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【系統開發】《夜雨的資訊小教室》水耕自動化系統雛形(二) – 資料庫

作者：狐尾貓@キツネコ│2020-06-10 19:42:25│巴幣：56│人氣：713
大家好！我是主人呦！(??????)??


也就是狐尾貓和貓耳狐的主人！


前一陣子因為別人委託的機器人，遇到了些問題，導致我花了不少時間在上面，所以其實就沒怎麼整理《夜雨的資訊小教室》系列的資料了。


今天稍微有些時間，就整理整理，然後發上來。那就廢話不多說了，直接上文啦！(??????)??



《夜雨的資訊小教室》
水耕自動化系統雛形(二)–資料庫

嗨嗨！大家好，是我 夜雨喲～


　　資料庫，此系統使用的主要是『關聯式資料庫』，當然，除此之外還有另一種叫做『非關聯式資料庫』的資料庫，不過這裡主要針對『關聯式資料庫』進行說明。

　　所謂的『關聯式資料庫』，是指建立在關聯模型基礎上的資料庫[1]。一個資料庫軟體裡面可能會有好幾個資料庫，一個資料庫裡面通常會有好幾個資料表，一個資料表中會有好幾筆紀錄(資料)與欄位。

　　所謂的資料表是由欄位與紀錄(資料)組成的。


　　

　　舉例來說，今天我要建立一個存放動漫人物的資料表，一般人有可能會像下面這樣建立。




　　但是有些明顯重複性高的資料，在重複輸入的過程中，有可能會輸入錯誤。




　　或是在我們要將『SHOW BY ROCK!!』修改成『SB69』，那麼我們就必須要一筆一筆的修改。顯然這是沒有效率的事情。




　　而所謂的資料關聯，簡單的說，就是可以將不同資料表的資料，透過關聯的方式建立關係。因此，我們先將大量重複的資料，獨立移動到新的資料表中。






　　之後只要透過查詢語法，將擁有相同ID，但是在不同資料表中的資料，讓他們關聯起來，就可以顯示出一整張我們想要的資料表。但不同的是，我們只要修改『作品資料表』中的『作品名稱』，就可以一次修改成所有顯示出來的『SB69』作品名稱。




　　這樣根據索引鍵以及外來鍵，來繪製出資料表之間的關聯，也就是『資料模型』或是『資料關聯圖』。


附註：上面這些圖的表格，是使用EXCEL繪製的，並非真正的資料庫畫面。


　　而這樣拆分資料表的動作，一般稱之為『正規化』。『正規化』的部分，一般普遍只做到『第三正規化』，其中一個原因是做到第四第五正規化，資料表維護起來會十分複雜且困難。

　　至於『正規化』、『SQL資料庫語法』等等的部分，有興趣的人可以上網查資料。因為這部分說明起來，會花費相當多的版面，因此，未來有機會再來說。而且這部分，網路上的資料非常多，應該不難查到。

　　『關聯式資料庫』的部分，一般常見的是微軟的『Microsoft SQL Server』，以及免費開源軟體的『MySQL』。以下將以『MySQL』進行說明，雖然兩者差別不算太大，但是『MySQL』有不用錢、可靠、效能高等等的特點。

　　MySQL是一種資料庫軟體，屬於開源軟體，結構化查詢語言(SQL)是很常使用的標準化資料庫語言，MySQL是用C和C ++程式語言撰寫的。由於可靠、成本低、效能高，使之成為流行的資料庫開源軟體之一，而被廣泛應用在Internet中的各種中小型網站上。且也因為MySQL資料庫不斷成熟，逐漸有許多大規模的網站或其他軟體的應用，像是Google、Facebook、維基百科等網站。[19]

　　由於許多平臺皆可以使用，如：Windows、LINUX……等作業系統。且許多程式語言皆可以使用API進行與MySQL資料庫的連接，如：C#、JAVA、PHP……等程式語言，也因此使用上相當的方便。[20]

　　MySQL資料庫在水耕自動化系統中，不僅用來儲存感測器所測得的資料，也可以用來儲存使用者的排程、指令、帳密以及植物參數等資料。

　　在系統登入帳號時，程式會抓取帳號與密碼進行比對。以及在要進行自動監控的時候，系統也會抓取現在的環境參數，與資料庫中的植物生長參數等環境資料進行比對。在使用者要下達指令的時候，會將我們要系統進行的動作儲存到資料庫中，之後微電腦會抓取自料庫中的指令，並做出使用者要系統做出的動作。

　　除此之外，在進行自動監控的條件判斷時，所使用的判斷方法是MySQL內建的指令。因為若有非常多條件要判斷，甚至可能要執行迴圈，若是使用其他程式語言執行迴圈，不斷比對條件與判斷，可能會使得系統消耗大量資源與時間。因此使用MySQL語法進行條件判斷，會比使用程式跑回圈比對條件的效率還要高。



本系統當前的資料模型(資料關聯圖)



　　資料字典，也就是將資料表名稱、欄位名稱、資料型別、範例、索引鍵列表列出來。

　　欄位名稱有分成英文與中文，一般在系統中是使用英文的，因為若是使用中文欄位，在程式中可能會因為使用中文，而出現原因不明的BUG。

　　因此資料字典的中文欄位名稱，就是給人方便看而已，並沒有實質上的作用。

　　以下將附上系統的資料字典，當前系統雖然有進行修改，不過新版的系統架構與程式碼，未來有機會再公開。



以下開始放上系統的資料字典

資料字典（一般資料表）

使用者User資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
UserID 使用者編號 INT 1 P
UserName 使用者名稱 VARCHAR(20) 王小明
AccountID 帳戶編號 INT 1 F


帳戶Account資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
AccountID 帳戶編號 INT 1 P
Account 帳號 VARCHAR(30) abc1234
RoleID 角色編號 INT 1 F
Password 密碼 VARCHAR(20) pass1234
Memo 備註 VARCHAR(50)
IsDelete 是否刪除 TINYINT 0


角色Role資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
RoleID 角色編號 INT 1 P
RoleName 角色名稱 VARCHAR(20) 系統管理員
Memo 備註 VARCHAR(50)


權限Competence資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
CompetenceID 權限編號 INT 1 P
CompetenceName 權限名稱 VARCHAR(20) 系統管理員水耕控制
RoleID 角色編號 INT 1 F
FunctionID 功能編號 INT 1 F
OpenOrClose 開啟關閉 TINYINT 1
Memo 備註 VARCHAR(50)


功能Function資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
FunctionID 功能編號 INT 1 P
FunctionName 功能名稱 VARCHAR(20) 水耕系統控制
FunctionIntroduction 功能簡介 VARCHAR(30) 對水耕系統的控制功能
Memo 備註 VARCHAR(50)


微電腦MCU資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
MCUID 微電腦編號 INT 1 P
MCUName 微電腦名稱 VARCHAR(20) Arduino1
MCUTypeID 微電腦類型編號 INT 1 F
Memo 備註 VARCHAR(50)
IsDelete 是否刪除 TINYINT 0


微電腦腳位MCUPin資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
MCUPinID 微電腦腳位編號 INT 1 P
MCUPinName 微電腦腳位名稱 VARCHAR(20) Arduino1D1
MCUID 微電腦編號 INT 1 F
PinTypeID 腳位類型編號 INT 1 F
Memo 備注 VARCHAR(50)


微電腦類型MCUType資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
MCUTypeID 微電腦類型編號 INT 1 P
MCUTypeName 微電腦類型名稱 VARCHAR(20) Arduino
MCUSpecification 微電腦規格 VARCHAR(30) 8bit 1.6GHz
Memo 備註 VARCHAR(50)


設備廠商DeviceManufacturers資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
DeviceManufacturersID 設備廠商編號 INT 1 P
DeviceManufacturersName 設備廠商名稱 VARCHAR(20)
ManufacturersTel 電話 VARCHAR(12)
Memo 備註 VARCHAR(50)


即時監控RTSurveillance資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
RTSurveillanceID 即時監控編號 INT 1 P
RTSurveillanceName 即時監控名稱 VARCHAR(20) 抽水馬達
MCUPinID 微電腦腳位編號 INT 1 F
SurveillanceGroupID 即時監控群組編號 INT 1 F
DeviceID 設備編號 INT 1 F
SurveillanceTypeID 監控種類編號 INT 1 F
StatusTypeID 狀態類型編號 INT 1
SurveillanceStatus 監控狀態 VARCHAR(20) 1
Unit 單位 VARCHAR(14) 位元
CycleTime 循環時間(秒) INT 0
Memo 備註 VARCHAR(50)


設備店家DeviceShop資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
DeviceShopID 銷售店家編號 INT 1 P
DeviceShopName 銷售店家名稱 VARCHAR(20) 中將電子
ShopTel 電話 VARCHAR(12) (00)00000000
ShopAddress 地址 VARCHAR(50)
Memo 備註 VARCHAR(50)


設備Device資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
DeviceID 設備編號 INT 1 P
DeviceName 設備名稱 VARCHAR(20) 抽水馬達
DeviceTypeID 設備類型編號 INT 1 F
DeviceManufacturersID 設備廠商編號 INT 1 F
DeviceShopID 設備店家編號 INT 1 F
DeviceSpecification 設備規格 VARCHAR(40) 12V 600mA
Memo 備註 VARCHAR(50)


排程Schedule資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
ScheduleID 排程編號 INT 1 P
ScheduleName 排程名稱 VARCHAR(20) 植物燈開啟
ScheduleTypeID 排程類別 INT 1 F
Date 日期 DATE 2017-12-25
Week 星期 VARCHAR(13) 1,3,5
Time 時間 TIME 09:30
IsOpen 是否開啟 TINYINT(1) 1
Memo 備註 VARCHAR(50)


排程動作ScheduleAction資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
ScheduleActionID 排程動作編號 INT 1 P
ScheduleID 排程編號 INT 1 F
DeviceID 設備編號 INT 1 F
Status 狀態 VARCHAR(20) 255


自動條件AutoCondition資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
AutoConditionID 自動條件編號 INT 1 P
AutoConditionName 自動條件名稱 VARCHAR(20) 火災警報
WeightsType 權重類型 TINYINT(1) 0 or 1(一次or直到解除)
AutoCondition 自動條件 TEXT
Priority 優先權 INT 0表示不執行，其他表順序
LastStatus 上次狀態 TINYINT(1) 1(前一次條件是否符合)
Memo 備註 VARCHAR(50)


自動動作AutoAction資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
AutoActionID 自動動作編號 INT 1 P
AutoConditionID 自動條件編號 INT 1 F
DeviceID 設備編號 INT 1 F
Status 狀態 VARCHAR(20) 255


資料字典（參數設定資料表）

監控種類SurveillanceType資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
SurveillanceTypeID 即時監控種類編號 INT 1 P
SurveillanceTypeName 即時監控種類名稱 VARCHAR(20) 環境、消防、保全
Memo 備註 VARCHAR(50)


腳位類型PinType資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
PinTypeID 腳位類型編號 INT 1 P
PinTypeName 腳位類型名稱 VARCHAR(20) Input、PWM、Analog
Memo 備註 VARCHAR(50)


監控群組SurveillanceGroup資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
SurveillanceGroupID 監控群組編號 INT 1 P
SurveillanceGroupName 監控群組名稱 VARCHAR(20) 主臥室、水耕系統
Memo 備註 VARCHAR(50)


設備類型DeviceType資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
DeviceTypeID 設備類型編號 INT 1 P
DeviceTypeName 設備類型名稱 VARCHAR(20) Sensor、IR
Memo 備註 VARCHAR(50)


狀態類型StatusType資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
StatusTypeID 狀態類型編號 INT 1 P
StatusTypeName 狀態類型名稱 VARCHAR(20) OC、OO、Unit、%
Memo 備註 VARCHAR(50)


排程類型ScheduleType資料表
欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵
ScheduleTypeID 排程類型編號 INT 1 P
ScheduleTypeName 排程類型名稱 VARCHAR(20) 一次、每天、每周X、日期
Memo 備註 VARCHAR(50)



欄位名稱 中文名稱 資料型別 欄位範例 索引鍵


　　接下來這邊稍微解說一下，這些資料表的設計目的，並非單純只是存放資料而已。

　　首先，先來說最主要的功能之一，也就是即時監控。當使用者需要立刻開啟某設備，那麼使用者的指令會存入『即時監控RTSurveillance』資料表，的『監控狀態』欄位中。

　　那麼系統本身，到底該如何判斷，需要開啟哪個設備呢？所以我們就需要透過這些資料表告知系統。

　　例如：我現在要開啟植物燈，系統就必須知道，這個植物燈接在『XX微電腦』上的『OO腳位』。如此一來，我們可以直接透過手機開啟植物燈，系統就直接讓『XX微電腦』上『OO腳位』的『YY設備』通電。


　　接下來要說的是『自動條件判斷』功能的實現方法。完整的自動執行動作流程未來會在『Python自動監控程式』中提到。

　　現在只是先說，所謂的『自動條件』，也就是用來判斷條件是否符合的依據，是以SQL語法的形式，存放於『自動條件AutoCondition』資料表，的『自動條件』欄位中。

　　意思也就是說，當需要判斷條件時，我們會直接執行那個欄位中的SQL語法，執行SQL語法之後所得到的回傳數值，基本上是『0』或是『1』。如此一來，就可以將大量且複雜的判斷條件，直接由SQL資料庫來執行。這麼做的用意正如前面所提到的，可以讓速度更快節省效能。




參考資料


[2]Mysql.com，（n.d.）。Guide to Scaling Web Databases with MySQL Cluster。






文章目錄：
【系統開發】水耕自動化系統雛形(二)–資料庫
【系統開發】水耕自動化系統雛形(三)–PHP API
【系統開發】水耕自動化系統雛形(四)–NodeMCU
【系統開發】水耕自動化系統雛形(五)–Python自動監控程式
【系統開發】水耕自動化系統雛形(六)–Python排程程式
【系統開發】水耕自動化系統雛形(七)–APP即時監控
【系統開發】水耕自動化系統雛形(八)–
【系統開發】水耕自動化系統雛形(九)–





　　若是上面都看不懂的，可是依然想要實做看看，那也沒有關係！

　　後續會附上程式碼以及電路接線方法。

　　只要有辦法一一將系統環境建立起來，剩餘的部分程式碼貼上，我想應該都可以成功弄得出來的～ ?

　　後續文章將會列出系統所有的電路、接線、程式碼，不過文章更新速度可能會有些緩慢，還請有興趣的各位敬請期待。

　　若是各位有更好的建議與方法，也歡迎在留言區提出來跟大家討論喲～ ?



今天《夜雨的資訊小教室》就到這裡
大家下次見囉～ ?



據說在工程師之間流傳著一句話：
「你不解決掉BUG，BUG會解決掉你！」




羽奈：夜雨你看起來好矮......

夜雨：聽說是因為狐尾貓最近在趕繪圖作業，所以沒空畫出我的下半身。

羽奈：畫？你說甚麼？

夜雨：嘛！沒差啦。也許下次看到我就突然變高了～?




大家晚上好喵～我是狐尾貓～ (?>?<?)?

是的，正如夜雨所說......

因為最近還在趕繪圖作業，所以沒辦法更新太多圖片～ > <

這次只是簡單的把夜雨加進場景而已～ (*′?`*)



小教室系列，因為會耗掉我們非常大量的時間......

所以目前小教室系列更新非常緩慢～ (????)

未來除了《夜雨的資訊小教室》、《冬白的植物小教室》之外～

還有其他幾位活耀於《善與惡的正義》中的人物，會出來與大家分享些有趣的事物喵～～～ (???)

所以大家如果對於植物與資訊系統沒有興趣......

未來還有其他領域的分享喔～～～ (? ω ?)





感謝看到這裡的你～ (?>?<?)?
引用網址：http://www.jamesdambrosio.com/TrackBack.php?sn=4812181
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留言共 13 篇留言

楓夜喵：
我正在期待合作科普唷～加油喵

06-10 22:58

狐尾貓@キツネコ：
謝謝楓夜喵喔～ (???)
關於合作的部分就像上次私信說的那樣喔～ ?ω?
就是我們不一定有時間可以準備～06-13 21:29
樂小呈：
痾...
完全不懂[e28][e28][e28][e28]

06-10 23:00

狐尾貓@キツネコ：
謝謝樂小呈喔～ (???)
其實樂小呈平時製作的遊戲感覺也好深奧呢～ > <06-13 21:29
真川しん：
不是專業領域看了真的會頭痛[e6]

06-10 23:05

狐尾貓@キツネコ：
謝謝真川しん喔～ (???)
真的是這樣呢～ > < ((頭痛痛06-13 21:29
S彩S：
狐尾大好厲害啊><
我都看不懂QQ

06-10 23:10

狐尾貓@キツネコ：
謝謝彩S喔～ (???)
厲害的是主人喵～ (?>?<?)?06-13 21:29
芯玥兒：
滿滿的英文
眼花了呀

06-10 23:18

狐尾貓@キツネコ：
謝謝芯玥兒喔～ (???)
滿滿不孰悉的語言，看了之後腦袋脹脹的～ _(′?`」 ∠)_06-13 21:30
次元使者：
最近也在忙程式
bug多到靠北
今天de很久
發現隊友在雷
BUG解決掉我.jpg
把我變數名稱改掉code裡面沒改

06-10 23:39

狐尾貓@キツネコ：
謝謝次元使者喔～ (???)

主人：
我有時候程式BUG找了很久都找不到......

找到之後才發現好像不是甚麼困難的大問題......

可是又想想自己在上面花了那麼多時間......[e21]

BUG解決掉我.jpg06-13 21:30
闌尾：
狐尾大整理的好厲害[e39]
可惡
我看不懂(〒︿〒)

06-11 00:24

狐尾貓@キツネコ：
謝謝闌尾喔～ (???)
厲害的是主人喵～ (?>?<?)?
順帶一提，這個自動化系統是主人設計的喔～～～ (*′?`*)06-13 21:30
路邊的野貓：
資料整理辛苦狐尾貓了><
真是非常詳細呢！
資料庫太久沒用 以前學到的皮毛我也全都忘光了說（ˊ?艸?ˋ）

06-11 02:21

狐尾貓@キツネコ：
謝謝路貓喔～ (???)
辛苦的是主人喵～ (?>?<?)?
有時些知識太久沒使用，就從腦袋中消失了...... (??﹏?)06-13 21:30
雪：
資料庫的知識很有用呢 工作上因為要一直接觸資料庫
真的不解決BUG 就會被BUG解決呢
期待下一個教學[e16]

06-11 11:52

狐尾貓@キツネコ：
謝謝雪雪喔～ (???)

主人：
資料庫其實是相當方便的工具，可以儲存許多各式各樣的資料，並且透過查詢語法精準的找出當下想要的資料。

我們會盡快出下一篇教學的，感謝雪的期待！[e16]

我已經被BUG解決掉了...... \|/06-13 21:30
井爵：
太厲害了，雖然上大學的時候有接觸程式語言，但是學得霧煞煞囧rz

辛苦夜雨和狐尾貓了，有了這些專業知識，進行植物的培養應該會很順利吧?@@

06-11 13:23

狐尾貓@キツネコ：
謝謝井爵喔～ (???)
程式語言感覺真的不簡單呢～ > <
要孰悉語法熟記函數名稱......
然後還有大量的英文...... _(′?`」 ∠)_ ((暈

夜雨和主人也都辛苦了呢～ (*′?`*)
對喵～據說這是可以讓某些工作自動運行的系統呢～ (? ω ?)


夜雨：
　　嗨嗨！井爵大安安！

　　舉例來說的話，就是在資料庫的植物資料表中，存入所有植物生長所需的環境參數，溫度、濕度......之類的。

　　接下來，我們的感測器也會將測量到的溫度、濕度......存入監控的資料表中。這時，資料庫中就擁有『最適溫度』與『當前溫度』這樣兩個資料了。

　　接下來，只要透過SQL語法進行條件判斷：
　　　　如果 『當前溫度』 小於 『最適溫度』
　　　　　　則 開啟暖爐
　　　　否則如果 『當前溫度』 大於 『最適溫度』
　　　　　　則 開啟風扇
　　　　否則
　　　　　　關閉溫控裝置

　　類似這樣，如此一來植物的培養，確實會變得相當順利喲～?06-11 23:21
胡地：
看起來好像有點複雜XD
對於不是本科系的我來說有種無字天書的感覺

06-11 22:11

狐尾貓@キツネコ：
謝謝胡地喔～ (???)
對啊～感覺好複雜喵～ > <

主人：
如果胡地大大有興趣的話，也許可以從基礎了解看看。06-13 21:31
愛德莉雅.萊茵斯提爾：
夜雨好厲害。(*′ ?`)

06-13 08:09

狐尾貓@キツネコ：
謝謝愛德莉雅喔～ (???)
夜雨超超超厲害的喵～～～ (〃?〃)06-13 21:31
貓貓風 ?●ω●?：
[e19]

12-25 23:11

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