基于SQLite數據庫的溫濕度實時存儲程序的設計

武寧寧，鮑玉琦

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

溫濕度是工業(yè)現場最常見的監(jiān)測參數。在許多場合，溫濕度是重要的監(jiān)測參數和故障判斷的首要依據，因此，溫濕度的實時存儲具有十分重要的實用價值。

溫濕度的實時存儲很早就受到工程師們的重視，最早的溫濕度實時存儲是通過數據的遠傳，存儲在電腦上，現場的溫濕度傳感器只是負責數據的采集，數據的實時存儲和管理完全是由上層的PC機來完成。后來，現場的傳感器不斷升級換代，逐漸具有了實時存儲的功能，但是那是的存儲器空間比較小，只能存儲十分有限的數據。

近年來，隨著存儲器和嵌入式技術的飛速發(fā)展，現在的存儲器可以存儲大量的數據，甚至有的存儲器可以保持數年的不斷存儲[1]，而且嵌入式技術可以有效的管理這部分存儲數據，從而實現數據的科學存儲和管理。

文中重點介紹了基于SQLite數據庫的溫濕度實時存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用SQLite數據庫的優(yōu)點和嵌入式系統(tǒng)的管理功能，實現了溫濕度的實時存儲和科學管理。

1 SQLite3體系結構及移植

1.1 SQLite3體系結構

SQLITE數據庫采用的是模塊化的設計，主要有內核、SQL處理器、后端和附件4部分組成[2]，其體系結構如圖1所示。

圖1 SQLITE的體系結構Fig.1 The architecture of SQLite

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

2）編譯器（SQL Compiler）。 SQL語句通過接口后進入SQL編譯器，SQL處理器主要有標志處理器、分析器和代碼生成器3個部分組成。接口程序接收字符串之后，首先將其傳給標志處理器，標志處理器的主要任務是把這些字符串分成一個個標識符，把這些標識符傳給分析器。然后分析器在收集完標識符，把它轉換成完整的SQL語句，并且調用代碼生成器來產生虛擬的機器代碼，其中這些機器代碼是按照SQL語句的要求來工作。最后代碼生成器產生的程序送給虛擬機器來運行。

3）虛擬機（VirtualMachine）。虛擬機是 SQLITE數據庫體系結構中十分核心的部分，它位于SQLITE數據庫后端的上一層，通常被稱之為虛擬數據庫引擎。它不僅會完成與數據相關的全部操作，而且還是客戶和存儲信息之間進行信息交換的中間單元。操作具體過程是用戶發(fā)出SQL語句請求，先由前端編譯器處理，生產專門的字節(jié)代碼程序，其中這些字節(jié)代碼程序可以執(zhí)行查詢、讀取和修改數據庫等操作，然后由VM解釋執(zhí)行，通常會調用B-tree模塊相關的接口，最后輸出執(zhí)行結果。

4）后端（Backend）。后端的第一層是 B-tree，SQLITE 數據庫中的每個目錄和表格都是使用一個單獨的 B-tree，并且所有的 B-tree都被儲存在同一個磁盤文件里。因此可以通過可調整的頁面緩沖獲得對數據的快速查找和存儲。

SQLITE數據庫獨特的體系結構，使得它具有更好的實時性，并且系統(tǒng)開銷小，底層控制能力很強，能夠高效的利用系統(tǒng)有限資源，可大大提高數據庫的存取速度，增強系統(tǒng)的安全性[3-8]。

1.2 SQLite3體系結構

本系統(tǒng)是將嵌入式SQLITE數據庫應用到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）解壓完成之后進入sqlite-3.5.6目錄下新建一個文件夾build。

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

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來驗證SQLITE數據庫是否移植成功。如果SQLITE數據庫成功移植，將在終端出現圖2所示的畫面。

圖2 SQLITE數據庫成功移植畫面Fig.2 The successful transplanted picture of SQLITE database

2 溫濕度實時存儲程序的設計

2.1 SQLITE常用的API函數

SQLITE數據庫提供了許多C語言的API接口，這些接口使得對數據庫的操作變得十分的方便。下面主要介紹SQLITE常用的API函數。

1）打開數據庫：

int sqlite3_open（

const char*filename， //filename是數據庫的文件名

sqlite3**db //輸出SQLITE數據庫的句柄

）；

2）運行SQL函數：

int sqlite3_exec（

sqlite3*， //打開的數據庫句柄

const char**sql， //要執(zhí)行的 SQL語句

sqlite3_callback， //回調函數

void*， //回調函數的第一個參數

char**errmsg //返回錯誤信息

）；

3）查詢數據：

int sqlite3_get_table（

sqlite3*， //打開的數據庫句柄

const char*sql， //要執(zhí)行的 SQL 語句

char***result，

int*nrow，int*ncolumn， //返回結果的行數和列數

char**errmsg //返回錯誤信息

）；

4）關閉數據庫：

int sqlite3_close（sqlite3*）；

2.2 溫濕度實時存儲程序的設計

溫濕度存儲程序主要是對采集的溫、濕度數據進行實時存儲，在存儲程序的設計過程中要考慮上層用戶的方便查看，下面將對溫濕度存儲程序設計過程中數據庫的創(chuàng)建、帶有系統(tǒng)時間的表的創(chuàng)建和SQLITE數據庫動態(tài)數據的插入3個方面進行詳細介紹。

1）創(chuàng)建數據庫。數據庫的創(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)建數據庫。

2）創(chuàng)建帶有系統(tǒng)時間的表。創(chuàng)建的表帶有時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、濕度數據只有與采集時間結合起來才有意義。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)建一個帶有當地時間、序列號、濕度、溫度4個參數的表。

3）數據庫動態(tài)數據插入。溫濕度存儲程序是實現對不斷更新變化的數據進行實時存儲，這里是通過下面的sqlite3_mprintf（）函數來實現的。

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)時間和插入動態(tài)數據的實現方式，下面將對整個程序的結構進行分析。其中圖3是溫濕度存儲程序的流程圖。

從上面的流程圖可以看出，整個程序主要包括3個部分：打開設備、打開數據庫、插入動態(tài)數據。實現這3個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）； //打開數據庫

if（result!=SQLITE_OK）

{

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

sqlite3_close（db）； //關閉數據庫

exit（1）；

}

printf（“open databases successfully ”）；

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

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

if（ret!=SQLITE_OK）

{

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

sqlite3_close（db）； //關閉數據庫

exit（1）；

}

printf （“insert into dht11 successfully ”）； //數據成功插入數據庫

sqlite3_close（db）；

sleep（10）； //延時 10 s

}

close（fd）； //關閉設備

}

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其進行編譯。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-I?/opt/build/include表示頭文件，參數-L/opt/build/lib表示編譯鏈接庫，編譯完成后，會在home目錄下生成time_sqlite3二進制文件。

3 實驗結果

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

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

從上面圖4可知，溫濕度采集數據被成功的插入的數據庫中，經過多次重復實驗，程序未出現“跑飛”現象，說明編寫的溫濕度存儲程序可以完成對采集數據的實時存儲。

4 結束語

文中首先介紹了SQLite3數據庫的體系結構，然后介紹了在嵌入式系統(tǒng)下構建SQLite數據開發(fā)平臺，最后設計了溫濕度實時存儲的程序，并進行了試驗驗證。從試驗的結果可以看出，設計的溫濕度實時存儲程序能夠滿足實時性的要求，并且能夠長時間的穩(wěn)定工作。

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