基于MySQL的数据管理系统设计与实现

苟文博，于 强

（1.中国科学院国家空间科学中心 北京100190；2.中国科学院大学 北京100049）

基于MySQL的数据管理系统设计与实现

苟文博1，2，于 强1

（1.中国科学院国家空间科学中心 北京100190；2.中国科学院大学 北京100049）

为解决实践十号卫星有效载荷地面实验过程中实验数据统一管理的问题，文中设计了基于MySQL的数据管理平台。针对实验装置本身的特点提出了一种数据管理方法，采用MySQL数据库存储解析后的实验数据，实现实验装置地面实验过程的监控以及实验数据的查询统计分析，以图线和表格两种方式显示查询结果。实验结果表明，该数据管理系统能够精确解析实验数据，方便实验人员查询分析实验数据、修改解析参数。

数据管理系统；数据解析；数据库；C#

我国首颗微重力科学试验卫星实践十号卫星将搭载19个科学实验项目载荷设备进行空间科学实验，这些载荷设备主要用于在空间开展微重力科学和空间生命科学实验。为保证卫星在空间环境中科学实验任务的可行性、有效性、可靠性，需要进行一系列的地面匹配实验。为保证载荷性能能够达到预期目标，需要在地面进行大量的地基实验，根据地基的实验数据，分析实验过程、得出实验结果，为空间科学实验提供过程控制依据。

文中所实现的数据管理系统的功能是在地基实验中对实验装置进行测试、实验数据进行存储、统计和分析，实现实验过程中实验数据的实时监控、实验数据的统计分析、实验参数的修改、实验查询和结果直观显示等任务需求。在实践十号卫星载荷设备的地面匹配实验和后续的实验数据统计分析中，本数据管理系统发挥了重要的作用。

1 系统介绍

数据管理系统原理如图1所示。该数据管理系统针对7台载荷设备实验数据的管理而设计，是载荷设备地面实验的数据管理的核心系统。数据管理系统由一台运行数据管理软件的计算机实现。通过数据管理软件，计算机通过串口接收到执行系统发送的实验数据源码，并对实验数据源码进行解析处理。控制系统实现对载荷设备实验流程的控制，根据设置的时间发送控制指令至执行系统。控制系统根据通讯协议将接收到的控制指令解析成相应的控制信号，然后将控制信号转换成驱动信号发送至执行系统，执行结果由传感器反馈给计算机。

图1 数据管理系统原理图

2 功能设计

数据管理系统软件具有3大功能模块：实验数据解析、实验数据存储和实验数据统计分析，如图2所示。该系统采用Visual studio 2010作为开发平台，使用C#语言实现。Visual studio 2010的集成开发环境更为人性化，可视化的控件编程更为方便[1]。C#是微软公司开发的一种面向对象的、安全的、稳定的、并且代码简洁的高级程序设计语言，它运行于.NET Framework之上，通过使用.NET中的大量类库来进行编程[2]。

图2 数据管理系统功能模块图

2.1 实验数据解析

实验数据解析模块包括两个子功能：数据解析和解析参数管理。

1）数据解析

数据解析是将接收到的数据包中的实验数据源码，按照通讯协议解析成能够表示执行系统当前状态的实际物理值，便于实验人员理解和观察，保证数据的可读性。

数据解析内容可分为3类，分别是通讯性能、机构运行状态、模拟量采集。其中通讯性能包括RS422接口模块复位/使能、接收复位计数器、数据包发送间隔等；机构运行状态主要包括电机运行、开关控制、针阀控制等状态，例如电机运行速度、电机运行方式、PID[3-4]参数、风扇状态、LED开闭状态、CCD开闭状态等；模拟量采集包括AD976模拟量采集和DS18B20模拟量采集，可以实时反馈实验过程中电压值和温度值。

2）解析参数管理

数据包中数据源码进行解析时，需查询热电偶分度表中对应的解析参数，热电偶分度表存储于MySQL数据库中。为了便于解析参数的统一管理，该系统建立了解析参数管理的可视界面，实验人员可根据需求变化手动修改热电偶分度表中的解析参数，包括解析参数的查询、添加、修改和删除操作。

2.2 实验数据存储

实验数据存储模块包括两个子功能：实时存储和离线存储。实时存储是指将通过串口实时采集到的实验过程中实验数据源码经过解析后存储于数据库中，并添加当前解析的日期、时间信息。执行系统（FPGA）[5]以键-值的形式返回数据，每秒钟发送一个数据包，键-值对均为单字节十六进制数据。

图3 数据包接收格式

实验载荷设备进行异地调试、匹配实验时，实验数据源码以.bin和.txt文件格式存储。为了将实验数据统一管理和分析、防止实验数据丢失，数据管理系统设计还可实现离线存储，即将.bin和txt文件中实验数据原码进行解析，将解析后的数据存储于数据库中。

2.3 实验数据统计分析

实验数据存统计分析模块包括两个子功能：实验数据查询和实验数据通用统计。实验人员可选择载荷设备、实验起止的日期时间、要查询的物理量、数据查询范围和读数间隔，进行直观的实验数据查询。其中，物理量可进行多选及批量选择，由于物理量较多，且对于不同载荷相同的物理量具有不同意义，实验人员可选择自己关注的物理量进行查询。数据查询范围可实现一个或两个某物理量在一定数据范围内的查询。根据查询结果，实验人员可进行实验数据通用统计，包括统计数据最大值、最小值、平均值和方差值。

图4 交互式操作界面

3 数据库设计

本系统使用 MySQL数据库完成存储工作。MySQL数据库是一个小型关系型数据库管理系统，已被广泛应用于因特网上中小型企业[6]。它具有功能强、使用简便、管理方便、运行速度快、安全可靠性强等优点，用户可利用许多语言编写访问MySQL数据库的程序[7-8]。数据管理系统平台数据库包含热电偶分度表和七台实验载荷设备的实验数据表共八张表，分别用来存储热电偶解析参数值和7台载荷设备的实验数据。

1）热电偶分度表

热电偶分度表存储热电偶解析参数信息，包括热电偶类型、热电偶温度和热电偶微伏值。其详细设计见表1。

表1 热电偶分度表

2）载荷实验数据表

数据管理系统负责七台载荷设备实验数据的管理，每个载荷创建一张表，表名以载荷设备名命名，七张表的类型相同，都包括序号、日期、时间以及各物理量。只列出一部分字段，其详细设计见表2。

表2 载荷设备实验数据存储表

4 实验结果

数据管理系统可以表格和图线两种形式显示存储在数据库中的实验数据。在Visual Studio开发环境下，很容易使用一些标准控件来实现数据库的快速展示[9-10]。采用GridView控件显示表格数据，它的工作原理是将数据源控件中的数据信息绑定、显示在表格中或者是将存放在DataSet数据集中的数据信息绑定、显示在表格中[11]。采用TeeChart控件显示曲线。TeeChart的主类是TChart，TChart中使用了众多的属性方法和事件，这使得 TChart具有非常强大的功能[12]。实验人员可设置载荷设备、时间日期、物流量等查询条件，以表格形式显示实验数据查询结果，并且可以对数据查询结果进行通用统计分析，统计分析的结果也以表格形式显示。可以对表格数据进行修改、增加、删除、保存等操作，以及保存格式为Excel表，可自定义表名。根据实验人员需求，热电偶等物理量数据查询结果可以图线形式显示，可更加直观的观测数据参数（如电压、温度）的变化趋势。

下面以载荷设备蒸发对流箱为例，介绍本系统的实验结果。蒸发对流箱的功能是研究微重力条件下液体蒸发及对流过程。它的控制要求是：控温温度40±0.5℃。它的控温偶是热偶T1。以其蒸发台1为例，该蒸发台的实验流程为：实验开始后，将密封电机转至上限位，接着开始PID加热，加热一段时间后注液电机进行注液，注液电机完成注液，进行温控，温度保持在40℃。最后，停止温控，蒸发结束后密封电机归位。观察实验过程中液体蒸发对流情况，温控部分数据见表3。

表3 温控数据表

其中，热偶T1为蒸发台1温度反馈读数。实验过程中，蒸发台1保温区的温度最大值为40.081℃，最小值为39.985℃，方差为0.019℃，满足了精度控制要求。蒸发台1热偶T1温度的温度曲线如图5所示。

图5 蒸发台1实验过程的控温曲线

5 结束语

该数据管理系统设计采用了集成设计的思想，实现了多种载荷设备实验数据的统一管理，提高了系统通用性，并且提高了实验数据的管理效率。软件设计采用了基于Visual studio开发平台的模块化设计思想。该测试系统已应用在实践十号卫星的地面匹配实验中。实验结果表明，该系统具有数据解析处理准确、稳定可靠、人机界面友好等优点，并达到了设计要求。该系统为空间科学实验的成功提供了保障。

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Design and implementation of data management system based on MySQL

GOU Wen-bo1，2，YU Qiang1
（1.National Space Science Center，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）

In order to solve the problem of the unified management of experimental data of SJ-10 payload in the experiment on ground，the Data Management Platform based on C#is designed. According to the characteristics of the experiment facility，it puts forward a method of data management and adopts MySQL to store the data.The Data Management System can monitor the ground experiment process of experiment and realizes the query and statistics analysis of experimental data，using chart and form to show query results.Experimental results show that this Data Management System can accurately analyze the experimental data and it is convenient for experimental staff to query and analyze the experimental data and modify the analytical parameters.

data management system；data parsing；database；C#

TN02

：A

：1674－6236（2017）06-0062-04

2015-10-12稿件编号：201510058

苟文博（1990—），女，甘肃平凉人，硕士研究生。研究方向：智能检测与控制技术。