、用戶管理操作模塊、顯示模塊和通訊模塊，如圖1所示。

(1)數(shù)據(jù)采集模塊 主要是開辟不同的線程來分別控制多個傳感器進(jìn)行振動數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)送入指定的內(nèi)存中等待系統(tǒng)進(jìn)行處理。

(2)存儲模塊 用來將用戶需要的數(shù)據(jù)存入指定的存儲介質(zhì)(FLASH、SD卡、硬盤等)中，主要包括用戶的系統(tǒng)配置信息、采集的源數(shù)據(jù)、處理過的數(shù)據(jù)以及各種分析診斷結(jié)果等。

(3)數(shù)據(jù)分析模塊 對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，主要由系統(tǒng)控制DSP處理器來進(jìn)行。

(4)用戶管理操作模塊 用來與用戶進(jìn)行交互，使用戶可以根據(jù)不同設(shè)備的需求來進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)定，同時可以使用戶自行選擇合適的診斷方法進(jìn)行診斷。

(5)顯示模塊 主要是將設(shè)備的診斷信息通過LCD實時顯示出來。

(6)通訊模塊 主要是通過USB或網(wǎng)絡(luò)來訪問系統(tǒng)，從而獲得系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，方便與企業(yè)的設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行對接。

3 SQLite在準(zhǔn)在線故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用

3．1 SQLite的應(yīng)用程序接口API

SQLite一共有80多個C/C++的API，另外還有很多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和預(yù)定義的宏等。1個簡單的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序只需要使用3個函數(shù)就可以:sqlite3_open()、sqlite3_exec()、sqlite3_close。

sqlite3_open()表示在當(dāng)前目錄打開數(shù)據(jù)庫，如果數(shù)據(jù)庫不存在則自動創(chuàng)建1個數(shù)據(jù)庫。其函數(shù)原型為:

sqlite3_close()與sqlite3_open()對應(yīng)，用來關(guān)閉打開的數(shù)據(jù)庫，在應(yīng)用程序中與sqlite3_open()一般都要成對出現(xiàn)。

sqlite3_exec()函數(shù)則是用來執(zhí)行SQL語句。它的函數(shù)原型為

其中第3和第4個參數(shù)用來指定回調(diào)函數(shù)和回調(diào)函數(shù)第一個參數(shù)。對于回調(diào)函數(shù)callback，是在執(zhí)行SQL語句的時候被回調(diào)。當(dāng)執(zhí)行查詢類型的SQL語句時，每返回一行查詢記錄，就會調(diào)用一次定義的回調(diào)函數(shù)。

3．2 系統(tǒng)SQLite數(shù)據(jù)庫設(shè)計

由第二節(jié)所述系統(tǒng)的基本軟件架構(gòu)可以看出，系統(tǒng)的各個模塊都與數(shù)據(jù)有著密切的關(guān)系，整個系統(tǒng)實質(zhì)上就是對振動數(shù)據(jù)的采集、處理和管理的過程。對此本系統(tǒng)采用SQLite以文件數(shù)據(jù)庫的形式來進(jìn)行對數(shù)據(jù)的管理和操作。SQLite在系統(tǒng)的不同模塊中有著不同的應(yīng)用，并且將各個不同的功能模塊有機(jī)地結(jié)合在一起。下面對這些具體的應(yīng)用進(jìn)行分別闡述:

(1)在數(shù)據(jù)采集模塊中的應(yīng)用

數(shù)據(jù)采集模塊有6個測振通道，用戶通過系統(tǒng)設(shè)定其各個通道工作與否，同時設(shè)定進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或是監(jiān)測。在SQLite中建有6個表(source_data1——source_data6)來分別存儲對應(yīng)6個通道采集來的振動數(shù)據(jù)。這6個表具有同樣的結(jié)構(gòu)，其中源數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在C語言中建立這種表的具體函數(shù)實現(xiàn)如下:

在這6個振動源數(shù)據(jù)表中，共有 ID、data、time、samsrc_info、freq、num、sensor_type 七個字段。振動源數(shù)據(jù)是根據(jù)設(shè)定的采集點數(shù)以組為單位來進(jìn)行存儲，設(shè)定的采集點數(shù)一般有512、1024、2048等選擇，因此對應(yīng)的一組振動數(shù)據(jù)就分別由512、1024、2048個浮點數(shù)組成，在存儲時先將這些浮點數(shù)通過編碼轉(zhuǎn)換，然后以二進(jìn)制的形式存儲在表的data字段，而對應(yīng)的采集點數(shù)則存在num字段。另外因為在故障診斷中有時需要用到各種信息融合的技術(shù)，如全息譜技術(shù)、全矢譜技術(shù)，而信息融合技術(shù)需要采集的信號是同源信號，在數(shù)據(jù)表中samsrc_info字段則反映了這些信號的同源信息。根據(jù)samsrc_info字段的內(nèi)容系統(tǒng)即可判斷某一通道采集的信號與剩余哪個通道的哪組信號是同源的，從而能夠進(jìn)行信息融合。

當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行較長時間故障監(jiān)控功能時，由于數(shù)據(jù)的采集頻率較高，因此表的膨脹速度很快，當(dāng)表過大時會影響系統(tǒng)的存取性能。對此系統(tǒng)啟動時會自動判斷表的大小，當(dāng)表的大小超過設(shè)定的大小后會提示用戶將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到另一個表中或另建一個關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫存放以往的數(shù)據(jù)，從而保證系統(tǒng)的性能不受影響。

(2)在操作管理模塊中的應(yīng)用

系統(tǒng)的操作管理包括用戶管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、采集參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)處理方式選擇、顯示模式選擇、存儲控制和通訊傳輸控制等。這些管理數(shù)據(jù)和配置信息存儲在數(shù)據(jù)庫中的一系列配置表中:user表、syscfg表和vibcfg表等。當(dāng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定時，使用sqlite3_exec()函數(shù)執(zhí)行SQL語句中的INSERT命令，可以將各參數(shù)保存到對應(yīng)配置表中，如圖3所示。同樣，當(dāng)需要讀取參數(shù)時，則執(zhí)行SQL語句中的SELECT命令來實現(xiàn)。在系統(tǒng)對SQLite進(jìn)行操作的過程中要注意:由于在系統(tǒng)運行時要頻繁地對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，而數(shù)據(jù)庫打開函數(shù)sqlite3_open("sysdata.db"，＆db)，比較占用資源，因此只在系統(tǒng)啟動時打開一次數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)運行時只進(jìn)行操作而不關(guān)閉數(shù)據(jù)庫，所有操作只是對數(shù)據(jù)庫中的表進(jìn)行。但是SQLite不支持多線程同時對表進(jìn)行寫操作，因此系統(tǒng)必須對數(shù)據(jù)庫的寫操作進(jìn)行調(diào)度，防止發(fā)生阻塞。

(3)在通訊模塊中的應(yīng)用

當(dāng)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)存或需要與企業(yè)的設(shè)備管理系統(tǒng)對接時，系統(tǒng)可通過USB數(shù)據(jù)線或網(wǎng)線與PC機(jī)互聯(lián)。由于SQLite是文件型數(shù)據(jù)庫，所有數(shù)據(jù)都存在一個sysdata.db文件中，并且SQLite的數(shù)據(jù)庫文件在Window系統(tǒng)下可以同樣簡單地進(jìn)行解析，因此在傳輸時就可以直接將該sysdata.db文件進(jìn)行傳輸。另外也可以只傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生的各種報表文件。

(4)在顯示模塊中的應(yīng)用

顯示模塊主要用來實時顯示波形頻譜圖、相位圖和各種故障分析方法產(chǎn)生的圖表，使用戶對振動信息有更直觀的了解。顯示的波形數(shù)據(jù)主要來自數(shù)據(jù)庫中的六個源數(shù)據(jù)表，其他圖表則由分析模塊調(diào)用DSP內(nèi)核對源數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲得。

系統(tǒng)采用MiniGUI來進(jìn)行圖形用戶界面的設(shè)計，MiniGUI本身就是用 C語言開發(fā)的，因此可以與SQLite很好地進(jìn)行結(jié)合，可以在MiniGUI中直接調(diào)用SQLite的各種 API函數(shù)，只需要在頭文件中包含“sqlite3.h”文件即可。

4 結(jié)語

準(zhǔn)在線故障診斷系統(tǒng)是便攜式故障診斷系統(tǒng)中相對高端的產(chǎn)品，由于其在采集的同時還要能夠有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和分析能力，因此對系統(tǒng)的設(shè)計有較高的要求。本系統(tǒng)采用嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite來進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和管理，避免了采用一般文件存儲時實時性和安全性差的問題，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。同時由于SQLite對多種編程語言的支持和較強(qiáng)的移植性，大大減少了系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)中的工作量。

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