高温材料试验实时监控系统的分布式数据库应用研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 5 4 3.38MB 59 页 15积分

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摘要

随着信息技术、网络技术的发展，那种单机操作、通过手工记录或将试验数

据保存在本地的高温材料试验系统在功能和性能上难以满足需要。为了消除高温

材料试验领域的信息孤岛以便能够从现有材料试验数据挖掘出相关材料的重要信

息，同时为了避免因重复性试验而造成的资源损耗，迫切需要建立一套集数据采

集、数据发布、数据管理等功能于一体的的高温材料试验系统。

本课题根据高温材料试验领域的国家标准并结合计算机、数据库和互联网的

优势，设计了一种B/S、C/S混合架构的高温材料试验实时监控系统，其中数据采

集模块为C/S架构，而数据发布模块为B/S架构。

设计提出了一种利用多线程主动监听串口的方法有效提高了数据采集的效率

和实时性，在利用串口采集数据的过程中通过使用CRC校验方式确保了数据的完

整性和正确性。本课题在数据发布模块中采用Ajax、Web Service等技术设计并实

现的Web数据库中间件实现了无刷新获取Web数据库端新增数据的功能，减轻了

B/S架构中实时获取数据时超负荷的服务器端响应和网络传输，并利用SOAP扩展及

消息头的方式确保了Web Service的安全性，同时为提高程序的开发效率和便于测

试，论文设计了一种基于模型、视图、呈现的MVP开发模式。而数据管理方面则

是在SQL SERVER 2005平台上设计的分布式数据库采用多级控制的方式将各个试

验点的数据保存在本地数据库中，再通过推送、请求订阅等多种方式实现数据的

整合，这样不仅能确保数据保存的实时性，同时能够满足企业对相关信息进行管

理的要求。此外，由于各个试验点的数据都进行了分级控制管理，而且不同用户

的相关信息也进行了必要的保存，这不仅有利于系统在功能方面的进一步扩展，

而且为数据挖掘提供了有力的支撑。

关键词：材料试验分布式数据库 Web 服务中间件

ABSTRACT

With the development of information and network technology,the kind of

high-temperature materials testing system which is stand-alone operatered, recorded by

hand or stored in the local is difficult to meet the need in the function and performance.

So it`s urgent to establish a set of high-temperature materials testing system that has

the functions of data collection, data dissemination, data management in order to

eliminate the information isolated island in the field of high-temperature materials

testing, to get the important information about the material from the existing data and

to avoid the resourcres loss because of the duplicated experiment.

According to the national standards of high-temperature testing field, this topic

has designed a kind of high-temperature materals testing system based on the

advantage of computer, database and internet which is mixed the B/S and C/S

construction. Especially, the the data acquisition module is the C/S construction and

the data issue module is the B/S construction.

The design which uses the technolgy of multi-thread to actively listen to the serial

port effectively improves the efficiency of data collection and real-time.And we use the

methord of Cyclical Redundancy Check (CRC) to ensure the integrity and the accuracy

of the data which is collected from the serial port. The design and realization for the

middleware of web database in the module of data issued that is depended on the the

technology of Ajax and web service achieve the function that get the new data from the

web database without refreshing.By this way, the overload for the server-side response

and network transmission when real-time accessing to data in the B/S structure is

reduced. Especially, we use the SOAP expansion and the message header to ensure the

security of web service. In addition, the paper has designed one kind of MVP

development model which is based on the model, the view and the presenter to

enhance the efficiency for the software development and the convenience for the

software testing in the B/S structure. In the aspect for data management, according to

the data management requirements of the high-temperature material testing, the

distributed database which is designed in the platform of SQL Server 2005 can

efficiently sotre the tentative data in the local database,then through the ladder control

way,the push and pull subscription for data integaration.Baseed on the front way, it not

only can ensure the timeliness of data storage,but also can meet the request of the

informantion management.Besides,because data from different testing sites is managed

through hierarchical control and some related information of different users which use

the system is preserved, the function of the system can be easily expanded in the future

and it can provide the powerful support for the data mining.

Key words: Material Testing, Distributed Database, Web Service,

Middleware

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .......................................................... 1

1.1 课题来源和意义 ................................................. 1

1.2 课题主要研究内容 ............................................... 2

1.3 本文组织结构 ................................................... 2

第二章技术支持 ...................................................... 4

2.1 概述 ........................................................... 4

2.2 分布式数据库系统简介 ........................................... 4

2.2.1 分布式数据库的基本概念 ..................................... 4

2.2.2 SQL Server 2005 ............................................ 5

2.3 开发环境 ....................................................... 5

2.3.1 ASP.NET 简介 ............................................... 6

2.3.2 C#概述 ..................................................... 6

2.4 开发模式 ....................................................... 7

2.5 Ajax 和 Web Service ............................................. 7

2.5.1 Ajax 技术 .................................................. 7

2.5.2 Web Service ................................................ 8

第三章系统分析与设计 ............................................... 10

3.1 系统功能需求 .................................................. 10

3.2 整体设计 ...................................................... 11

3.3 系统体系结构 .................................................. 12

3.4 系统的工作流程分析 ............................................ 13

3.4.1 数据采集-发布流程 ......................................... 13

3.4.2 试验申请流程 .............................................. 14

第四章数据采集模块设计与实现 ....................................... 15

4.1 数据采集模块的功能结构 ........................................ 15

4.2 Modbus 协议实现 ............................................... 16

4.3 数据采集 ...................................................... 18

4.3.1 硬件结构 .................................................. 19

4.3.2 数据采集的工作流程 ........................................ 20

4.3.3 串口通讯的实现 ............................................ 21

第五章数据发布模块设计与实现 ....................................... 25

5.1 数据发布模块的功能结构 ........................................ 25

5.2 MVP 模式应用 .................................................. 26

5.3 实时网络数据库中间件 .......................................... 27

5.3.1 中间件设计 ................................................ 27

5.3.2 基于实时网络数据库中间件的数据访问 ........................ 29

5.4 Web Service 安全控制 .......................................... 30

第六章分布式数据库设计与实现 ....................................... 34

6.1 需求分析 ...................................................... 34

6.2 数据库设计 .................................................... 35

6.2.1 E-R 图 .................................................... 35

6.2.2 详细数据表 ................................................ 36

6.2.3 视图设计 .................................................. 41

6.3 CLR 编程 ...................................................... 42

6.4 分布式数据库分片与分配 ........................................ 44

6.4.1 分片设计 .................................................. 44

6.4.2 分配方案 .................................................. 45

6.5 数据备份 ...................................................... 46

第七章性能优化 ..................................................... 48

7.1 运行环境 ...................................................... 48

7.2 项目文件管理 .................................................. 48

7.3 串口通讯优化 .................................................. 49

7.4 WEB 数据库访问优化 ............................................. 49

第八章总结与展望 ................................................... 51

8.1 总结 .......................................................... 51

8.2 展望 .......................................................... 51

参考文献 ............................................................ 53

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ...................... 55

致谢 ............................................................... 56

第一章绪论

1.1 课题来源和意义

高温材料关系着国计民生，无论是在航空、航天、核工程等高科技领域，还

是在建筑，生产、化工等与人们日常生活息息相关的领域都有着广泛的应用。我

国从主要依赖进口引进国外耐热钢和高温合金到发展自己的耐热钢、高温合金和

钛合金等高温材料[1]的过程中取得了突出成绩。但随着科技及工业化的发展，高温

材料的特性受到越来越多的重视。人们在选择各种高温材料时不仅希望对所选材

料在外观、硬度、延展性等方面的表现有一定的了解，更希望对其在不同条件下

的拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切、反向应力等反应有具体的认识。而要获得不

同条件下拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切、反向应力等相关数据，将材料进行高

温试验则是一个非常重要的方法。

由于高温材料试验是获得材料相关特性的重要方式，再加上进行高温材料试

验的材料试验机[2]等设备价格不菲，不可能使每个原材料生产厂商特别是中小型企

业对自己生产的材料都能自行进行高温材料检测。加上在高温材料的试验中，不

可能、也没有必要将材料在所有温度的条件下进行试验，一般只是将材料置于特

定的几个温度下进行试验即可。那么如何根据现有的试验数据对材料在不同温度

条件下的性能表现进行预测就非常重要了。而要进行预测的前提之一就是要能有

一定数量的试验数据。因此，对材料在各种试验条件下获得的相关数据进行及时

保存就显得举足轻重了。

在及时获取并保存高温材料试验中得到的数据后，不仅可以在现有数据的基

础上对材料在其他条件下的性能表现做出预测，而且，可以充分发挥现有数据蕴

含的优势，凭借已有的检测仪器和相关试验设备，借助互联网络为更多需要进行

高温材料检测的企业或个人提供服务。需要进行高温材料检测的企业或个人不仅

可以在相关网站上查找到已试验的相关材料的信息，而且可以通过互联网提交一

定的试验条件数据（如温度值）给试验中心，由试验中心利用自己的设备进行试

验，并及时给用户返回试验结果，这样不仅可以做到资源共享，而且可以充分利

用高温材料试验设备的价值同时有助于降低其他企业的成本。

为了满足以上客观需要并结合现有的计算机技术，提出了基于 B/S、C/S 混合

架构的高温材料试验实时监控系统的分布式数据库应用研究这一课题。由于每台

高温材料试验设备都由一台或多台计算机进行监控，为了在实时保存数据时提高

数据存储效率，每台计算机得到的数据都是先保存在本台计算机的数据库中。然

后再通过分布式数据库的相关技术将各个试验节点得到的数据及时的统一转存在

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摘要随着信息技术、网络技术的发展，那种单机操作、通过手工记录或将试验数据保存在本地的高温材料试验系统在功能和性能上难以满足需要。为了消除高温材料试验领域的信息孤岛以便能够从现有材料试验数据挖掘出相关材料的重要信息，同时为了避免因重复性试验而造成的资源损耗，迫切需要建立一套集数据采集、数据发布、数据管理等功能于一体的的高温材料试验系统。本课题根据高温材料试验领域的国家标准并结合计算机、数据库和互联网的优势，设计了一种B/S、C/S混合架构的高温材料试验实时监控系统，其中数据采集模块为C/S架构，而数据发布模块为B/S架构。设计提出了一种利用多线程主动监听串口的方法有效提高了数据采集的效率和实时性...

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