徐繼寧,，李建芯

　　(北方工業(yè)大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院,， 北京 100144)

　　摘要：針對實驗室資產(chǎn)設(shè)備品種繁多、報廢周期不一,、地址信息變更頻繁,、環(huán)境安全難保障的特點(diǎn)，提出了將輕量級數(shù)據(jù)庫SQLite嵌入在一個資產(chǎn)管理與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中,，利用Qt實現(xiàn)對管理軟件的應(yīng)用設(shè)計開發(fā),，最終實現(xiàn)了對實驗室資產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、存儲,、管理以及對實驗室溫濕度環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)測和曲線顯示,。

　　關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；SQLite ；Qt ,；資產(chǎn)管理,；環(huán)境監(jiān)測

0引言

　　隨著工程實踐教育的發(fā)展，高校的實驗室設(shè)備資產(chǎn)數(shù)量日益增大,，品種類型多樣,， 且創(chuàng)新、開放實驗室活動的開展也使得設(shè)備的流動性更強(qiáng),，工作環(huán)境日益復(fù)雜,。在新的教育形勢下，如何靈活有效地管理和利用實驗室的資產(chǎn)設(shè)備是所有實驗室管理人員面臨的問題,。

　　當(dāng)今高校實驗室的設(shè)備資產(chǎn)管理有幾個特點(diǎn)：每個品種數(shù)量不大但種類繁多,；更換、報廢物品周期不一,；重要設(shè)備需有使用記錄,；需要定期進(jìn)行資產(chǎn)清查；確定重要設(shè)備位置等,。傳統(tǒng)化的固定資產(chǎn)管理仍是當(dāng)今高校普遍采用的方式,，還是采用紙制標(biāo)簽，利用手工方式將設(shè)備相關(guān)信息分類編輯管理［1］,。這種管理方式雖然能從一定程度上對資產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)計管理,，但還存在很多固有的缺陷。因為標(biāo)簽長時間的保存容易損壞,，往往會造成信息具有不可追溯性,；固定資產(chǎn)信息無法實時追蹤記錄，變更操作繁瑣,；實驗室環(huán)境狀態(tài)缺乏預(yù)警機(jī)制,，更難以保證實驗室環(huán)境狀態(tài)的安全。 因此本文設(shè)計了一個結(jié)合RFID技術(shù)和嵌入式數(shù)據(jù)庫的新型資產(chǎn)管理與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

　　本文設(shè)計的實驗室資產(chǎn)管理與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)采集端,、核心控制器,、遠(yuǎn)程控制端和報警設(shè)備4部分。所有實驗室固定資產(chǎn)配備RFID卡片,， 用于表示和記錄設(shè)備信息,。

　　數(shù)據(jù)采集端完成兩部分任務(wù)：（1）由RFID掃描器獲取實驗室內(nèi)的設(shè)備信息；（2)通過各傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,，進(jìn)行必要的環(huán)境監(jiān)控,。數(shù)據(jù)最終都由ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶诵目刂破鞫恕Ｆ渲蠷FID芯片采用MFRC522，ZigBee芯片采用TI 公司的CC2530,。

　　控制器基于Linux操作系統(tǒng)開發(fā),，其核心芯片是三星的S3C6410?？刂破髦饕蝿?wù)是完成前端采集的數(shù)據(jù)的存儲,、顯示以及對整個系統(tǒng)的控制。接收前端采集數(shù)據(jù),，將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中并顯示在基于Qt 4開發(fā)的人機(jī)交互界面中,，利用無線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制端進(jìn)行交互。手機(jī),、Pad等移動終端設(shè)備組成了遠(yuǎn)程控制端,，它們通過無線WiFi實現(xiàn)與核心控制端通信，可以對核心控制端傳來的數(shù)據(jù)完成顯示和控制功能,。

　　為保障重要設(shè)備的安全,，本系統(tǒng)提供了防盜報警功能。由超高頻RFID掃描器對重要物品進(jìn)行掃描,，當(dāng)設(shè)備非法移出時啟動報警器,。超高頻RFID掃描器和報警器組成的報警設(shè)備通過有線方式進(jìn)行通信。

　　在該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫主要支持的功能有存儲由ZigBee協(xié)調(diào)器傳來的資產(chǎn)信息,、溫度信息和濕度信息等數(shù)據(jù),，并將數(shù)據(jù)顯示在本地嵌入式端；同時實現(xiàn)對資產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的添加,、刪除,、查詢、修改,、報廢和變更記錄等功能,，對溫濕度信息實現(xiàn)數(shù)據(jù)曲線顯示功能。

2嵌入式數(shù)據(jù)庫的選擇

　　傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通常要專門的管理以及配置,，不僅體積大,、不便移植，而且使用也復(fù)雜［2］,。而嵌入式數(shù)據(jù)庫不需要在客戶機(jī)服務(wù)器上的配置服務(wù),，它嵌入到了應(yīng)用程序進(jìn)程中。輕量級嵌入式數(shù)據(jù)庫在運(yùn)行過程中只要比較少的內(nèi)存,，速度快,，效果也更加理想。嵌入式數(shù)據(jù)庫一般也都支持SQL,，通過SQL來管理應(yīng)用程序數(shù)據(jù),，而不依靠原始的文本文件,。

　　當(dāng)前支持多平臺的輕量級嵌入式數(shù)據(jù)庫主要有Empress、BerkeleyDB,、SQLite［3］,，如表1所示。 表1常用嵌入式數(shù)據(jù)庫對比數(shù)據(jù)庫大小/KB特點(diǎn)是否支持SQLEmpress800穩(wěn)定性強(qiáng),、高速性,、多重訪問性支持BerkeleyDB300執(zhí)行速度快、調(diào)度API完成操作支持SQLite250零配置,、執(zhí)行速度快,、簡單易用的API支持

　　由表1對比可得，SQLite數(shù)據(jù)庫占內(nèi)存最小,，僅為250 KB,，同時提供簡單易用的API接口供開發(fā)者使用，因此最適合在實驗室資產(chǎn)管理與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中開發(fā)使用,。

　　對于開源的嵌入式SQLite數(shù)據(jù)庫,，它方便使用管理、維護(hù)和配置,，無需安裝,。該數(shù)據(jù)庫儲存在單一文件系統(tǒng)中，內(nèi)嵌到應(yīng)用程序中,，支持Mac OS,、Linux、Windows,、UNIX等各種操作系統(tǒng)［4］,。比起目前常見的SQL Server和Oracle數(shù)據(jù)庫來說，SQLite數(shù)據(jù)庫不需獨(dú)自運(yùn)行數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動系統(tǒng),，數(shù)據(jù)存取速度很快,，是MySQL的1~2倍；支持2 TB數(shù)據(jù)存儲量,。它具有簡潔優(yōu)化的結(jié)構(gòu),，主要由SQL編譯器、內(nèi)核,、后端3部分組成［5］,。在SQLite數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)的上部進(jìn)行編譯查詢語句，在中部執(zhí)行它,，低層處理操作系統(tǒng)的存儲和接口。所有SQL語句通過分詞器和分析器生成語法樹,，交由代碼生成器生成可以在SQLite虛擬機(jī)中執(zhí)行的程序集［3,，6］ 。SQLite憑借較小的體積、簡單的操作以及運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),，使之與復(fù)雜的商業(yè)數(shù)據(jù)引擎在開發(fā)維護(hù)方面更占優(yōu)勢,。

3SQLite在資產(chǎn)管理與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的實現(xiàn)

　　在本設(shè)計系統(tǒng)中，資產(chǎn)信息存入到SQLite數(shù)據(jù)庫,，用于支持用戶對資產(chǎn)信息的檢索,、添加、修改,、刪除,、報廢以及數(shù)據(jù)變更等功能， 同時實現(xiàn)對環(huán)境溫濕度和報警信息的存儲,，并以表格,、曲線等形式顯示。

　　3.1數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計

　　數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建了資產(chǎn)信息表,、報廢資產(chǎn)信息表,、信息變更表、溫度表,、濕度表和報警記錄表6張表,。資產(chǎn)信息表包含了每條資產(chǎn)的詳細(xì)信息，如表2所示,，它包含了資產(chǎn)編號,、資產(chǎn)名稱等14個字段。由于要對報廢的資產(chǎn)做一定時段的存檔,，還需要一張報廢表,，報廢表的字段等同于資產(chǎn)信息表。為了方便對資產(chǎn)變動信息進(jìn)行登記,，單獨(dú)建立了信息變更表,，如表3所示。對環(huán)境信息,，主要記錄時間和溫濕度值,，如表4所示。 表2資產(chǎn)信息表字段名稱數(shù)據(jù)類型約束可否為空說明資產(chǎn)編號inter主鍵NOT NULL資產(chǎn)編號資產(chǎn)名稱text無NOT NULL資產(chǎn)名稱分類號text無NOT NULL分類號

　　表3信息變更表字段名稱數(shù)據(jù)類型約束可否為空說明變更編號inter主鍵NOT NULL變更編號資產(chǎn)編號inter無NOT NULL資產(chǎn)編號使用者text無NULL使用者存放地點(diǎn)text無NULL存放地點(diǎn)歸屬單位text無NULL歸屬單位改變時間timestamp無NOT NULL改變時間

　　表4溫度表字段名稱數(shù)據(jù)類型約束可否為空說明時間idtimestamp主鍵NOT NULL時間溫度real無NOT NULL溫度值實驗室text無NOT NULL實驗室歸屬單位text無NOT NULL歸屬單位

　　3.2Qt下的數(shù)據(jù)庫的建立

　　該系統(tǒng)用Qt進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的訪問,， 采用了QtSQL模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動,，用一套獨(dú)立于平臺和數(shù)據(jù)庫的調(diào)用接口進(jìn)行通信［78］。

　　首先創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫鏈接,，也就是創(chuàng)建一個QSqlDatabase類的實例,代碼如下：

　　QSqlDatabase db= QSqlDatabase::addDatabase(“QSQLITE”);

　　db.setDatabaseName(“databasefile”);

　　鏈接好數(shù)據(jù)庫后,，要創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫表，代碼如下：

　　void ConnDlg::creatDB()

　　{QSqlQuery query;

　　query.exec(“create table asset(“//創(chuàng)建資產(chǎn)信息表

　　“assetid int primary key,，”//插入主鍵

　　“other varchar(50))”));}

　　QSqlQuery類提供了一個接口,，用于執(zhí)行SQL語句,。通過SQL語句實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)庫的查詢、添加,、刪除和修改等操作,。

　　3.3資產(chǎn)報廢的數(shù)據(jù)實現(xiàn)

　　為了提高追溯能力和管理水平，實驗室資產(chǎn)報廢后需存檔一段時間,，因此需要單獨(dú)形成一份報廢資產(chǎn)信息表,。資產(chǎn)報廢操作先要將報廢資產(chǎn)信息從資產(chǎn)信息表中復(fù)制到報廢資產(chǎn)表中，然后從資產(chǎn)信息表中刪除該信息,，如圖2所示,。主要代碼如下：

　　insert into scraptable（assetid,assetname,...）select assetid,assetname,... from assettable;//復(fù)制信息到報廢表

　　removeAssetsFromDatabase(assetid);//在資產(chǎn)信息表中刪除該資產(chǎn)信息　　

　　3.4變更記錄的實現(xiàn)

　　實驗室資產(chǎn)是實驗室成員的公共財產(chǎn)，使用過程中部分資產(chǎn)的信息變動較大,，尤其是“使用者”和“存放地點(diǎn)”這兩條信息,。為此建了一張變更信息表，專門存放每個資產(chǎn)的變更信息,， 如圖3所示,。每當(dāng)資產(chǎn)的使用者和存放地點(diǎn)變動時，可以在資產(chǎn)信息窗口中選中要變動的資產(chǎn),，直接添加變更信息到變更信息表中,。變更記錄時采用事務(wù)方式將變更信息插入到變更信息表中顯示。主要代碼如下：

　　QSqlDatabase::database().transaction ;//啟動事務(wù)

　　scrapModel->insertRecord(-1,record);

　　QSqlDatabase::database().commit();//事務(wù)結(jié)束

　　3.5環(huán)境監(jiān)測溫度曲線顯示的實現(xiàn)

　　大型貴重設(shè)備的環(huán)境監(jiān)測已經(jīng)成為實驗室不可忽略的問題,，該系統(tǒng)用無線傳感網(wǎng)絡(luò)方便地實現(xiàn)了實驗室環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測,，主要關(guān)注設(shè)備周邊的溫濕度變化。為提高可視性,，系統(tǒng)采用高性能繪圖圖表Qt C++控件QCustomPlot,，可以繪制曲線圖、趨勢圖,、柱狀圖,。圖4是對實驗室一天中每兩個小時采樣一次數(shù)據(jù)的溫度變化情況?！　?/p>

4結(jié)論

　　本文介紹了一款新型的面向高校實驗室資產(chǎn)管理和環(huán)境監(jiān)測嵌入式系統(tǒng),，文中主要就該系統(tǒng)中輕型數(shù)據(jù)庫SQLite數(shù)據(jù)庫的選型、設(shè)計和開發(fā)作了介紹,。作為一個綜合了ZigBee,、RFID、嵌入式技術(shù)的實用系統(tǒng),，SQLite與Qt的聯(lián)合開發(fā)對系統(tǒng)的性能完善和提高起到了不可替代的作用,，也表明了SQLite數(shù)據(jù)庫在嵌入式端的優(yōu)越性，對相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)有著積極的借鑒意義,。

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