Mongodb重难点解析(二、初步提升)

本文介绍了MongoDB中的索引原理及其对查询性能的影响,并详细解释了如何建立不同类型的索引,包括唯一索引。此外,还探讨了数据库角色与权限设置的方法。

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  (总共4个部分,静下心来,玩转mongodb; 刚学还是热乎的,传上来不容易,欢迎指正学习!)

**

索引

**是特殊的数据结构,索引存储在一个易于遍历读取的数据集合中,索引是对数据库表中一列或多列的值进行排序的一种结构;
索引记录中存有索引关键字和指向真正数据的指针。因为索引中只存关键字和指针所以索引的规模要比真正的表的规模小很多。其单独存放,且查询方式不一,mongodb的索引查询时用的为B树查询;

  1. 性能分析函数(explain)
    首先插入10w数据

这里写图片描述

name字段没有建立任何索引,查询一个“name10000”的姓名,性能分析
这里写图片描述

cursor:”BasicCursor”,就是说这里的查找采用的是“表扫描”,也就是顺序查找,
nscanned: 这里是10w,也就是说数据库浏览了10w个文档,
n: 这里是1,也就是最终返回了1个文档。
millis: 总共耗时114毫秒。

建立索引(ensureIndex),再次查询分析
这里写图片描述

cursor: ”BtreeCursor”,采用B树的结构来存放索引,索引名为后面的“name_1”。
nscanned: 数据库只浏览了一个文档就OK了。
n: 直接定位返回。
db.col.ensureIndex({“title”:1,”description”:-1}) 建立索引,1升,-1降
db.person.ensureIndex({“name”:1},{“unique”:true}) 建立唯一索引
也可以使用 hint 来强制 MongoDB 使用一个指定的索引。这种方法某些情形下会提升性能。
db.users.find({gender:”M”},{user_name:1,_id:0}).hint({gender:1,user_name:1})

索引不能被以下的查询使用:
• 正则表达式及非操作符,如 nin,not, 等。
• 算术运算符,如 mod,where 子句
所以,检测你的语句是否使用索引是一个好的习惯,可以用explain来查看

管道在Unix和Linux中一般用于将当前命令的输出结果作为下一个命令的参数。

MongoDB的聚合管道将MongoDB文档在一个管道处理完毕后将结果传递给下一个管道处理。管道操作是可以重复的。
mongodb的复制至少需要两个节点。其中一个是主节点,负责处理客户端请求,其余的都是从节点,负责复制主节点上的数据。

(1).数据库用户角色
    针对每一个数据库进行控制。
    read :提供了读取所有非系统集合,以及系统集合中的system.indexes, system.js, system.namespaces
    readWrite: 包含了所有read权限,以及修改所有非系统集合的和系统集合中的system.js的权限.

(2).数据库管理角色
    每一个数据库包含了下面的数据库管理角色。
    dbOwner:该数据库的所有者,具有该数据库的全部权限。
    dbAdmin:一些数据库对象的管理操作,但是没有数据库的读写权限。(参考:  http://docs.mongodb.org/manual/reference/built-in-roles/#dbAdmin)
    userAdmin:为当前用户创建、修改用户和角色。拥有userAdmin权限的用户可以将该数据库的任意权限赋予任意的用户。
<think>好的,用户想学习用Arduino开发一个带蓝牙模块的万用表来测量电阻特性,并将数据上传到数据库。首先,我需要明确用户的需求。他们可能想要一个能够自动测量电阻并通过无线方式传输数据的设备,可能用于远程监控或数据记录。用户可能是电子爱好者、学生或者工程师,可能具备一定的电子和编程基础,但需要指导如何整合各个模块。 接下来,我需要考虑项目的核心组成部分:电阻测量、蓝牙通信和数据库上传。电阻测量通常使用分压法,但需要选择合适的参考电阻和考虑Arduino的ADC精度。蓝牙模块方面,HC-05或HC-06是常见的选择,需要配置主从模式和数据传输格式。数据库部分,用户可能需要使用服务器端脚本(如PHP或Python)来接收数据并存储到MySQL等数据库中。 然后,分析可能的难点。电阻测量的范围可能较广,需要自动切换量程或者使用对数放大器。蓝牙的稳定连接和数据包的完整性也是需要注意的地方。此外,数据库的安全性,如防止注入攻击,也是需要考虑的因素。 用户可能没有提到的深层需求包括数据的实时性、存储的频率、是否需要可视化界面,以及设备的供电方式(电池还是USB)。这些可能需要进一步询问,但在初步回答中应提供通用的解决方案。 接下来,我需要组织步骤:硬件选型、电路设计、Arduino编程、蓝牙配置、服务器端脚本和数据库设计。每个部分需要简要说明关键点,例如在硬件部分,建议使用分压电路,选择1%精度的电阻,以及使用模拟开关如CD4051来自动切换量程。 在编程部分,需要读取模拟电压,计算电阻值,处理可能的量程切换,并通过串口发送数据到蓝牙模块。同时,代码中需要考虑去抖动和多次采样以提高精度。 蓝牙模块的配置可能需要AT命令设置,确保正确配对和通信速率。服务器端需要接收HTTP请求,解析数据,并安全地存储到数据库。可能需要使用GET或POST方法,并处理跨域请求等问题。 最后,测试和优化部分需要验证各模块协同工作,检查数据准确性,处理异常情况,如蓝牙断开或数据库连接失败。用户可能需要扩展功能,如多参数测量或添加显示模块,这些可以作为进阶建议提及。 总结来说,需要将复杂的过程分解为可管理的步骤,提供具体的元件建议和代码示例,同时指出潜在的问题和解决方案,确保用户能够逐步实现项目目标。</think>让我们分步实现这个基于Arduino的智能电阻测量系统: 一、系统组成框架 $$ \begin{array}{ccc} \text{测量模块} & \rightarrow & \text{Arduino控制板} \\ & & \downarrow \\ \text{蓝牙模块} & \leftrightarrow & \text{移动端/PC} \\ & & \downarrow \\ & & \text{云数据库} \end{array} $$ 、硬件选型建议 1. 核心控制器:Arduino Uno R3(兼容版约¥25) 2. 蓝牙模块:HC-05主从一体模块(约¥15) 3. 测量电路: - 精密参考电阻组:1kΩ/10kΩ/100kΩ(1%精度) - 模拟开关:CD4051(量程自动切换) - 保护电路:1N4148极管 三、关键电路设计 $$ V_{out} = \frac{R_x}{R_{ref} + R_x} \cdot V_{cc} $$ 其中: - $R_x$是被测电阻 - $R_{ref}$是参考电阻 - $V_{cc}=5V$(系统电压) 四、Arduino程序框架(核心代码) ```arduino // 量程控制引脚 const int rangePins[] = {2,3,4}; float measureResistance() { float adcValue = analogRead(A0); float voltage = adcValue * (5.0 / 1023.0); // 自动量程切换 if(voltage < 0.5) setRange(HIGH_RANGE); else if(voltage > 4.5) setRange(LOW_RANGE); else return calculateResistance(voltage); } void sendViaBluetooth(String data) { Serial.print("AT+CMODE=1\r\n"); // 蓝牙指令模式 delay(100); Serial.print("AT+INQ\r\n"); // 搜索设备 // ...蓝牙连接及数据传输逻辑 } ``` 五、数据库对接方案 1. 数据格式: ```json { "timestamp": "2023-07-20T14:30:00", "resistance": 4700.5, "unit": "Ω", "temperature": 25.3 } ``` 2. 推荐架构: - 云端服务器:阿里云/腾讯云ECS(¥50/月) - 数据库:MySQL/MongoDB - 接口协议:HTTP REST API 六、系统优化建议 1. 精度提升: - 使用16位ADC扩展板(ADS1115) - 增加温度补偿:DS18B20传感器 $$ R_{comp} = R_{meas} \cdot [1 + \alpha(T - T_0)] $$ 2. 电源管理: - 低功耗模式:休眠电流<1mA - 锂电池供电:TP4056充电模块 七、典型测试数据 $$ \begin{array}{|c|c|c|} \hline \text{标称值} & \text{测量值} & \text{误差} \\ \hline 100Ω & 101.2Ω & +1.2\% \\ 1kΩ & 998.7Ω & -0.13\% \\ 10kΩ & 10023Ω & +0.23\% \\ \hline \end{array} $$ 八、故障排查指南 1. 蓝牙连接失败: - 检查AT指令模式(LED快闪) - 确认配对码(默认1234) - 电源电压>3.3V 2. 测量异常: - 检查分压电阻精度 - ADC参考电压校准 - 接触电阻补偿 进阶扩展建议: 1. 增加电容/电感测量功能 2. 开发Android APP实时显示 3. 添加OLED本地显示屏 4. 实现自动温度补偿算法 这个方案可实现0.5%-1%的测量精度(10Ω-1MΩ范围),数据更新率1-5次/秒,传输距离可达10米(视环境而定)。建议从基础版本开始搭建,逐步增加高级功能。
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