萬(wàn)文略 崔冰波

(重慶理工大學(xué)機(jī)械檢測(cè)技術(shù)與裝備教育部工程中心，重慶 400054)

0 引言

虛擬儀器 (virtual instruments，VI)是美國(guó)National Instruments(NI)公司在其產(chǎn)品LabVIEW中首先提出的概念。隨著現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)與儀器的發(fā)展，虛擬儀器概念已經(jīng)發(fā)展成為一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計(jì)思想，成為設(shè)計(jì)復(fù)雜測(cè)控系統(tǒng)與測(cè)試儀器的主要方法和手段。

現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)大多需要對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行全方位的檢測(cè)以及多傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)應(yīng)用，這就使得產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量急劇增長(zhǎng)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可以準(zhǔn)確地反映各類數(shù)據(jù)間的關(guān)系。多數(shù)工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)用戶的登錄與管理模塊，它主要用來(lái)保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。設(shè)置了軟件使用權(quán)限以后，能夠?qū)⒎菍I(yè)人員“拒之門外”，有效防止誤操作引起的系統(tǒng)運(yùn)行障礙，保護(hù)工業(yè)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)安全與可靠性。由于大多數(shù)LabVIEW的程序針對(duì)的是工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域，其對(duì)關(guān)于操作對(duì)象、配套設(shè)施的知識(shí)要求都很高，因此，設(shè)置對(duì)硬件設(shè)施參數(shù)的保護(hù)能保障測(cè)試過(guò)程的準(zhǔn)確性［1］。

本文針對(duì)一款工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)，開發(fā)了用戶登錄與管理模塊，顯著地提高了系統(tǒng)的使用安全性。同時(shí)，本文描述的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問方法也可以實(shí)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)中其他數(shù)據(jù)的有效組織與管理，其開發(fā)工具為L(zhǎng)abVIEW8.2，操作系統(tǒng)使用 Windows XP。

1 LabVIEW與數(shù)據(jù)庫(kù)

1.1 LabVIEW的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問

LabVIEW中常用的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問方式有以下五種［2－4］。

①使用LabVIEW的ActiveX功能，調(diào)用Microsoft ADO控件，利用SQL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問。該方法需要用戶對(duì)Microsoft ADO控件和SQL語(yǔ)言有較深的理解，編程復(fù)雜。

②使用NI公司的附加工具包LabVIEW SQL Toolkit進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問。該工具包集成了一系列的高級(jí)功能模塊，這些模塊封裝了大多數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作和一些高級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問功能，其優(yōu)點(diǎn)是易于理解、操作簡(jiǎn)單，用戶不需要學(xué)習(xí)SQL語(yǔ)法，但這種工具包價(jià)格昂貴，系統(tǒng)成本高，大多數(shù)用戶無(wú)法承受。

③通過(guò)第三方開發(fā)的免費(fèi)LabVIEW數(shù)據(jù)庫(kù)訪問工具包LabSQL來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問。LabSQL利用Microsoft ADO和SQL語(yǔ)言來(lái)完成數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問，將復(fù)雜的底層ADO和SQL操作封裝成一系列的LabSQL VIs。該方法編程簡(jiǎn)單、快捷，無(wú)需對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)底層作深入了解，支持Windows平臺(tái)下的任何基于開放式數(shù)據(jù)庫(kù)連接(open database connectivity，ODBC)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

④ 通過(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(dynamic link library，DLL)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問，先利用其他語(yǔ)言如Visual C++編寫DLL，再利用LabVIEW的調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)(calling function node，CLFN)調(diào)用此DLL訪問數(shù)據(jù)庫(kù)。該方法需要從底層進(jìn)行復(fù)雜的編程才能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于非專業(yè)編程人員來(lái)講是不現(xiàn)實(shí)的。

⑤利用中間文件存取數(shù)據(jù)，先將數(shù)據(jù)存入文件之中，待測(cè)量結(jié)束后再用專門的工具將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。該方法需要磁盤文件作為中介且不具有實(shí)時(shí)性，使用不方便。

前三種方法是工程應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常使用的，本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問過(guò)程是采用免費(fèi)、跨平臺(tái)的LabVIEW數(shù)據(jù)庫(kù)訪問工具包LabSQL實(shí)現(xiàn)的。

1.2 數(shù)據(jù)源的注冊(cè)

注冊(cè)數(shù)據(jù)源的方式有手動(dòng)創(chuàng)建和動(dòng)態(tài)創(chuàng)建兩種。手動(dòng)創(chuàng)建的步驟為:在開始→控制面板→性能和維護(hù)→管理工具→數(shù)據(jù)源(ODBC)下的數(shù)據(jù)源管理器中選擇添加數(shù)據(jù)源，選擇數(shù)據(jù)源的驅(qū)動(dòng)程序，然后綁定數(shù)據(jù)庫(kù)，給數(shù)據(jù)源命名。這樣就在主機(jī)上完成了數(shù)據(jù)源的注冊(cè)，本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)源僅包括系統(tǒng)的用戶登錄數(shù)據(jù)，所以該方法簡(jiǎn)單易行。有些情況下系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)源可能是多選或不確定的，這種情況下手動(dòng)創(chuàng)建數(shù)據(jù)源就無(wú)法滿足系統(tǒng)的要求，區(qū)別于采用修改注冊(cè)表的方式動(dòng)態(tài)創(chuàng)建數(shù)據(jù)源［3］。本設(shè)計(jì)首先獲取VI應(yīng)用程序文件所在的絕對(duì)路徑，從得到的路徑字符串中獲得當(dāng)前目錄;然后在當(dāng)前目錄中創(chuàng)建名稱為“數(shù)據(jù)庫(kù)文件”的文件夾，用以存放數(shù)據(jù)庫(kù)文件;最后使用連接字符串控件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)連接字符串的創(chuàng)建。數(shù)據(jù)源動(dòng)態(tài)注冊(cè)實(shí)現(xiàn)代碼如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)源的動(dòng)態(tài)注冊(cè)實(shí)現(xiàn)代碼Fig.1 Implementation for dynamic registration of data source

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)主界面設(shè)計(jì)

軟件人機(jī)界面是評(píng)價(jià)軟件的重要指標(biāo)，良好的人機(jī)界面可顯著減少誤操作，方便用戶使用。構(gòu)建界面友好的人機(jī)界面，主要包括協(xié)調(diào)的色調(diào)搭配、鮮明的控件排版以及軟件功能主次的突出顯示等。LabVIEW可以快速地開發(fā)出良好的人機(jī)交互界面，這得益于其高效的G語(yǔ)言編程方式和靈活的控件屬性設(shè)置［5］。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)包括登錄系統(tǒng)、密碼修改、用戶管理等模塊。當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，界面上只存在登錄系統(tǒng)和退出系統(tǒng)事件，初始時(shí)通過(guò)設(shè)置控件的“可見”屬性，使密碼修改、用戶管理和進(jìn)入系統(tǒng)模塊為隱藏狀態(tài)。當(dāng)用戶輸入的用戶名和密碼通過(guò)登錄系統(tǒng)查詢到相應(yīng)的信息后，就更新用戶的界面狀態(tài)。登錄系統(tǒng)后，主界面顯示用戶登錄系統(tǒng)的歷史信息和當(dāng)前用戶的權(quán)限，以便于用戶的使用管理。

2.2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)的初始化主要完成兩個(gè)任務(wù):隱藏相關(guān)的控件，清空輸入和顯示字符串控件;鼠標(biāo)指向用戶名輸入欄。

2.2.2 用戶信息驗(yàn)證

用戶信息的驗(yàn)證主要由兩部分組成，首先是數(shù)據(jù)庫(kù)信息的讀取，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)只包含用戶登錄信息表。記錄集的遍歷查詢實(shí)現(xiàn)代碼如圖2所示。程序首先使用數(shù)據(jù)源動(dòng)態(tài)注冊(cè)SubVI，生成數(shù)據(jù)庫(kù)連接字符串，然后執(zhí)行SQL查詢語(yǔ)句，導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)并顯示到名稱為ReadData的表格控件中，其中NI為數(shù)據(jù)庫(kù)文件名稱，數(shù)據(jù)庫(kù)用戶名為admin，密碼為123。

圖2 數(shù)據(jù)表信息的遍歷查詢實(shí)現(xiàn)代碼Fig.2 Implementation for traversal inquiry of data sheet information

另外一部分是用戶信息的驗(yàn)證，用戶信息驗(yàn)證部分主要實(shí)現(xiàn)用戶登錄權(quán)限的查詢。以用戶名和用戶密碼為參數(shù)查詢記錄集的匹配數(shù)據(jù)，如包含此用戶且密碼正確，則進(jìn)入到權(quán)限分級(jí)模塊。該部分的實(shí)現(xiàn)代碼如圖3所示，其中外層的條件語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行的總體使能。

程序首先從讀取的數(shù)據(jù)庫(kù)信息中獲得列索引的一維數(shù)組(該數(shù)組存儲(chǔ)的是用戶名信息)，再調(diào)用搜索一維數(shù)組函數(shù)，對(duì)搜索結(jié)果進(jìn)行判斷后，進(jìn)入密碼的匹配以及用戶登錄信息的分割輸出顯示。

圖3 登錄信息的驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)代碼Fig.3 Implementation for verification of the login information

當(dāng)用戶信息驗(yàn)證完成后，對(duì)系統(tǒng)用戶的權(quán)限進(jìn)行判斷，使系統(tǒng)功能分級(jí)顯示給不同權(quán)限的用戶。其實(shí)現(xiàn)方法是在得到當(dāng)前用戶的登錄信息且密碼正確后，判斷該用戶的權(quán)限:如果是管理員，就隱藏登錄系統(tǒng)，顯示進(jìn)入系統(tǒng)、用戶管理模塊和密碼修改模塊;如果是普通用戶，就隱藏系統(tǒng)用戶的管理模塊，其余功能與管理員相同。當(dāng)用戶密碼輸入錯(cuò)誤且繼續(xù)出錯(cuò)超過(guò)3次時(shí)，就彈出提示框，并將此次登錄活動(dòng)記錄到日志文件中。

2.2.3 用戶信息修改

用戶在完成信息驗(yàn)證后，就獲得了修改自己密碼信息的權(quán)限。該過(guò)程主要包括編輯新的密碼和更新數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)應(yīng)信息。其實(shí)現(xiàn)代碼如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)表信息更新實(shí)現(xiàn)代碼Fig.4 Implementation for the data sheet information update

編輯用戶的新密碼主要采用確認(rèn)密碼的形式，防止用戶遺忘和誤輸入，并基于輸入框的事件元素V鍵，設(shè)置鍵盤按鍵的連續(xù)操作。更新數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息是修改用戶信息的最終目的，以確保用戶下一次登錄時(shí)信息有效。

2.2.4 登錄信息的更新

用戶登錄系統(tǒng)后，系統(tǒng)的相應(yīng)功能也就分級(jí)完成，這樣用戶點(diǎn)擊“進(jìn)入系統(tǒng)”就完成了整個(gè)用戶登錄與管理系統(tǒng)的使用。由于本系統(tǒng)只設(shè)計(jì)了登錄與用戶管理模塊，所以進(jìn)入系統(tǒng)事件發(fā)生后就停止了VI主界面的運(yùn)行，但用戶的登錄信息，包括登錄的時(shí)間、登錄的次數(shù)都會(huì)在下一次的登錄系統(tǒng)后顯示出來(lái)，這在工程實(shí)踐中是十分有用的。這些參數(shù)的更新是在“進(jìn)入系統(tǒng)”事件中完成的，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程與用戶信息修改類似。

2.2.5 管理模塊的設(shè)計(jì)

為有效管理軟件操作人員的數(shù)量和權(quán)限，需要修改用戶表中的數(shù)據(jù)項(xiàng)。修改可通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn):一種是直接修改數(shù)據(jù)庫(kù)，但是在沒有安裝Access的工控機(jī)上難以實(shí)現(xiàn)且操作不靈活;另一種方法是為系統(tǒng)增加用戶管理模塊，方便系統(tǒng)用戶的增刪查改。本文采用后者完成對(duì)系統(tǒng)用戶的管理。在管理過(guò)程中，設(shè)置了管理員和普通用戶身份，其中，管理員能夠進(jìn)行系統(tǒng)用戶的管理，包括添加系統(tǒng)用戶、刪除系統(tǒng)用戶和修改系統(tǒng)用戶權(quán)限與密碼。

由于增加用戶與修改用戶只在用戶名的處理上有區(qū)別，所以增加和修改用戶信息共用了編輯信息SubVI前面板。當(dāng)增加用戶事件發(fā)生時(shí)，用戶名編輯框?yàn)檩斎?當(dāng)修改用戶事件發(fā)生時(shí)(列表框的雙擊事件)，用戶名設(shè)置為輸出。通過(guò)設(shè)置編輯框?qū)傩约纯赏瓿尚薷暮吞砑咏缑娴膹?fù)用，用戶編輯完成后即可更新數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，其實(shí)現(xiàn)代碼如圖5所示，其中UserEdit和 UserAdd 為 SubVI。

圖5 系統(tǒng)新用戶添加實(shí)現(xiàn)代碼Fig.5 Implementation for adding new user into the system

單擊列表框，選中一行后，觸發(fā)列表框單擊事件;獲取該行的用戶信息后，就可將它作為參數(shù)，刪除用戶在數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄。列表框雙擊事件處理實(shí)現(xiàn)代碼如圖6所示，在事件處理框圖中完成彈出用戶編輯對(duì)話框，此時(shí)用戶名作為用戶表的主鍵是不能修改的。完成用戶信息的編輯后，就可以將編輯后的信息更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中，更新數(shù)據(jù)庫(kù)的子程序UpdateData與登錄參數(shù)的更新過(guò)程類似。

圖6 列表框雙擊事件處理實(shí)現(xiàn)代碼Fig.6 Implementation for double-click event processing of list box

2.3 SubVI與事件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中多次用到SubVI的調(diào)用和事件結(jié)構(gòu)的編寫，作者在編寫程序時(shí)也總結(jié)了一些關(guān)于兩者的用法與注意事項(xiàng)，主要包括以下3點(diǎn)。

①在設(shè)置SubVI界面運(yùn)行不彈出時(shí)，SubVI中最好不要使用循環(huán)，如果界面彈出，則需考慮循環(huán)結(jié)束條件，如本設(shè)計(jì)中的用戶驗(yàn)證信息程序、用戶登錄歷史信息更新等程序;

②事件結(jié)構(gòu)用在主控面板上容易實(shí)現(xiàn)程序與面板操作的直接交互，但是事件處理過(guò)程不適合運(yùn)行復(fù)雜的程序，如包含的SubVI中如果含有沒有處理好的循環(huán)，那么事件結(jié)構(gòu)中的處理程序無(wú)法返回到主面板中，這樣主面板上觸發(fā)的其他事件就無(wú)法工作;

③ 事件結(jié)構(gòu)中超時(shí)事件的使用［6］，事件結(jié)構(gòu)左上角的漏斗指明該事件處理程序在無(wú)其他事件的情況下，延時(shí)多長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)入“超時(shí)”事件處理分支。編程實(shí)踐中配合while循環(huán)中的移位寄存器使用，可以顯著地?cái)U(kuò)展程序功能。

3 LabVIEW調(diào)試技術(shù)

類似文本語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境，LabVIEW環(huán)境集成了豐富的調(diào)試策略［7］。下面結(jié)合本次設(shè)計(jì)過(guò)程，簡(jiǎn)單地闡述labVIEW調(diào)試技術(shù)的使用方法。

LabVIEW提供斷裂的箭頭，以指示當(dāng)前程序含有語(yǔ)法錯(cuò)誤，連線過(guò)程中實(shí)時(shí)提示錯(cuò)誤類型。同時(shí)LabVIEW設(shè)有高亮運(yùn)行模式，用戶在單步運(yùn)行程序的過(guò)程中，可以通過(guò)此種方式觀察程序運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。右擊數(shù)據(jù)線選擇Probe命令，數(shù)據(jù)通過(guò)該線段時(shí)，探針可顯示數(shù)據(jù)的值。此外，可設(shè)置程序運(yùn)行斷點(diǎn)，單步運(yùn)行程序，遇到SubVI，可以配合“跟入”、“跳出”命令出入SubVI，觀察參數(shù)傳遞過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，以完成進(jìn)一步的調(diào)試。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了測(cè)控系統(tǒng)用戶登錄和管理模塊的方案，主要涉及界面事件處理和使用 LabSQL操作MSAcess。測(cè)試結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)包含的用戶管理模塊可方便地在工控機(jī)上添加或者修改系統(tǒng)用戶，同時(shí)，由于系統(tǒng)具有高內(nèi)聚和松散耦合的特點(diǎn)，可以作為大型應(yīng)用程序的組件。文章中介紹的LabVIEW訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的方法可用來(lái)組織和管理工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中的其他數(shù)據(jù)。

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［2］吉順祥，劉旺鎖，宋曉婷.基于LabVIEW的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問技術(shù)［J］.船海工程，2007，36(3):125 －128.

［3］羅文輝.LabVIEW中的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào):信息與管理工程版，2006，28(3):13 －16.

［4］畢虎，律方成，李燕青，等.LabVIEW中訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的幾種不同方法［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2006，22(1):131 －134.

［5］陳錫輝.LabVIEW8.20程序設(shè)計(jì)從入門到精通［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2007.

［6］Conwy J，Watts S.軟件工程方法在 LabVIEW 中的應(yīng)用［M］.羅霄，周毅，譯.北京:清華大學(xué)出版社，2006.

［7］Travis J.LabVIEW 大學(xué)實(shí)用教程［M］.喬瑞萍，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2008.