武寧寧，鮑玉琦

（1.青島理工大學(xué)臨沂校區(qū) 山東 臨沂 273400；2.江蘇科技大學(xué) 江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

溫濕度是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最常見的監(jiān)測(cè)參數(shù)。在許多場(chǎng)合，溫濕度是重要的監(jiān)測(cè)參數(shù)和故障判斷的首要依據(jù)，因此，溫濕度的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。

溫濕度的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)很早就受到工程師們的重視，最早的溫濕度實(shí)時(shí)存儲(chǔ)是通過數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳，存儲(chǔ)在電腦上，現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度傳感器只是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和管理完全是由上層的PC機(jī)來完成。后來，現(xiàn)場(chǎng)的傳感器不斷升級(jí)換代，逐漸具有了實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的功能，但是那是的存儲(chǔ)器空間比較小，只能存儲(chǔ)十分有限的數(shù)據(jù)。

近年來，隨著存儲(chǔ)器和嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在的存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，甚至有的存儲(chǔ)器可以保持?jǐn)?shù)年的不斷存儲(chǔ)[1]，而且嵌入式技術(shù)可以有效的管理這部分存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)存儲(chǔ)和管理。

文中重點(diǎn)介紹了基于SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的溫濕度實(shí)時(shí)存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)和嵌入式系統(tǒng)的管理功能，實(shí)現(xiàn)了溫濕度的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和科學(xué)管理。

1 SQLite3體系結(jié)構(gòu)及移植

1.1 SQLite3體系結(jié)構(gòu)

SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)采用的是模塊化的設(shè)計(jì)，主要有內(nèi)核、SQL處理器、后端和附件4部分組成[2]，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 SQLITE的體系結(jié)構(gòu)Fig.1 The architecture of SQLite

1）接口（Interface）。SQLite的接口是一些已經(jīng)編寫好的C庫(kù)，雖然使用不同語言的API，但在底層仍然使用C庫(kù)執(zhí)行。

2）編譯器（SQL Compiler）。 SQL語句通過接口后進(jìn)入SQL編譯器，SQL處理器主要有標(biāo)志處理器、分析器和代碼生成器3個(gè)部分組成。接口程序接收字符串之后，首先將其傳給標(biāo)志處理器，標(biāo)志處理器的主要任務(wù)是把這些字符串分成一個(gè)個(gè)標(biāo)識(shí)符，把這些標(biāo)識(shí)符傳給分析器。然后分析器在收集完標(biāo)識(shí)符，把它轉(zhuǎn)換成完整的SQL語句，并且調(diào)用代碼生成器來產(chǎn)生虛擬的機(jī)器代碼，其中這些機(jī)器代碼是按照SQL語句的要求來工作。最后代碼生成器產(chǎn)生的程序送給虛擬機(jī)器來運(yùn)行。

3）虛擬機(jī)（VirtualMachine）。虛擬機(jī)是 SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)中十分核心的部分，它位于SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)后端的上一層，通常被稱之為虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)引擎。它不僅會(huì)完成與數(shù)據(jù)相關(guān)的全部操作，而且還是客戶和存儲(chǔ)信息之間進(jìn)行信息交換的中間單元。操作具體過程是用戶發(fā)出SQL語句請(qǐng)求，先由前端編譯器處理，生產(chǎn)專門的字節(jié)代碼程序，其中這些字節(jié)代碼程序可以執(zhí)行查詢、讀取和修改數(shù)據(jù)庫(kù)等操作，然后由VM解釋執(zhí)行，通常會(huì)調(diào)用B-tree模塊相關(guān)的接口，最后輸出執(zhí)行結(jié)果。

4）后端（Backend）。后端的第一層是 B-tree，SQLITE 數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)目錄和表格都是使用一個(gè)單獨(dú)的 B-tree，并且所有的 B-tree都被儲(chǔ)存在同一個(gè)磁盤文件里。因此可以通過可調(diào)整的頁(yè)面緩沖獲得對(duì)數(shù)據(jù)的快速查找和存儲(chǔ)。

SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)獨(dú)特的體系結(jié)構(gòu)，使得它具有更好的實(shí)時(shí)性，并且系統(tǒng)開銷小，底層控制能力很強(qiáng)，能夠高效的利用系統(tǒng)有限資源，可大大提高數(shù)據(jù)庫(kù)的存取速度，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性[3-8]。

1.2 SQLite3體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)是將嵌入式SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用到S3C2440+Linux環(huán)境中，首先下載 sqlite-3.5.6.tar.gz，然后在在宿主機(jī)的交叉編譯環(huán)境下，編譯生成SQLITE的可執(zhí)行文件，最后將其下載到ARM板的相關(guān)目錄下。移植SQLITE的主要步驟如下：

1）解壓sqlite-3.5.6.tar.gz工具包，命令為 tar-zxvf sqlite-3.5.6.tar.gz。

2）解壓完成之后進(jìn)入sqlite-3.5.6目錄下新建一個(gè)文件夾build。

3）進(jìn)入build文件夾，執(zhí)行./configure--host=arm-linuxprefix=/opt/sqlite-3.5.6/build，其中host是指定進(jìn)行編譯的交叉編譯器，prefix是編譯后目標(biāo)存放的路徑。

4）執(zhí)行 make和 make install命令，在新建的 build目錄下生成 bin、lib、include、share 4 個(gè)文件夾。

5）將build/bin目錄下的文件拷貝到ARM板的/usr/bin中，將build/lib目錄下的文件拷貝到ARM板的lib文件夾下。

6）修改ARM板/usr/bin/sqlite3的權(quán)限，命令為chmod 755 sqlite3。

完成上述6步后，可以在ARM板的終端輸入：sqlite3 test.db來驗(yàn)證SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)是否移植成功。如果SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)成功移植，將在終端出現(xiàn)圖2所示的畫面。

圖2 SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)成功移植畫面Fig.2 The successful transplanted picture of SQLITE database

2 溫濕度實(shí)時(shí)存儲(chǔ)程序的設(shè)計(jì)

2.1 SQLITE常用的API函數(shù)

SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)提供了許多C語言的API接口，這些接口使得對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作變得十分的方便。下面主要介紹SQLITE常用的API函數(shù)。

1）打開數(shù)據(jù)庫(kù)：

int sqlite3_open（

const char*filename， //filename是數(shù)據(jù)庫(kù)的文件名

sqlite3**db //輸出SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)的句柄

）；

2）運(yùn)行SQL函數(shù)：

int sqlite3_exec（

sqlite3*， //打開的數(shù)據(jù)庫(kù)句柄

const char**sql， //要執(zhí)行的 SQL語句

sqlite3_callback， //回調(diào)函數(shù)

void*， //回調(diào)函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)

char**errmsg //返回錯(cuò)誤信息

）；

3）查詢數(shù)據(jù)：

int sqlite3_get_table（

sqlite3*， //打開的數(shù)據(jù)庫(kù)句柄

const char*sql， //要執(zhí)行的 SQL 語句

char***result，

int*nrow，int*ncolumn， //返回結(jié)果的行數(shù)和列數(shù)

char**errmsg //返回錯(cuò)誤信息

）；

4）關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)：

int sqlite3_close（sqlite3*）；

2.2 溫濕度實(shí)時(shí)存儲(chǔ)程序的設(shè)計(jì)

溫濕度存儲(chǔ)程序主要是對(duì)采集的溫、濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，在存儲(chǔ)程序的設(shè)計(jì)過程中要考慮上層用戶的方便查看，下面將對(duì)溫濕度存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)過程中數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建、帶有系統(tǒng)時(shí)間的表的創(chuàng)建和SQLITE數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的插入3個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1）創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建可以在程序中完成，也可以在終端上直接輸入相關(guān)的命令來完成，這里采用后一種方法，直接在終端輸入：mkdir/sbin/dht11.db命令來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)。

2）創(chuàng)建帶有系統(tǒng)時(shí)間的表。創(chuàng)建的表帶有時(shí)間信息可以方便后續(xù)的查看和管理，而且從某種程度上說，采集的溫、濕度數(shù)據(jù)只有與采集時(shí)間結(jié)合起來才有意義。同樣，創(chuàng)建表也有兩種方式，這里我們也是采用在終端輸入命令的方式來創(chuàng)建表，具體命令如下：

Create table dht11 （timestamp not null default（datetime（‘now’，‘localtime’）），ID integer，humidity integer，temperature integer）；

上述命令的功能是創(chuàng)建一個(gè)帶有當(dāng)?shù)貢r(shí)間、序列號(hào)、濕度、溫度4個(gè)參數(shù)的表。

3）數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)插入。溫濕度存儲(chǔ)程序是實(shí)現(xiàn)對(duì)不斷更新變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，這里是通過下面的sqlite3_mprintf（）函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

sqlite3_mprintf （“insert into dht11 （ID，humidity，temperature） values （‘%d’， ‘%d’， ‘%d’）”，m，result1，result2）；

上述程序語句中，m表示一個(gè)自增的變量，result1代表緩存區(qū)的濕度變量，result2代表緩存區(qū)的溫度變量。

圖3 溫濕度存儲(chǔ)程序流程圖Fig.3 Flow diagram of temperature and humidity storage program

上面介紹了溫濕度程序中建立系統(tǒng)時(shí)間和插入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方式，下面將對(duì)整個(gè)程序的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。其中圖3是溫濕度存儲(chǔ)程序的流程圖。

從上面的流程圖可以看出，整個(gè)程序主要包括3個(gè)部分：打開設(shè)備、打開數(shù)據(jù)庫(kù)、插入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)這3個(gè)部分功能的程序如下：

intmain（void）

{

int fd ，m；

m=0；

int retval；

char buf[5]；

fd=open （ “/dev/dht11”， O_RDONLY）； //以只讀方式打開設(shè)備

if（fd==-1）

{

perror（"open dht11 error "）； //打開失敗

exit（-1）；

}

printf（ “open/dev/dht11 successfully ” ） ；

while（1）

{

sleep（1）；

retval=read（fd，buf，5）；

if（retval==-1）

{

perror （ “read dht11 error” ） ；

printf（ “read dht11 error” ） ；

exit（-1）；

}

char*errmsg；

int ret，result，result1，result2，m；

m++；

result1=buf[0]；

result2=buf[2]；

sqlite3*db=NULL；

result=sqlite3_open（“/sbin/dht11.db”，&db）； //打開數(shù)據(jù)庫(kù)

if（result!=SQLITE_OK）

{

fprintf（stderr，“Could notopen database:%s ”，errmsg）；

sqlite3_close（db）； //關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)

exit（1）；

}

printf（“open databases successfully ”）；

char*value=sqlite3_mprintf （“insert into dht11 （ID，humidity，temperature）value（ ‘%d’，‘%d’，‘%d’）”，m，result1，result2）； //插入動(dòng)態(tài)溫、濕度數(shù)據(jù)

ret=sqlite3_exec（db，value，0，0，&errmsg）；

if（ret!=SQLITE_OK）

{

fprintf（stderr，"SQL error:%s "，errmsg）；

sqlite3_close（db）； //關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)

exit（1）；

}

printf （“insert into dht11 successfully ”）； //數(shù)據(jù)成功插入數(shù)據(jù)庫(kù)

sqlite3_close（db）；

sleep（10）； //延時(shí) 10 s

}

close（fd）； //關(guān)閉設(shè)備

}

將上述程序編寫完成后，保存為time_sqlite3.c，然后利用交叉編譯工具對(duì)其進(jìn)行編譯。具體命令如下：

[root@localhost home]# arm-linux-gcc -I?/opt/build/include-L/opt/build/lib-o time_sqlite3 time_sqlite3.c-lsqlite3其中參數(shù)-I?/opt/build/include表示頭文件，參數(shù)-L/opt/build/lib表示編譯鏈接庫(kù)，編譯完成后，會(huì)在home目錄下生成time_sqlite3二進(jìn)制文件。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將該文件下載到開發(fā)板的相關(guān)目錄下，并將其權(quán)限修改為可執(zhí)行文件，然后在終端輸入./time_sqlite3，將出現(xiàn)圖4所示的畫面。

圖4 溫濕度存儲(chǔ)程序執(zhí)行畫面Fig.4 Implementalpictureof temperature and humidity storage program

從上面圖4可知，溫濕度采集數(shù)據(jù)被成功的插入的數(shù)據(jù)庫(kù)中，經(jīng)過多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，程序未出現(xiàn)“跑飛”現(xiàn)象，說明編寫的溫濕度存儲(chǔ)程序可以完成對(duì)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。

4 結(jié)束語

文中首先介紹了SQLite3數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)，然后介紹了在嵌入式系統(tǒng)下構(gòu)建SQLite數(shù)據(jù)開發(fā)平臺(tái)，最后設(shè)計(jì)了溫濕度實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的程序，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。從試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，設(shè)計(jì)的溫濕度實(shí)時(shí)存儲(chǔ)程序能夠滿足實(shí)時(shí)性的要求，并且能夠長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定工作。

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