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1、基于LABVIEW的智能热量表毕业论文1绪论1.1课题来源及意义1.11智能化住宅简介 人类己经进入21世纪，现代科技的力量，打破了传统的时空界限，借助计算机网络和层出不穷的信息技术，人们足不出户可纵览全球，电子商务、远程教育、移动办公、网上聊天、以超乎想象的速度改变了人类的生产、生活方式，更深刻地影响了人类的思维模式和生存状态。社会的信息化也唤起了人们对住宅料能化的需要，智能化住宅小区就是顺应这一形势发展起来的。智能化住宅小区把先进的科学技术与现代建筑工艺紧密结合.为小区住户提供了一个安全、舒适、方便、优化的生活环境，实现了小区生活服务的高效化、节能化和环保化。楼宇自动化是体现建筑物“智能”
2、的主要部分。楼宇自动化系统(building automation system，简称BAS)全面综合了计算机、测控和通信技术，采用集散或现场总线分布式控制系统的结构及先进的管理技术，可以实现对建筑物的中央监控、安全保障及能源管理功能。BAS的实施还实现了无人抄表，住宅小区各住户的热量表能够自动计量并将数据远传至智能化物业管理中心，由管理中心统一对各表数据进行录入、计费并打印收费账单，然后将数据送到相应职能部门，大大提高了物业管理水平。1.12智能热能表及远程抄表系统的重要意义随着我国经济建设的发展，人民生活水平日益提高，区域性的集中供热，已在我国北方的大中城市得到普及。但对用户的用热量却长期
3、缺乏一个合理的计量措施，大部分地区仍按建筑面积计费。这种按面积大小包干制的收费办法，导致室温度偏高的用户，不是调节供热量来降低室温度，而是采取冬季开窗的方式来散热，导致热量的大量损失；同时使供热企业的经济效益变差，制约了集中供暖的发展，与住宅智能化的要求极不协调。在市场经济条件下，供热企业与暖气用户之间应为业主与顾客的商品买卖关系：企业按其供热(冷)量的数量和质量进行定价和收费，用户按其得到的热量的数量和质量进行议价和付费。尤其随着“房改”进展和住房私有化后，住户对采暖方式又有了自主选择的权利和自由，这些都将对传统的计费方式提出挑战。此外现在水表、煤气表、电表等大都安装在用户室，尤其是北方地区
4、防冻的需要更是这样。每月人工入户抄表收费不仅给物业管理和用户带来极大的不便，而且误差大、时效性差、统计工作量大、人为随意性大，尤其用户咨询时极不方便。不光是物业管理人员感到头痛的事，用户也感到不满意，甚至经常出现物业管理者和住户之间产生很多不必要的纠纷和矛盾,同时社会上有些不法分子利用此机会进行犯罪活动。为了有效解决入户抄表收费存在的诸多弊端和提高效率，实现户外计量和智能抄表呼声越来越高，尤其是高层、豪华居住小区，耗能表户外计量已经是必须的，传统抄表方式已经不能适应今后住宅的发展要求。建设部2000 年小康型城乡住宅科技产业工程城市示小区规划设计导则(修改稿)中己经明确提出:“大力推动应用户外
5、计量(含水、电、暖、燃气表技术)和产品的研究开发。因此，为适应市场经济体制运作的要求，同时满足住户对家居生活自动化、安全化、舒适化的要求，需要设计一种合理的、准确的计量用户的用热量的装置即智能热能表，实现无人抄表，使得住宅小区各住户的热、水、电、气等表具能够自动计量并将数据远传至物业管理中心，由管理中心统一对各表数据进行录入，然后对数据进行相应的处理，有效提高物业管理的自动化程度和水平。1.2 国外研究现状及发展水平1.2.1国外热能表现状在西方国家，热能是以商品进入市场的。欧洲热计量法规虽各有差异，但基本上每个热用户都安装热计量仪表，并按用户使用的热能收费。德国的法律最为严格完备，规定每栋楼
6、必须安装热能表，每组换热器必须安装温控阀和热计量装置。目前供暖系统的供热能计量主要有以下两种方法：（1）热分配表法热分配表法是国外若培卡彻公司研制的间接热能测量法，在双管供暖系统的每组散热器上，安装温控阀和盛有某种特定液体介质的热表，表中的液体介质因接受散热器的热能而蒸发，以整个采暖季蒸发的多少来换算出该组散热器的耗热能。需将散热器根据其热媒温度、几何形状、材质构造、连接方式、安装条件等因素分成不同的组型，并在实验室中预先确定出各组型散热器的热量换算特性系数，然后据此进行该组型散热器的耗热能计算。其优点是可直接用于现有双管供暖系统的热皿计量，但各组型散热器的特性系数常由该供热企业的实验室标定，
7、技术垄断性强，热能计量透明度低，而且又是以每组散热器为计量单元，不是以房间为单位进行计量，企业和用户都觉得不便，加上价格昂贵，在目前国情下难以推广应用。（2）热能计量法集中供热系统的热计量是通过热能表（俗称热表）来实现，实时测量供回水管道中热媒的瞬时流量及温差，得到用户在一段时间的耗用热能。由三个部分组成：流量计，用以测量流经热交换系统的热媒流量；温度传感器，测量进水和回水温度；积分仪，根据与其相连的流量计和温度传感器提供的流量和温度数据，再经过密度和热焓值的补偿及积分计算，才能得到热能值。按照工作原理，热能表可分为叶轮（机械）式、电磁式、超声波式等种类。世界法定计量组织 OIMLR75 和欧
8、共体 EN1434 标准推荐使用机械式、电磁式和超声波式三种热能表，其中机械式热表因其经济、维修方便和对工作条件的要求相对不高，在热水管网的热计量中占据主导地位。国外热能表存在的问题:1）欧洲表热能积分计算仪一律采取的是 K 系数补偿的方式， K 系数的取值在进水和回水上是不同的，一般规定要安装在回水管道上，即流量计只能测回水的流量。若用户盗用热水，热能计量结果反而减少。2）欧洲热能表采用的测温元件是 PT100 和 PT5OO，引出电缆的导线电阻在1时可能带来 1%2%的误差,因此务必严格规定许可的电缆长度。而如果采用了PT1000,相同电缆的导线电阻可能引起的误差减小到 0.1%0.2%以
9、下。采用PT1000 不仅提高了热能表的精度,而且为热能表的安装(供、回水管道相距较远时),提供了更便利的条件。3）热能表既应能测量供热系统的供热能，也应能测量供冷系统的吸热能，但现在国外市场上大多为测热表，因此需研制冷热两用表。4）热能是依据热载体的质量和进回水热焓的差值计算的，而现在所用流量计测的是体积流量，必须根据温度和压力修正才能得到载体质量，否则误差可能达到 10以上1.2.2虚拟仪器技术以及国外研究现状虚拟仪器是一个新型的概念，是计算机技术在仪器仪表领域的应用所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类，它是计算机硬件资源、仪器测控硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件之间的
10、有效结合。它以微型计算机为仪器统一的硬件平台，将测试仪器的功能和形象逼真的仪器面板、控件等形成相应的软件并以文件的形式存放于机的软件库中，同时在计算机的总线槽配以对应的可实现数据交换的模块化硬件接口卡，若是库仪器测试功能、仪器控件的软件和由接口卡输入至机的数据，在计算机系统管理器的统一指挥和协调下运行，便构成一类全新概念的仪器虚拟式仪器。这是一种功能意义上的而非物理意义上的仪器概念，其基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口和测控仪器。在这里，软件是其关键。由于虚拟式仪器的测试功能、面板控件都实现了软件化，故虚拟式仪器被认为是“软件即是仪器”，这是对仪器概念的延伸，是仪器领域中的一场革命。目
11、前机电一体化以及机械工业自动化和电子工业自动化己经成为当今世界最热门的技术发展方向之一，其进程有利地带动了诸如自动测试系统领域的发展，与传统的技术相比，虚拟仪器技术从设计开发到用户使用都具有很多优点。随着计算机和微电子技术的发展，虚拟仪器很有可能成为下一代的仪器标准。因此在机电工业的自动化进程中，应充分重视虚拟仪器技术的作用。2 虚拟仪器技术及其应用2.1虚拟仪器概述虚拟仪器 (Virtual Instrument，简称VI)，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标点击虚拟面板，就可操作这台计算机系统硬件平台
12、，就如同使用一台专用的测量仪器。虚拟仪器是一种计算机仪器系统，它利用PC机显示器(CRT)的显示功能模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用PC机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，由IO接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能。图2.1反映了常见的虚拟仪器方案。 图2.1常见的虚拟仪器方案“虚拟”二字主要包含两方面的含义:(l)虚拟仪器的面板是虚拟的。虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。如由各种开关、按键、显示器等实现仪器电源的“通”、“断”；被测信号“输入通道”、“放大倍数”等参数设置;测量结果的“数值显
13、示”、“波形显示”等。(2)虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现的。在以PC机为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程来实现仪器的测试功能，而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能，因此有在硬件平台确定后“软件就是仪器”的说法。它体现了测试技术与计算机技术深层次的结合。2.2虚拟仪器的分类虚拟仪器的分类方法可以有很多种，但随着微机的发展和采用总线方式的不同，虚拟仪器大体可分为以下六种类型。(l)PC总线一插卡型虚拟仪器。这种方式借助于插入计算机的板卡(数据采集卡、图像采集等)与专用的软件，如LabVIEW，LabWindows/CVI或通用编程工具Visual C+和 Visu
14、alBasic等相结合，可以充分地利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是该类虚拟仪器受普通PC机机箱结构和总线类型限制，并且存在电源功率不足，还有机箱部的噪声电平较高，插槽数目较少，插槽尺寸小，机箱无屏蔽等缺点。该类虚拟仪器曾有ISA总线和PCI总线两大品种，但目前ISA总线的虚拟仪器已经基本淘汰，而PCI总线的虚拟仪器广为应用，只是价格比较昂贵。(2)GPIB总线方式的虚拟仪器。GPIB也称HPIB或IEEEA88总线，最初是由HP公司开发的仪器总线。该类虚拟仪器可以说是虚拟仪器早期的开发阶段，它的出现使电子测量由独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展。典型的GPIB系统由一台P
15、C机、一块GPIB接口卡和若干台带有GPIB接口的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口卡可连接多达14台仪器，电缆长度可达40m。GPIB技术可用于计算机实现对仪器的操作和控制，代替传统的人工操作方式;可以很方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要要求对计算机高速传输状况时应用。(3)并行口式虚拟仪器。最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，把仪器硬件集成在一个数据采集盒。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量、测试仪器的功能，如可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻辑分析
16、仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪和数据采集器。(4)PXI总线方式虚拟仪器。PXI总线方式是在PCI总线核技术基础上增加了成熟的技术规和要求形成的，包括多板同步触发总线的技术，增加了用于相邻模块的高速通信的局域总线。PXI具有高度可扩展性。PXI具有8个扩展槽，通过使用PCI-PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽。对于多机箱系统，现在则可利用MXI接口进行连接，将PCI总线扩展到20Om远。而台式机PCI系统只有3- 4个扩展槽。把台式PC机的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。(5)VXI总线方式虚拟仪器。VXI总线是一种高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展。它具有稳定的电源、强有力的冷却能力。由于它的标准开放，结构紧凑，数据吞吐能力强，定时和同步准确，模块可重复利用，还有众多仪器厂家支持的优点，很快得
