Сбор данных в реальном времени

Автор: Антон Фогелар (Anton Vogelaar)

В технике часто бывает нужно делать физические данные доступными одновременно для одного или более приложений. Для упрощения программирования таких функций здесь представлен пример, иллюстрирующий, как можно это делать, с использованием СУБД Interbase/Firebird, обеспечивающей маршалинг, атомарность, изоляцию и долговечность данных. Эта статья описывает модульный подход, начиная от измерения температуры и заканчивая сохранением данных в базу. Она также будет служить документом по написанию программ для использования с DelphiDevBoard

Маршрут сигнала от датчика до хранилища данных выглядит примерно так:

Датчик температуры.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Передатчик.

Приложение, осуществляющее сбор данных.

Реляционная СУБД (система управления базами данных).

1. Датчик температуры.

В этом примере температура должна измеряться с точностью не менее 0,1 градуса Цельсия и записываться вместе с датой и временем измерения. Был выбран температурный датчик DS18B20 от Maxim, имеющий диапазон от -55 до +125 градусов Цельсия с разрешением 1/16 градуса. Он вполне удовлетворяет предъявленным требованиям.

2. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
Датчик DS18B20 имеет встроенный 12-битный АЦП.
Диапазоны цифровых данных: от 1100 1001 0000 = $FC90 = -
880 эквивалентно -55,0 градусам Цельсия) до

%0000 0000 0000 0000 = $0000 = 0 для нуля градусов и далее до %0000 0111 1101 0000 = $07D0 = 2000 (эквивалентно +125 градусам Цельсия).

То есть, значение на выходе преобразователя в 16 раз больше значения в градусах по Цельсию.

3. Передатчик.

В качестве передатчика используется плата DelphiDevBoard (см. страницу 38). Для работы передатчика используется его собственное ПО. Оно содержит следующие компоненты:

Драйвер датчика температуры. Принимает цифровые данные от датчика и преобразует их в целое число.

Сервер ввода-вывода. Это фоновое приложение срабатывает 8 раз в секунду, вызывая драйвер и записывая принятое число в переменную типа record: Var Inputs: Tinputs; место его хранения - Inputs.Temp.

M485aServer, работает в фоновом режиме и обеспечивает передачу данных по запросу через через порт RS232. Используемый открытый протокол: M485a.

4. Приложение сбора данных.

Для сбора данных используется ПК под управлением Windows и приложения на Delphi. Так как большинство современных ПК не имеют портов RS232, для подключения к передатчику используется USB-адаптер. Для облегчения взаимодействия с передатчиком DelphiDevBoard поставляется с библиотекой lib485a.dll, реализующей протокол M485a. Задачи этого приложения - получить температуру, добавить дату и время и сохранить всё это в базе данных, в качестве которой используется БД Interbase/Firebird. Этот модульный проект Delphi - dta_collector.dpr - содержит 4 слоя:

Презентационный слой.

Бизнес-слой.

Коммуникационный слой.

Сохраняющий слой.

Презентационный слой

Исходный код GUI можно прочитать в файле UGUI.pas, а на

скриншоте показано, как расположены элементы управления. Управление этим приложением осуществляется экземпляром контроллера TContr, определённом в бизнес-слое.

Контроллер создаётся в методе OnCreate главной формы (называемой GUI) и уничтожается в её методе OnDestroy.

В верхнем левом углу присутствует SpeedButton с красной/зелёной пиктограммой, обозначающей статус (включено/выключено). Обработчик события OnClick вызывает private-методы главной формы (GUI) GoOnline и GoOffLine.

Эти методы включают и выключают отображение панели, показывающей измеренные данные, и вызывают методы контроллера Start и Stop.

Этот класс также содержит public-метод Refresh, заполняющий визуальные компоненты числами, полученными из нижележащих слоёв.

(* ======= Interface ===== *)

Interface

Uses Windows , Messages , SysUtils , Variants , Classes ,

Graphics , Controls , Forms, Dialogs , StdCtrls , ExtCtrls , Buttons, ToolWin, ComCtrls , UDomain;

Type TGUI = Class (TForm)

TBar : TToolBar;

BtnGo : TSpeedButton;

PnlMain : TPanel;
LbTemp : TLabel;

LbPotm : TLabel;

ShTot : TShape;

ShTemp : TShape;

ShPotm : TShape;

Label1 : TLabel;
Label2 : TLabel;
Label3 : TLabel;
LbLog : TLabel;

Shape1 : TShape;

Procedure BtnGoClick ( Sender : TObject);

Procedure FormHide ( Sender : TObject);

Procedure FormShow ( Sender : TObject);
Private

Contr : TContr;

Procedure GoOnLine;

Procedure GoOffLine;
Public

Procedure Refresh ( STemp, SPotm, SLog : String);

End;

Var GUI : TGUI ;

(* ======= Implementation ============================= *)

Implementation

{$R *.dfm}

(* ===== Private ================================= *)

Procedure TGUI . GoOnLine; Begin

Try Contr. Start;

PnlMain. Visible := True; Except

GoOffLine; Raise End; End;

Procedure TGUI . GoOffLine;

Begin

BtnGo. Down := False;

PnlMain. Visible := False; Contr. Stop;

End;

(* ==== Public ================================= *)

Procedure TGUI . Refresh ( STemp, SPotm, SLog : String); Begin

LbTemp. Caption := STemp; LbPotm. Caption := SPotm; LbLog. Caption := SLog;

End;

(* ====== Form ================================== *)

Procedure TGUI . FormShow ( Sender : TObject); Begin

Contr := TContr. Create;

End;

Procedure TGUI . FormHide ( Sender : TObject); Begin

GoOffLine;

Contr. Free;

End;

Procedure TGUI.BtnGoClick (Sender : TObject); Begin

If BtnGo. Down Then GoOnLine Else GoOffLine; End;

(* ==== End =================================== *)

End.

Unit UDomain; Interface

Uses ExtCtrls, SysUtils , UDB;

Type TContr = Class Private

Timer : TTimer ;

DB : TDB;

NLog : Integer;

Procedure DoTimer ( Sender : TObject); Public

Constructor Create; Destructor Destroy; Override; Procedure Start; Procedure Stop;

End;

(* =========== Implementation ============== *)

Implementation

Uses UGUI ;

Type TStr80 = String [80];

(* =========== DLL procedures ============== *)

Procedure M485a_Open ( Port : Integer);

External 'lib485a.dll'; Procedure M485a_Close; External 'lib485a.dll';

Procedure M485a_ProdID (Var ProdID : TStr80);

External 'lib485a.dll';

Procedure M485a_ProdIDF (Var ProdID : TStr80);

External 'lib485a.dll';

Procedure M485a_Vars (Var MainVars : TStr80);

External 'lib485a.dll'; Procedure M485a_RdRam ( N, MAddr : Word; Var Buf);

External 'lib485a.dll'; Procedure M485a_WrRam ( N, MAddr : Word; Var Buf);

External 'lib485a.dll'; Procedure M485a_RdEe ( N, MAddr : Word; Var Buf);

External 'lib485a.dll'; Procedure M485a_WrEe ( N, MAddr : Word; Var Buf);

External 'lib485a.dll';

(* =========== Public ====================== *)

Constructor TContr. Create; Begin

Inherited;

DB := TDB. Create;

DB.Open ('192.168.0.16:/db/test.fdb');

End;

Destructor TContr. Destroy; Begin

DB. Close; FreeAndNil ( DB); Inherited;

End;

Procedure TContr. Start; Begin

M485a_Open (1);

Timer := TTimer. Create (Nil); Timer. Interval := 1000; Timer. OnTimer := DoTimer; Timer. Enabled := True;

End;

Procedure TContr. Stop; Begin

If Timer = Nil Then exit;

Timer. Enabled := False; FreeAndNil ( Timer);

M485a_Close; End;

(* =========== Timer ======================= *)

Procedure TContr. DoTimer ( Sender : TObject);

Var S : TStr80 ;

STemp, SPotm : String;

ITemp , IPotm : Integer ;

Begin

If Not Timer. Enabled Then Exit;
M485a_Vars ( S);

STemp := Copy ( S , 3, 4); SPotm := Copy ( S , 7, 4);

ITemp := StrToInt ('$' + STemp);IPotm := StrToInt ('$' + SPotm);

STemp := Format ('%.1f C', [ ITemp / 16]); SPotm := Format ('%.1f %%', [ IPotm / 10.23]);

Inc ( NLog);

GUI . Refresh ( STemp, SPotm, IntToStr ( NLog)); DB. Save ( ITemp, IPotm); End;

(* =========== End ========================= *)

End.

Бизнес- и коммуникационный слои

Функции обоих этих слоёв реализованы в модуле UDomain. Так как Windows является ОС, основанной на событиях, класс контроллера содержит экземпляр таймера, вызывающий событие OnTimer каждую секунду. Это событие присоединено к методу DoTimer. В TContr.DoTimer вызывается процедура M485a_Vars (S). Эта процедура базируется в библиотеке lib485a DLL и возвращает строковое представление записи Inputs в шестнадцатеричном формате.

Температура в 16-ричном представлении - это четыре символа, начиная с позиции 3.

Itemp := StrToInt ('$' + Copy (S, 3, 4)); возвращает температуру как целое число, поделив которое на 16, мы получим её значение в градусах Цельсия; символ '$' указывает функции StrToInt, что строка представлена в виде шестнадцатеричного числа. Это значение отправляется в GUI в виде строки, созданной с помощью Format ('%.1f C', [ITemp / 16]) при вызове метода GUI.Refresh. Также оно должно быть внесено в базу данных. Так как вся работа с базой данных осуществляется через класс TDB, достаточно вызвать метод DB.Save (ITemp). Создание и освобождение объекта DB производится при создании и уничтожении контроллера.

Сохраняющий слой

Этот слой содержит все функции, необходимые для сохранения измеренных данных в базе данных Interbase/Firebird. Используются объекты TIbDatabase, TIbTransaction и TIbSql, так как TIbSql - это простейший класс для работы с данными. Объекты эти классов создаются и уничтожаются методами TDB.Open и TDB.Close. Фактически функция сохранения реализована в методе TDB.Save и вложена в транзакцию. Unit UDB; Interface

Uses ExtCtrls, SysUtils, IbDatabase, IbSQL, Classes;
Type TDB = Class

Private

IbDb : TIbDatabase;

IbTr : TIbTransaction;

IbSQL : TIbSQL;

Public

Procedure Open (DbName : String); Procedure Close;

Procedure Save (ITemp, IPotm : Integer);

End;

(* =========== Implementation ============== *)

Implementation

(* =========== Public ====================== *)

Procedure TDB. Open ( DbName : String); Begin

IbDb := TIBDatabase. Create (Nil); IbTr := TIBTransaction. Create (Nil); IbSQL := TIBSQL. Create (Nil);

IbTr.DefaultDatabase := IbDb;

With IbDb Do

Begin

Params.Add ('user_name=SYSDBA'); Params.Add ('password=masterkey');

DatabaseName := DbName;

LoginPrompt := False;

SQLDialect := 3;

DefaultTransaction := IbTr; Open;

End;

With IbSQL Do

Begin

Database := IBDb; Transaction := IBTr;

End; End;

Procedure TDB.Close; Begin

IbDb.Close; FreeAndNil (IbSQL); FreeAndNil (IbTr);

FreeAndNil ( IbSQL); End;

Procedure TDB. Save ( ITemp, IPotm : Integer); Begin

IbTr. StartTransaction;

IbSQL.SQL.Text := Format ('insert into LOG (TEMP, POTM) values (%s, %s)',

[IntToStr (ITemp), IntToStr (IPotm)]); IbSQL. ExecQuery; IbTr. Commit;

End;

(* ============ End ======================== *)

End.

5. Реляционная система управления базами данных (СУБД).

Установка Interbase/Firebird устанавливает движок базы данных, а не саму БД, которую мы будем использовать. База данных может быть создана с помощью консольного приложения ibsql.

(примечание переводчика: эта утилита может иметь название isql.exe в некоторых дистрибутивах).

Чтобы автоматизировать этот процесс и иметь возможность восстановить базу данных при обнаружении ошибок или при установке на другом компьютере, все операторы включены в файл-скрипт create_db.sql.

Этот скрипт выполняется командой: IBSQL -q -i create_db.sql. Скрипт содержит комментарии, команды создания базы данных, создания таблиц, триггеров и генераторов для реализации автоинкрементных полей, и данные-примеры для заполнения таблицы.

SQL-скрипт

create_db.sql

Script creating a firebird database table.

Copyright by Vogelaar Electronics, Bunschoten Netherlands. Rev. 0.10 2010-09-17 Initial release Usage: # In -s / opt/firebird/bin/isql / usr/local/sbin/fbisql

#

cd //path of script/

#

fbisql -q -i create_db.sql

/*==================== connect ==================== /*

set sql dialect 3;

create database "localhost:/db/test.fdb"

user 'SYSDBA' password 'masterkey';

/* =================== tables ===================== */

create table LOG (

ID integer not null primary key,

STAMP timestamp not null,

TEMP integer ,

POTM integer,

REM varchar (20));

/* =================== generators and triggers ==== */

create generator AI_LOG; set generator AI_LOG to 0; set term л ;

create trigger TR_BILOG for LOG before insert as begin

if (NEW.ID is null) then NEW.ID = gen_id (AI_LOG, 1); if (NEW.STAMP is null) then NEW.STAMP = CURRENT_TIMESTAMP end л

set term ; л

/* =================== populate =================== */

insert into LOG values (null, null, 100, 200, 'none'); insert into LOG values (null, null, 150, 250, null);

commit; Маршалинг

В компьютерной науке, маршалинг (по аналогии с сериализацией) - это процесс преобразования представления объекта в памяти в формат данных, пригодный для сохранения или передачи). Он обычно используется, когда данные должны перемещаться между различными частями программы для ПК, либо из одной программы в другую.

Маршалинг - это процесс, используемый для связи с удаленными объектами с помощью объекта (сериализованный объект - сериализация). Онупрощает сложные связи, используя для взаимодействия пользовательские/сложные объекты вместо примитивных.

Процесс, обратный маршалингу, называется демаршалинг (напоминает десериализацию). - wiki

Атомарность

В СУБД атомарность является одним из ACID-свойств транзакции. В атомарной транзакции последовательность операций с базами данных либо целиком подтверждается, либо целиком отменяется. Гарантия атомарности предотвращает внесение в базу лишь части необходимых обновлений, что может причинить неприятности, большие, чем полный отказ от этих изменений. Этимология фразы берёт свое начало в классической греческой концепции фундаментального и неделимого элемента (см. атом). Пример атомарности - это заказ билета на самолёт, в процессе которого требуются два действия: оплата и резервирование места. Потенциальный пассажир должен либо:

оплатить и забронировать место; ИЛИ

не платить и не бронировать место.

Система бронирования не считает приемлемым для клиента оплату билета без обеспечения места, либо бронирование места без успешной оплаты. - wiki

< Предыдущая		Следующая >

DeepEdit!