基于LABVIEW的智能熱量表畢業(yè)設(shè)計(jì)論.doc

1、摘 要本文設(shè)計(jì)了一種新型的暖氣表以及與之配套的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由戶(hù)機(jī)、采集器、PC機(jī)三部分組成：戶(hù)機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量熱水的瞬時(shí)流量及溫度，得到用戶(hù)在一段時(shí)間內(nèi)的用熱量；測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)采集器可以遠(yuǎn)傳至物業(yè)管理中心的PC機(jī)，由管理中心統(tǒng)一完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)查詢(xún)，數(shù)據(jù)打印等多項(xiàng)任務(wù)。本文包括整個(gè)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了物業(yè)管理中心的PC機(jī)管理軟件部分。軟件部分用LabVIEW，LabVIEW 是美國(guó) NI 公司實(shí)現(xiàn)虛擬器(Virtual Instrument-VI)技術(shù)的G語(yǔ)言。圖形化編程開(kāi)發(fā)平臺(tái)的特點(diǎn)是基于通用計(jì)算機(jī)等準(zhǔn)軟硬件資源平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)建靈活、層次體系明晰、功能強(qiáng)大且人機(jī)界面友好的測(cè)

2、控系統(tǒng)，此在國(guó)內(nèi)外許多測(cè)控應(yīng)用中被廣泛采用，并具有豐富的統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等功能；具有廣泛的擴(kuò)展升級(jí)空間。關(guān)鍵詞：熱量表；虛擬儀器；LabVIEW；LabSQLAbstractThis paper developed a new kind of heating table with the necessary long-distance meter reading system. The whole system consists of heat table, collector, PC three parts: heat table receive the heat of users in

3、 a period of time through real-time measuring hot water temperature and the instantaneous flow; the measurement data can be transmitted to property management center of PC through the terminal, finally the management center complete data storage, unified data query, data printing missions. This pape

4、r expounds the system hardware and software design, and emphatically introduces the property management center of PC management software. Software adopts LabVIEW, which is the United States LabVIEW Virtual device (Virtual Instrument - VI) technology G language. The characteristic of graphical progra

5、mming developed platform is based on general computer software and hardware resource platform and realizes the construction of accurate, well arranged, powerful and friendly man-machine interface system, the application is widely used in Measurement and Control field at home and abroad. And It has r

6、ich statistics, calculation, data storage function and widely extended upgrade space.Keywords: Heat meter；Virtual Instrument；LabVIEW；LabSQL目錄摘 要IAbstractII1緒論11.1課題來(lái)源及意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展水平22 虛擬儀器技術(shù)及其應(yīng)用62.1虛擬儀器概述62.2虛擬儀器的分類(lèi)72.3虛擬儀器的系統(tǒng)組成83系統(tǒng)總體規(guī)劃123.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)123.2熱量計(jì)算方法123.3 流量的測(cè)量143.4 溫度的測(cè)量174 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)204.

7、1 智能熱能表的硬件設(shè)計(jì)204.2 集中器的硬件設(shè)計(jì)235上位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)255.1 智能熱能表軟件設(shè)計(jì)255.2 采集器軟件設(shè)計(jì)286遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)306.1 通信實(shí)現(xiàn)目標(biāo)306.2通信方式的選擇307熱量表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)347.1系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)347.2各模塊介紹358設(shè)計(jì)小結(jié)47致謝48參考文獻(xiàn)491緒論1.1課題來(lái)源及意義1.11智能化住宅簡(jiǎn)介 人類(lèi)己經(jīng)進(jìn)入21世紀(jì)，現(xiàn)代科技的力量，打破了傳統(tǒng)的時(shí)空界限，借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和層出不窮的信息技術(shù)，人們足不出戶(hù)可縱覽全球，電子商務(wù)、遠(yuǎn)程教育、移動(dòng)辦公、網(wǎng)上聊天、以超乎想象的速度改變了人類(lèi)的生產(chǎn)、生活方式，更深刻地影響了人類(lèi)的思維模式

8、和生存狀態(tài)。社會(huì)的信息化也喚起了人們對(duì)住宅料能化的需要，智能化住宅小區(qū)就是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來(lái)的。智能化住宅小區(qū)把先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代建筑工藝緊密結(jié)合.為小區(qū)住戶(hù)提供了一個(gè)安全、舒適、方便、優(yōu)化的生活環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)生活服務(wù)的高效化、節(jié)能化和環(huán)?；?。樓宇自動(dòng)化是體現(xiàn)建筑物“智能”的主要部分。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(building automation system，簡(jiǎn)稱(chēng)BAS)全面綜合了計(jì)算機(jī)、測(cè)控和通信技術(shù)，采用集散或現(xiàn)場(chǎng)總線分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及先進(jìn)的管理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的中央監(jiān)控、安全保障及能源管理功能。BAS的實(shí)施還實(shí)現(xiàn)了無(wú)人抄表，住宅小區(qū)各住戶(hù)的熱量表能夠自動(dòng)計(jì)量并將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至智能化

9、物業(yè)管理中心，由管理中心統(tǒng)一對(duì)各表數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、計(jì)費(fèi)并打印收費(fèi)賬單，然后將數(shù)據(jù)送到相應(yīng)職能部門(mén)，大大提高了物業(yè)管理水平。1.12智能熱能表及遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的重要意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，人民生活水平日益提高，區(qū)域性的集中供熱，已在我國(guó)北方的大中城市得到普及。但對(duì)用戶(hù)的用熱量卻長(zhǎng)期缺乏一個(gè)合理的計(jì)量措施，大部分地區(qū)仍按建筑面積計(jì)費(fèi)。這種按面積大小包干制的收費(fèi)辦法，導(dǎo)致室內(nèi)溫度偏高的用戶(hù)，不是調(diào)節(jié)供熱量來(lái)降低室內(nèi)溫度，而是采取冬季開(kāi)窗的方式來(lái)散熱，導(dǎo)致熱量的大量損失；同時(shí)使供熱企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益變差，制約了集中供暖的發(fā)展，與住宅智能化的要求極不協(xié)調(diào)。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，供熱企業(yè)與暖氣用戶(hù)之間應(yīng)為業(yè)主與顧

10、客的商品買(mǎi)賣(mài)關(guān)系：企業(yè)按其供熱(冷)量的數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)行定價(jià)和收費(fèi)，用戶(hù)按其得到的熱量的數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)行議價(jià)和付費(fèi)。尤其隨著“房改”進(jìn)展和住房私有化后，住戶(hù)對(duì)采暖方式又有了自主選擇的權(quán)利和自由，這些都將對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)費(fèi)方式提出挑戰(zhàn)。此外現(xiàn)在水表、煤氣表、電表等大都安裝在用戶(hù)室內(nèi)，尤其是北方地區(qū)防凍的需要更是這樣。每月人工入戶(hù)抄表收費(fèi)不僅給物業(yè)管理和用戶(hù)帶來(lái)極大的不便，而且誤差大、時(shí)效性差、統(tǒng)計(jì)工作量大、人為隨意性大，尤其用戶(hù)咨詢(xún)時(shí)極不方便。不光是物業(yè)管理人員感到頭痛的事，用戶(hù)也感到不滿(mǎn)意，甚至經(jīng)常出現(xiàn)物業(yè)管理者和住戶(hù)之間產(chǎn)生很多不必要的糾紛和矛盾,同時(shí)社會(huì)上有些不法分子利用此機(jī)會(huì)進(jìn)行犯罪活動(dòng)。為了有效

11、解決入戶(hù)抄表收費(fèi)存在的諸多弊端和提高效率，實(shí)現(xiàn)戶(hù)外計(jì)量和智能抄表呼聲越來(lái)越高，尤其是高層、豪華居住小區(qū)，耗能表戶(hù)外計(jì)量已經(jīng)是必須的，傳統(tǒng)抄表方式已經(jīng)不能適應(yīng)今后住宅的發(fā)展要求。建設(shè)部2000 年小康型城鄉(xiāng)住宅科技產(chǎn)業(yè)工程城市示范小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則(修改稿)中己經(jīng)明確提出:“大力推動(dòng)應(yīng)用戶(hù)外計(jì)量(含水、電、暖、燃?xì)獗砑夹g(shù))和產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)。因此，為適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制運(yùn)作的要求，同時(shí)滿(mǎn)足住戶(hù)對(duì)家居生活自動(dòng)化、安全化、舒適化的要求，需要設(shè)計(jì)一種合理的、準(zhǔn)確的計(jì)量用戶(hù)的用熱量的裝置即智能熱能表，實(shí)現(xiàn)無(wú)人抄表，使得住宅小區(qū)各住戶(hù)的熱、水、電、氣等表具能夠自動(dòng)計(jì)量并將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至物業(yè)管理中心，由管理中心統(tǒng)一對(duì)各

12、表數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，有效提高物業(yè)管理的自動(dòng)化程度和水平。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展水平1.2.1國(guó)內(nèi)外熱能表現(xiàn)狀在西方國(guó)家，熱能是以商品進(jìn)入市場(chǎng)的。歐洲熱計(jì)量法規(guī)雖各有差異，但基本上每個(gè)熱用戶(hù)都安裝熱計(jì)量?jī)x表，并按用戶(hù)使用的熱能收費(fèi)。德國(guó)的法律最為嚴(yán)格完備，規(guī)定每棟樓必須安裝熱能表，每組換熱器必須安裝溫控閥和熱計(jì)量裝置。目前供暖系統(tǒng)的供熱能計(jì)量主要有以下兩種方法：（1）熱分配表法 熱分配表法是國(guó)外若培卡徹公司研制的間接熱能測(cè)量法，在雙管供暖系統(tǒng)的每組散熱器上，安裝溫控閥和盛有某種特定液體介質(zhì)的熱表，表中的液體介質(zhì)因接受散熱器的熱能而蒸發(fā)，以整個(gè)采暖季蒸發(fā)的多少來(lái)?yè)Q算出該

13、組散熱器的耗熱能。需將散熱器根據(jù)其熱媒溫度、幾何形狀、材質(zhì)構(gòu)造、連接方式、安裝條件等因素分成不同的組型，并在實(shí)驗(yàn)室中預(yù)先確定出各組型散熱器的熱量換算特性系數(shù)，然后據(jù)此進(jìn)行該組型散熱器的耗熱能計(jì)算。其優(yōu)點(diǎn)是可直接用于現(xiàn)有雙管供暖系統(tǒng)的熱皿計(jì)量，但各組型散熱器的特性系數(shù)常由該供熱企業(yè)的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定，技術(shù)壟斷性強(qiáng)，熱能計(jì)量透明度低，而且又是以每組散熱器為計(jì)量單元，不是以房間為單位進(jìn)行計(jì)量，企業(yè)和用戶(hù)都覺(jué)得不便，加上價(jià)格昂貴，在目前國(guó)情下難以推廣應(yīng)用。（2）熱能計(jì)量法集中供熱系統(tǒng)的熱計(jì)量是通過(guò)熱能表（俗稱(chēng)熱表）來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)測(cè)量供回水管道中熱媒的瞬時(shí)流量及溫差，得到用戶(hù)在一段時(shí)間內(nèi)的耗用熱能。由三個(gè)部分組

14、成：流量計(jì)，用以測(cè)量流經(jīng)熱交換系統(tǒng)的熱媒流量；溫度傳感器，測(cè)量進(jìn)水和回水溫度；積分儀，根據(jù)與其相連的流量計(jì)和溫度傳感器提供的流量和溫度數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)密度和熱焓值的補(bǔ)償及積分計(jì)算，才能得到熱能值。按照工作原理，熱能表可分為葉輪（機(jī)械）式、電磁式、超聲波式等種類(lèi)。世界法定計(jì)量組織 OIMLR75 和歐共體 EN1434 標(biāo)準(zhǔn)推薦使用機(jī)械式、電磁式和超聲波式三種熱能表，其中機(jī)械式熱表因其經(jīng)濟(jì)、維修方便和對(duì)工作條件的要求相對(duì)不高，在熱水管網(wǎng)的熱計(jì)量中占據(jù)主導(dǎo)地位。國(guó)內(nèi)外熱能表存在的問(wèn)題:1）歐洲表熱能積分計(jì)算儀一律采取的是 K 系數(shù)補(bǔ)償?shù)姆绞剑?K 系數(shù)的取值在進(jìn)水和回水上是不同的，一般規(guī)定要安裝在回水

15、管道上，即流量計(jì)只能測(cè)回水的流量。若用戶(hù)盜用熱水，熱能計(jì)量結(jié)果反而減少。2）歐洲熱能表采用的測(cè)溫元件是 PT100 和 PT5OO，引出電纜的導(dǎo)線電阻在1時(shí)可能帶來(lái) 1%2%的誤差,因此務(wù)必嚴(yán)格規(guī)定許可的電纜長(zhǎng)度。而如果采用了PT1000,相同電纜的導(dǎo)線電阻可能引起的誤差減小到 0.1%0.2%以下。采用PT1000 不僅提高了熱能表的精度,而且為熱能表的安裝(供、回水管道相距較遠(yuǎn)時(shí)),提供了更便利的條件。3）熱能表既應(yīng)能測(cè)量供熱系統(tǒng)的供熱能，也應(yīng)能測(cè)量供冷系統(tǒng)的吸熱能，但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上大多為測(cè)熱表，因此需研制冷熱兩用表。4）熱能是依據(jù)熱載體的質(zhì)量和進(jìn)回水熱焓的差值計(jì)算的，而現(xiàn)在所用流量計(jì)測(cè)

16、的是體積流量，必須根據(jù)溫度和壓力修正才能得到載體質(zhì)量，否則誤差可能達(dá)到 10以上1.2.2虛擬儀器技術(shù)以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀虛擬儀器是一個(gè)新型的概念，是計(jì)算機(jī)技術(shù)在儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用所形成的一種新型的、富有生命力的儀器種類(lèi)，它是計(jì)算機(jī)硬件資源、儀器測(cè)控硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過(guò)程通訊及圖形用戶(hù)界面的軟件之間的有效結(jié)合。它以微型計(jì)算機(jī)為儀器統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，將測(cè)試儀器的功能和形象逼真的儀器面板、控件等形成相應(yīng)的軟件并以文件的形式存放于機(jī)內(nèi)的軟件庫(kù)中，同時(shí)在計(jì)算機(jī)的總線槽內(nèi)配以對(duì)應(yīng)的可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的模塊化硬件接口卡，若是庫(kù)內(nèi)儀器測(cè)試功能、儀器控件的軟件和由接口卡輸入至機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理器的統(tǒng)一指揮

17、和協(xié)調(diào)下運(yùn)行，便構(gòu)成一類(lèi)全新概念的儀器虛擬式儀器。這是一種功能意義上的而非物理意義上的儀器概念，其基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口和測(cè)控儀器。在這里，軟件是其關(guān)鍵。由于虛擬式儀器的測(cè)試功能、面板控件都實(shí)現(xiàn)了軟件化，故虛擬式儀器被認(rèn)為是“軟件即是儀器”，這是對(duì)儀器概念的延伸，是儀器領(lǐng)域中的一場(chǎng)革命。目前機(jī)電一體化以及機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化和電子工業(yè)自動(dòng)化己經(jīng)成為當(dāng)今世界最熱門(mén)的技術(shù)發(fā)展方向之一，其進(jìn)程有利地帶動(dòng)了諸如自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展，與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，虛擬儀器技術(shù)從設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)到用戶(hù)使用都具有很多優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器很有可能成為下一代的儀器標(biāo)準(zhǔn)。因此在機(jī)電工業(yè)的自動(dòng)化

18、進(jìn)程中，應(yīng)充分重視虛擬儀器技術(shù)的作用。2 虛擬儀器技術(shù)及其應(yīng)用2.1虛擬儀器概述虛擬儀器 (Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱(chēng)VI)，就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶(hù)設(shè)計(jì)定義、具有虛擬面板、測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊虛擬面板，就可操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件平臺(tái)，就如同使用一臺(tái)專(zhuān)用的測(cè)量?jī)x器。虛擬儀器是一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)，它利用PC機(jī)顯示器(CRT)的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果，利用PC機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析、處理，由IO接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，從而完成各種測(cè)試功能。圖2.1反映了常見(jiàn)

19、的虛擬儀器方案。 圖2.1 常見(jiàn)的虛擬儀器方案“虛擬”二字主要包含兩方面的含義:(l)虛擬儀器的面板是虛擬的。虛擬儀器面板上的各種“控件”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是相同的。如由各種開(kāi)關(guān)、按鍵、顯示器等實(shí)現(xiàn)儀器電源的“通”、“斷”；被測(cè)信號(hào)“輸入通道”、“放大倍數(shù)”等參數(shù)設(shè)置;測(cè)量結(jié)果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等。(2)虛擬儀器測(cè)量功能是由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在以PC機(jī)為核心組成的硬件平臺(tái)支持下，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)試功能，而且可以通過(guò)不同測(cè)試功能的軟件模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試功能，因此有在硬件平臺(tái)確定后“軟件就是儀器”的說(shuō)法。它體現(xiàn)了測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次的結(jié)合。2

20、.2虛擬儀器的分類(lèi)虛擬儀器的分類(lèi)方法可以有很多種，但隨著微機(jī)的發(fā)展和采用總線方式的不同，虛擬儀器大體可分為以下六種類(lèi)型。(l)PC總線一插卡型虛擬儀器。這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的板卡(數(shù)據(jù)采集卡、圖像采集等)與專(zhuān)用的軟件，如LabVIEW，LabWindows/CVI或通用編程工具Visual C+和 Visual Basic等相結(jié)合，可以充分地利用計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源及軟件的便利。但是該類(lèi)虛擬儀器受普通PC機(jī)機(jī)箱結(jié)構(gòu)和總線類(lèi)型限制，并且存在電源功率不足，還有機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目較少，插槽尺寸小，機(jī)箱內(nèi)無(wú)屏蔽等缺點(diǎn)。該類(lèi)虛擬儀器曾有ISA總線和PCI總線兩大品種，但目前ISA

21、總線的虛擬儀器已經(jīng)基本淘汰，而PCI總線的虛擬儀器廣為應(yīng)用，只是價(jià)格比較昂貴。(2)GPIB總線方式的虛擬儀器。GPIB也稱(chēng)HPIB或IEEEA88總線，最初是由HP公司開(kāi)發(fā)的儀器總線。該類(lèi)虛擬儀器可以說(shuō)是虛擬儀器早期的開(kāi)發(fā)階段，它的出現(xiàn)使電子測(cè)量由獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展。典型的GPIB系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)、一塊GPIB接口卡和若干臺(tái)帶有GPIB接口的儀器通過(guò)GPIB電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊GPIB接口卡可連接多達(dá)14臺(tái)儀器，電纜長(zhǎng)度可達(dá)40m。GPIB技術(shù)可用于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作方式;可以很方便地把多臺(tái)儀器組合起來(lái)，形成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。GP

22、IB測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單，主要應(yīng)用于臺(tái)式儀器，適合于精確度要求高的，但不要要求對(duì)計(jì)算機(jī)高速傳輸狀況時(shí)應(yīng)用。(3)并行口式虛擬儀器。最新發(fā)展的一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置，把儀器硬件集成在一個(gè)數(shù)據(jù)采集盒內(nèi)。儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上，通常可以完成各種測(cè)量、測(cè)試儀器的功能，如可以組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計(jì)、數(shù)字萬(wàn)用表、功率計(jì)、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀和數(shù)據(jù)采集器。(4)PXI總線方式虛擬儀器。PXI總線方式是在PCI總線內(nèi)核技術(shù)基礎(chǔ)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，包括多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)，增加了用于相鄰模塊的高速通信的局域總線。PXI具有高度可擴(kuò)

23、展性。PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽，通過(guò)使用PCI-PCI橋接器，可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽。對(duì)于多機(jī)箱系統(tǒng)，現(xiàn)在則可利用MXI接口進(jìn)行連接，將PCI總線擴(kuò)展到20Om遠(yuǎn)。而臺(tái)式機(jī)PCI系統(tǒng)只有3- 4個(gè)擴(kuò)展槽。把臺(tái)式PC機(jī)的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，將形成未來(lái)的虛擬儀器平臺(tái)。(5)VXI總線方式虛擬儀器。VXI總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線VME總線在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展。它具有穩(wěn)定的電源、強(qiáng)有力的冷卻能力。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放，結(jié)構(gòu)緊湊，數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)，定時(shí)和同步準(zhǔn)確，模塊可重復(fù)利用，還有眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來(lái)越方便，尤其是

24、組建大、中規(guī)模自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合，并有其他儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。然而，組建VXI總線要求有機(jī)箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價(jià)比較高。(6)用于筆記本電腦的基于PCMCIA總線的虛擬儀器系統(tǒng)和基于USB的方便插拔的虛擬儀器系統(tǒng)。另外，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器系統(tǒng)的發(fā)展也很迅猛。2.3虛擬儀器的系統(tǒng)組成2.3.1虛擬儀器硬件系統(tǒng)組成虛擬儀器系統(tǒng)是一種由計(jì)算機(jī)操作控制的模塊化儀器系統(tǒng)，主要由通用儀器硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。構(gòu)成虛擬儀器的硬件平臺(tái)有兩部分:圖2.2 虛擬儀器的硬件構(gòu)成方式 (l)計(jì)算機(jī)一般為一臺(tái)PC機(jī)或者工作站，這是硬件平臺(tái)的核心。(2)I/O接口設(shè)備I/O接口

25、設(shè)備主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、AD轉(zhuǎn)換。不同的總線有其相應(yīng)的IO接口硬件設(shè)備，如利用PC機(jī)總線的數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)，GPIB總線儀器、VXI總線儀器、串行總線儀器等。由圖2.2可知，無(wú)論哪種VI系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到PC機(jī)或工作站等各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的。因此，VI的發(fā)展己經(jīng)完全跟上計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展步伐，同時(shí)也顯示出VI的靈活性與強(qiáng)大的生命力。1)PC-DAQ系統(tǒng):以數(shù)據(jù)采集板、信號(hào)調(diào)理電路和計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。采用計(jì)算機(jī)本身的總線PCI或ISA，故將數(shù)據(jù)采集卡/板(DAQ)插入計(jì)算機(jī)空槽中即可。2)GPIB系統(tǒng):以GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算

26、機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。3)VXI系統(tǒng):以VXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。4)PXI系統(tǒng):以PXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。5)串口系統(tǒng):以Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。無(wú)論上述哪種VI系統(tǒng)，都是通過(guò)應(yīng)用軟件將儀器硬件與通用計(jì)算機(jī)相結(jié)合。其中，PC- DAQ測(cè)量系統(tǒng)是構(gòu)成VI的最基本的方式，也是最廉價(jià)的方式。2.3.2虛擬儀器軟件系統(tǒng)組成虛擬儀器軟件由兩大部分構(gòu)成，如圖2.3所示。(l)應(yīng)用程序。它包含兩個(gè)方面的程序:圖2.3 虛擬儀器軟件構(gòu)成1)實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的前

27、面板軟件程序。2)定義儀器測(cè)試功能的流程圖軟件程序。(2)I/O接口儀器驅(qū)動(dòng)程序。這類(lèi)程序用來(lái)完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動(dòng)與通信。 NI的虛擬儀器的開(kāi)發(fā)平臺(tái)助LabVIEW作為目前國(guó)際上唯一的編譯性圖形化編程語(yǔ)言，把復(fù)雜的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化為用菜單或圖表提示的方法選擇功能，并用線條把各種功能連接起來(lái)的圖形編程方式。LabVIEW中編寫(xiě)的源代碼接近程序流程圖。除了具備其他語(yǔ)言所提供的常規(guī)函數(shù)外，LabVIEW中還集成了大量的生成圖形界面的模板以及多種硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能(包括RS232，GPIB，VXI，數(shù)據(jù)采集板卡)，另外還提供了幾十家儀器廠商的源碼級(jí)儀器驅(qū)動(dòng)程序，為用戶(hù)開(kāi)發(fā)儀器控制系統(tǒng)時(shí)節(jié)省大量的

28、編程時(shí)間。將LabVIEW編程環(huán)境應(yīng)用于儀器儀表測(cè)試領(lǐng)域有它的優(yōu)越性:1)LabVIEW具有友好的用戶(hù)界面:由于測(cè)試人員需要通過(guò)不同的按鈕及控制方式來(lái)進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)還需要通過(guò)不同的曲線和顏色來(lái)顯示經(jīng)過(guò)科學(xué)計(jì)算及分析出的測(cè)試結(jié)果，因而通過(guò)這種圖形化的編程方式可以更直觀有效的完成測(cè)試任務(wù)。2)LabVIEW不僅是一種圖形化的編程語(yǔ)言，更是一種圖形編程環(huán)境。LabVIEW具有和常規(guī)編程語(yǔ)言等價(jià)的語(yǔ)言能力，包含了基本的數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)庫(kù)等要素。同時(shí)還提供了兩種運(yùn)行狀態(tài)，即編輯狀態(tài)(Edit)和運(yùn)行狀態(tài)(Run)，給出了多種調(diào)試方法，如數(shù)據(jù)流動(dòng)態(tài)顯示等，從而將系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境有

29、機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)。 3)LabVIEW擁有豐富的儀器驅(qū)動(dòng)庫(kù)及統(tǒng)計(jì)分析庫(kù)，因而特別適合儀器儀表測(cè)試領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集及分析。4)LabVIEW具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能。這些軟件開(kāi)發(fā)工具為用戶(hù)設(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)用軟件提供了最大限度的方便條件與良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。綜合這些開(kāi)發(fā)平臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)，本課題采用的是NI公司的圖形化虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW8.2。3系統(tǒng)總體規(guī)劃3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)由物業(yè)管理中心PC 機(jī)及管理軟件、采集器和用戶(hù)熱能表等組成，其中物業(yè)管理中心PC 機(jī)通過(guò) RS-485/RS-232 轉(zhuǎn)換接口與各采集器通信，完成對(duì)采集器送來(lái)的各用戶(hù)熱能表數(shù)據(jù)的加工處理、報(bào)表生成，對(duì)采集器中的儀表數(shù)據(jù)

30、進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、召喚和用戶(hù)管理；采集器為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，接收用戶(hù)熱能表送來(lái)的數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)信息，并負(fù)責(zé) PC 機(jī)和各用戶(hù)熱能表之間信息的傳遞；熱能表進(jìn)行各種消耗能源的計(jì)量與顯示，采集器實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和采集。 采集器由單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。采集器定時(shí)或?qū)崟r(shí)巡檢各戶(hù)機(jī)，接收各表具送來(lái)的數(shù)據(jù)信息和工作信息。采集器利用RS-485串行接口完成與 PC 機(jī)通信或與下位機(jī)的各表具通信的功能。智能熱能表(或采集器)安裝于每個(gè)用戶(hù)家中，包括流量傳感器、溫度傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)等部分，其原理框圖見(jiàn)第四章。流量傳感器用以檢測(cè)熱媒的流量，兩只溫度傳感器分別測(cè)量供暖裝置的進(jìn)水溫度和回水溫度。三個(gè)信號(hào)在單片機(jī)中進(jìn)行處理和積算

31、后得到用戶(hù)的耗用熱能。3.2熱量計(jì)算方法當(dāng)熱媒以一定溫度從進(jìn)水管流入一個(gè)熱交換器（散熱片、換熱器等），用戶(hù)在通過(guò)熱交換而獲取熱量的同時(shí)，熱媒便以較低(高)的溫度從回水管流出。在一定的時(shí)間內(nèi)，用戶(hù)所獲得的熱量可以下列方程計(jì)算出： (3.1) 式中：Q-熱交換的熱量； K熱水比重、熱焓修正系數(shù)；T進(jìn)、回水溫度差； V流過(guò)供熱系統(tǒng)的熱水流量。引入修正系數(shù) K 是因?yàn)檫M(jìn)水（或回水）溫度不同，即使在進(jìn)回水溫差相同的條件下，從流進(jìn)系統(tǒng)等量熱水中獲得的熱量也是不同的，此外相同體積的比重是隨水溫變化的。由式(3.1)可知,交換熱量大小主要由流量 V 和溫差T 確定。由于供暖系統(tǒng)的負(fù)荷是季節(jié)性的,其大小隨室外溫

32、度的變化而變化。同時(shí),為了保證供暖質(zhì)量,防止水壓失調(diào),又要求供暖系統(tǒng)分階段改變流量調(diào)節(jié)運(yùn)行。因此,系統(tǒng)中熱交換的熱量的兩個(gè)參數(shù) V 和T 都是變量,其大小應(yīng)由積分計(jì)算得到,即 (3.2)實(shí)際測(cè)量時(shí),假設(shè)測(cè)量的時(shí)間間隔 dt 很小,則水溫變化也很小,可近似認(rèn)為溫差T 為一定值,因此積分計(jì)算可由累加和求得： (3.3) (3.4)第 i 次測(cè)量的瞬時(shí)流量； 第 i 次測(cè)量的瞬時(shí)溫差第 i 次測(cè)量的瞬時(shí)用熱量； Qn 次測(cè)量所得的累積用熱量實(shí)際測(cè)量時(shí)，可以定時(shí)間間隔 dt 進(jìn)行測(cè)量，也可以定瞬時(shí)流量進(jìn)行測(cè)量，第二種方法具體來(lái)講就是當(dāng)流量測(cè)量?jī)x計(jì)量到一定量的水量流過(guò)時(shí)就對(duì)進(jìn)、回水管道中的水溫之差進(jìn)行一

33、次測(cè)量，按式(3.4)計(jì)算出 ，并對(duì)累計(jì)用熱量進(jìn)行一次累加計(jì)算，一定的水量可由程序設(shè)定。顯然，定流量測(cè)量方法比定時(shí)間間隔測(cè)量更為簡(jiǎn)便，而且在水流量大時(shí)測(cè)量間隔較短，水流量小時(shí)測(cè)量間隔長(zhǎng)，可保證熱量計(jì)量精確。因此，本系統(tǒng)采用定流量的方法進(jìn)行測(cè)量。3.3 流量的測(cè)量3.3.1 流量的概念單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)流動(dòng)的流體中任意一橫截面的流體數(shù)量，稱(chēng)為“瞬時(shí)流量”，用 q 表示；在一定的時(shí)間間隔內(nèi)流過(guò)該截面的流體總量，稱(chēng)為“累積總量”，用Q 表示。兩者之間的關(guān)系是： (3.5)根據(jù)計(jì)算流體數(shù)量的辦法或單位不同，可分為質(zhì)量流量(表示為 ，單位為 Kg/h)和體積流量(表示為 ，單位為 )。兩者之間的關(guān)系是： (

34、3.6)為流體的密度，隨流體的溫度、壓力而變化的。與之相對(duì)應(yīng)，累積總量Q 也可分為累積總質(zhì)量 (單位為 Kg)及累積總體積 (單位為) 。質(zhì)量流量不受溫度或密度等流體諸條件的影響，但由于不容易測(cè)定，所以一般是先測(cè)定體積流量，必要時(shí)加以密度修正，然后求質(zhì)量流量。流量測(cè)定大致可分為兩大類(lèi)，即直接測(cè)定流量的方式和先求流速再通過(guò)流速乘以橫截面積來(lái)求流量等方式。由于流量測(cè)量?jī)x表比溫度、壓力儀表受介質(zhì)特性的影響要突出的多，流體的粘度、腐蝕性、導(dǎo)電性的不同都對(duì)流量測(cè)量?jī)x表有不同的要求，因此，要根據(jù)科研和生產(chǎn)的具休目的，合理選用原理和儀器。3.3.2 流量傳感器的分類(lèi)按照測(cè)量的方法可分為速度式、容積式和質(zhì)量式

35、流量傳感器。(1)速度式傳感器以測(cè)量流體在管道內(nèi)的速度作為測(cè)量依據(jù)，有差壓式、轉(zhuǎn)子式、機(jī)械式、電磁式、靶式、超聲波式和渦街式流量傳感器等。(2)容積式傳感器以單位時(shí)間內(nèi)所排出流體的固定容積的數(shù)量作為測(cè)量依據(jù)，有橢圓齒輪式、活塞式、腰輪和刮板式流量傳感器等。(3)質(zhì)量式傳感器是一種以測(cè)量流過(guò)的質(zhì)量為依據(jù)，有慣性力式質(zhì)量流量傳感器和補(bǔ)償式質(zhì)量流量傳感器。3.3.3流量傳感器的選擇集中供熱供冷計(jì)費(fèi)中常用的流量傳感器主要有電磁及超聲波流量傳感器、機(jī)械式流量傳感器和壓差式流量傳感器幾大類(lèi)。（1）、超聲波流量傳感器超聲波流量傳感器是非接觸式測(cè)量流量的傳感器。利用超聲波在流體中的傳播特性來(lái)測(cè)量流體的流速和流

36、量，通常測(cè)量超聲波在順流與逆流中的傳播速度差。它沒(méi)有插入被測(cè)流體管道的部件，故沒(méi)有壓頭損失；傳感器不與流體接觸，對(duì)腐蝕性很強(qiáng)的流體也同樣可準(zhǔn)確測(cè)量。傳感器可在管外壁安裝，故安裝和檢修時(shí)對(duì)流體流動(dòng)和管道都無(wú)影響。其缺點(diǎn)為造價(jià)太貴。（2）、電磁流量傳感器電磁流量傳感器是測(cè)量導(dǎo)電性流體流量的傳感器。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定理，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)并切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，電磁流量傳感器正是基于這個(gè)原理工作的。傳感器無(wú)阻流元件，阻力損失極微，流場(chǎng)影響小，精確度高，可以測(cè)量含有固體顆?；蚶w維的液體、腐蝕性及非腐蝕性液體。（3）、差壓式流量傳感器差壓式(也稱(chēng)節(jié)流式)流量傳感器利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生

37、的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。它是工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)量流量最成熟、最常用的傳感器。（4）機(jī)械式流量傳感器：從葉輪形式可以分成以下五種流量計(jì)： 1)單束旋翼式 2)多束旋翼式 3)垂直螺翼式 4)水平螺翼式 5)渦輪式超聲波流量傳感器的測(cè)量精度高，使用壽命長(zhǎng)，雖然價(jià)格較貴，但將來(lái)應(yīng)有一定的前途。四種傳感器中，機(jī)械式流量傳感器因其價(jià)格便宜、維修方便和對(duì)工作條件的要求相對(duì)不高，使得現(xiàn)在世界上 80%以上的集中供熱供冷計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的流量計(jì)量裝置采用的是機(jī)械式流量傳感器。其具有以下的優(yōu)點(diǎn)：1)壓損小，量程比大：由于其他原理的傳感器需要較高的啟動(dòng)流速，安裝時(shí)需要大幅度地縮徑，造成很大的壓損。由于機(jī)械式流量傳感器的啟動(dòng)流

38、速小，故量程比(Qmax：Qmin)可達(dá) 40：1 甚至 480：1。2)測(cè)量精度高，抗干擾性好：超聲波和電磁式流量傳感器的測(cè)量精度受水質(zhì)和管道形狀的影響很大。當(dāng)管網(wǎng)中有微小的焊渣和其它顆粒時(shí)，管道中的超聲波和電磁信號(hào)會(huì)被嚴(yán)重?cái)_亂。管道振動(dòng)和周?chē)姶挪◤?qiáng)度對(duì)非機(jī)械式流量傳感器的正常工作都有影響，而機(jī)械式流量傳感器有良好的適應(yīng)性和測(cè)量精度。3)安裝維修方便：機(jī)械式傳感器安裝時(shí)，直管段要求較低，可以選擇水平或垂直位置安裝。當(dāng)傳感器發(fā)生故障，維修十分方便。4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)批量大，價(jià)格比其它原理的流量傳感器低廉得多。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，智能熱能表需要測(cè)量瞬時(shí)流量，若流量測(cè)量?jī)x的輸出是與流量成正比的頻率信號(hào)，

39、就可以通過(guò)計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)單的得到累計(jì)值。由于流量測(cè)量?jī)x需安裝在每個(gè)暖氣用戶(hù)家中的供暖管道上，要考慮到成本及工藝等問(wèn)題。鑒于以上原因，系統(tǒng)選用的是機(jī)械式流量傳感器。具體型號(hào)為可遠(yuǎn)傳脈沖水表：當(dāng)流體沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪的轉(zhuǎn)速與瞬時(shí)流量成正比，一段時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速與該時(shí)間段內(nèi)的累積總流量成正比。水表全部材料均采用高強(qiáng)度，耐腐蝕，耐高溫，耐磨損材料，能長(zhǎng)久承受高溫高壓。量程大，計(jì)量準(zhǔn)確，靈敏度高，低啟動(dòng)水流性能，低壓頭損失，可靠耐用，調(diào)整維修簡(jiǎn)易方便。同時(shí)可配裝遠(yuǎn)距離傳輸用水量信號(hào)裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)量，其參數(shù)為：工作水溫不大于 900；公稱(chēng)壓力；1.6 Mpa；可在潮濕環(huán)境中使用；遠(yuǎn)傳信號(hào)為開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)，每流過(guò)2

40、.5 升或 25 升(任選)發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)；脈沖信號(hào)高電平15ms，低電平多 15ms。3.4 溫度的測(cè)量3.4.1 溫度傳感器的分類(lèi)在不同的測(cè)溫范圍和不同的使用場(chǎng)合，有下列幾種測(cè)量原理和方法。(1)利用液體或固體熱脹冷縮的特性，以液體的體積變化或固體的變形來(lái)測(cè)量溫度，如玻璃管液體溫度傳感器和雙金屬溫度傳感器等。(2)利用液體或氣體在定容下熱脹冷縮后的壓力變化或液體的飽和蒸氣壓力隨溫度變化的特性，如充液、充氣和充蒸氣的壓力表式溫度傳感器。(3)利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體熱電效應(yīng)的特性測(cè)量溫度，如熱電偶溫度傳感器。(4)利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨溫度而變化的特性來(lái)測(cè)量溫度，如熱電阻溫度傳感器和熱敏電阻溫度

41、傳感器。(5)利用晶體二極管或三極管 P-N 結(jié)電壓隨溫度變化的特性測(cè)量溫度。如P-N 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器(半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器)等。(6)利用物體熱輻射強(qiáng)度隨溫度而變化的特性來(lái)測(cè)量溫度，如光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、全輻射式高溫計(jì)和紅外線高溫計(jì)等。3.4.2溫度傳感器的選擇集中供熱供冷計(jì)費(fèi)中常用熱電阻式、熱敏電阻式和集成溫度傳感器等幾大類(lèi)溫度傳感器，它們各有其獨(dú)自的特點(diǎn)。(1)熱敏電阻溫度傳感器是以金屬導(dǎo)體制成的熱電阻作為感溫元件。其電阻隨溫度變化而變化，通過(guò)測(cè)量其電阻得到與其對(duì)應(yīng)的介質(zhì)的溫度值。根據(jù)溫度系數(shù)分為兩類(lèi)：電阻系數(shù)為正的 PTC 熱敏電阻和系數(shù)為負(fù)的 NTC 熱敏電阻。

42、其靈敏度高、體積小、熱慣性小、價(jià)格低、但非線形嚴(yán)重、穩(wěn)定性較差、有老化現(xiàn)象、參數(shù)一致性較差，一般用于溫度補(bǔ)償，或用于精度不高的溫度測(cè)量。(2)集成溫度傳感器是半導(dǎo)體集成電路，利用晶體管的 b-e 結(jié)壓降的不飽和值V 與熱力學(xué)溫度 T 和通過(guò)發(fā)射極電流 I 的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)。 （3.7）式中 K 為玻爾茲常數(shù)，q 為電子電荷絕對(duì)值。其線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)為對(duì)量程和時(shí)間的穩(wěn)定性較差，無(wú)法滿(mǎn)足長(zhǎng)期溫度測(cè)量的精度要求。 (3)熱電阻式溫度傳感器也是電阻式溫度傳感器。其具有較高的測(cè)量精度和靈敏度，便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送，適宜于低、中溫的測(cè)量。綜上所述，熱電阻式

43、傳感器能較好地用于本系統(tǒng)。在熱電阻式溫度傳感器中，主要有銅電阻、鉑電阻和鎳電阻溫度傳感器三種。鉑電阻有很好的穩(wěn)定性和測(cè)量精度，測(cè)溫范圍寬，性能可靠。其缺點(diǎn)為價(jià)格較貴。銅電阻的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電阻溫度系數(shù)也比較大，價(jià)格較便宜。其缺點(diǎn)為電阻率低，易于氧化，故只適用于溫度不高，對(duì)傳感器體積無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。歐洲標(biāo)準(zhǔn)熱量表的第二部分“對(duì)設(shè)計(jì)的要求”中，規(guī)定作為熱量表的部件，溫度傳感器必須采用鉑電阻作為測(cè)溫元件，并且配對(duì)使用。本系統(tǒng)既用于集中供冷又用于集中供熱，因此選用鉑電阻溫度傳感器?，F(xiàn)有計(jì)量裝置大多采用的是 PT100(0時(shí)電阻即 Ro 為 100)或 PT500 (0時(shí)電阻即 Ro 為

44、 500)型鉑電阻溫度傳感器。當(dāng)鉑溫度傳感器的引出導(dǎo)線的電阻為 1時(shí)，就可能帶來(lái) 1%至 0.2%的誤差。當(dāng)使用 PT100 或 PT500 型鉑電阻溫度傳感器時(shí)，必須嚴(yán)格規(guī)定許可導(dǎo)線的長(zhǎng)度。系統(tǒng)采用 PT 1000 (0時(shí)電阻即 Ro 為 1000)型鉑電阻溫度傳感器。相同的電流偏置下，PT1000 的信號(hào)電壓增加了 2-10 倍，相同長(zhǎng)度的導(dǎo)線電阻可能引起的誤差減少到 0.1%至 0.2%以下。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 智能熱能表的硬件設(shè)計(jì)4.1.1 CPU 主系統(tǒng)智能熱能表實(shí)時(shí)測(cè)量熱水的瞬時(shí)流量Vi，進(jìn)水溫度 T1 和出水溫度T2，計(jì)算得到用戶(hù)在一段時(shí)間內(nèi)的實(shí)際用熱量。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖4

45、.1 所示。采用美國(guó)公司生產(chǎn)的AT89C52微處理器芯片，由 CPU主系統(tǒng)、溫度數(shù)據(jù)采集通道、流量脈沖數(shù)據(jù)采集通道、通信接口、系統(tǒng)監(jiān)控、電源、地址模塊、顯示等模塊構(gòu)成。熱能表正常工作時(shí)，每當(dāng)流量達(dá)到設(shè)定值時(shí)測(cè)量一次各用戶(hù)集中供熱末端設(shè)備的進(jìn)出口水溫差和累計(jì)熱水流量，然后由此積算出用戶(hù)集中供熱系統(tǒng)消耗的能量并存儲(chǔ)，同時(shí)根據(jù)所測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)判斷用戶(hù)各傳感器的狀態(tài)。圖 4.1 智能熱能表結(jié)構(gòu)4.1.2溫度和流量數(shù)據(jù)采集通道(1)溫度數(shù)據(jù)采集通道本設(shè)計(jì)所用溫度傳感器為Pt1000，將兩個(gè)溫度傳感器的輸出分別MAX1247的IN1,IN2通道，將溫度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。MAX1247與單片機(jī)的連接如圖

46、4.2所示。圖4.2 MAX1247與單片機(jī)的連接(2)流量脈沖數(shù)據(jù)采集通道流量脈沖輸入電路原理如圖4.3所示，圖中MC接機(jī)械式流量計(jì)的脈沖輸出。流量傳感器選用脈沖流量表，磁感體為干簧管。帶有磁鋼的葉輪在水流圖4.3 流量脈沖輸入電路原理沖擊下轉(zhuǎn)動(dòng)，干簧管的合、斷產(chǎn)生脈沖經(jīng)整型后輸入單片機(jī)的P3.2,輸入脈沖的個(gè)數(shù)可知流量的大小。整形電路的輸入信號(hào)來(lái)自前端光敏輸出的信號(hào)，其輸出信號(hào)是具有一定寬度的脈沖。脈沖數(shù)據(jù)采集通道將脈沖流量表的脈沖信號(hào)送至單片機(jī)的P3.2端。4.1.3 顯示模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選用的是北京精電蓬遠(yuǎn)顯示技術(shù)有限公司生產(chǎn)的MGLS12032A，點(diǎn)陣數(shù)為120*32，規(guī)格6*2漢字

47、，即每行6字共2行。顯示電路如4.4所示。圖4.4 LCD顯示接口電路原理4.1.4電源模塊設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，為了方便設(shè)計(jì)，統(tǒng)一用設(shè)計(jì)的+5V電源，如圖4.5所示，電源電路由電源變壓器，橋式整流器件，濾波電容，固能保護(hù)器件，TVS的重圖4.5 電源電路參數(shù)為額定斷態(tài)工作電壓，額定斷態(tài)工作電壓要大于正常工作的最高電壓。這里額定斷態(tài)工作電壓選作5.2V。4.2 集中器的硬件設(shè)計(jì)集中器主要的功能是實(shí)現(xiàn)用戶(hù)熱能表和計(jì)費(fèi)主站 PC 機(jī)的通信，實(shí)質(zhì)上集中器循環(huán)采集、集中各用戶(hù)熱能表的數(shù)據(jù)信息,同時(shí)根據(jù)要求將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給物業(yè)管理中心的PC機(jī)。集中器的硬件結(jié)構(gòu)如圖 4.6所示，其中電源模塊與熱量表的一樣。圖4.

48、6集中器的硬件結(jié)構(gòu)圖4.2.1時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用DS1302，DS1302 是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302與單片機(jī)的連接如圖4.7所示。 圖4.7 DS130

49、2與單片機(jī)的連接 4.2.2存儲(chǔ)器模塊設(shè)計(jì)AT24C512與單片機(jī)的連接如圖4.8所示. 圖4.8 AT24C512與單片機(jī)的連接因系統(tǒng)中要求存放大量的數(shù)據(jù)，擴(kuò)充了一片EEPROM，型號(hào)為AT24C512，串行存取的，其容量為64KB。它在系統(tǒng)中的作用是存放從各熱量表搜集來(lái)的數(shù)據(jù)，供上位機(jī)隨時(shí)取用。5上位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)采用自頂向下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，把總的編程過(guò)程逐步細(xì)分，分解成一個(gè)個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊相互獨(dú)立，其正確與否不依賴(lài)其它模塊，每個(gè)模塊都能完成一個(gè)明確的任務(wù)、實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體的功能。這樣編制的程序易于調(diào)試、修改，可讀性好。5.1 智能熱能表軟件設(shè)計(jì)智能熱能表軟件設(shè)計(jì)分

50、主程序、定時(shí)中斷子程序、串行通信中斷子程序，定時(shí)中斷子程序完成的任務(wù)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘、流量測(cè)量、溫度測(cè)量以及各種定時(shí)任務(wù)，串行通信中斷子程序完成熱能表和集中器之間的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，而主程序則檢測(cè)各項(xiàng)標(biāo)志，完成各項(xiàng)任務(wù)的后續(xù)處理。智能熱能表計(jì)量時(shí)的工作過(guò)程：用戶(hù)用熱(冷)時(shí)，熱媒由水表進(jìn)水口流入表殼內(nèi)，經(jīng)過(guò)整流器整流后沖擊葉輪，葉輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由轉(zhuǎn)軸減速后傳遞到固定有小磁鋼的外部轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)小磁鋼旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，安放于小磁鋼上方的雙干簧管傳感器在磁力的作用下將反復(fù)接通，產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖。定時(shí)子程序中對(duì)流量脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)脈沖達(dá)到設(shè)定的次數(shù)時(shí)，開(kāi)始對(duì)進(jìn)水溫度、回水溫度

51、的巡回檢測(cè)，同時(shí)根據(jù)測(cè)量值完成一次熱量的積算。初始化開(kāi)始熱能量標(biāo)志=1？否顯示志=1？否通信標(biāo)志=1？否是是是通信后續(xù)處理顯示子程序進(jìn)行一次熱能積算并存儲(chǔ)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)圖5.1 主程序流程圖數(shù)據(jù)接收標(biāo)志=1？否否RB=1是是數(shù)據(jù)接收正確嗎？否否接收的地址和自己的地址相等嗎？是是數(shù)據(jù)等于結(jié)束位？否數(shù)據(jù)接收標(biāo)志=1是通信標(biāo)志？恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回圖5.2串口中斷子程序流程圖保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)流量標(biāo)志IE0=1？延時(shí)標(biāo)志=1？否否是是否IE0=0，流量計(jì)數(shù)加1且等于設(shè)定值？延時(shí)計(jì)數(shù)加1是溫度測(cè)量標(biāo)志=1測(cè)量子程序完？否是溫度測(cè)量標(biāo)志=0熱能測(cè)量標(biāo)志=1恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回圖5.3定時(shí)中斷子程序5.2 采集器軟件設(shè)計(jì)采集器部分的軟件

52、包括W77E58的主程序、中斷服務(wù)程序以及與PC機(jī)通訊的子程序等，本節(jié)給出了部分程序的流程圖。初始化開(kāi)始通信標(biāo)志=1？定時(shí)或?qū)崢?biāo)志=1？否否是是顯示子程序通信后續(xù)處理圖5.4主程序流程圖保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)延時(shí)標(biāo)志=1？計(jì)數(shù)時(shí)間到？否否是是延時(shí)計(jì)數(shù)加1計(jì)數(shù)清零恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回圖 5.4 定時(shí)中斷子程序保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)RB=1否數(shù)據(jù)接收標(biāo)志=1？否是接收的地址和自己的地址相等嗎？ 是否否每位數(shù)據(jù)接收正確嗎？是數(shù)據(jù)等于結(jié)束位？是否數(shù)據(jù)接收標(biāo)志=1是通信標(biāo)志？恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回圖5.5串口中斷子程序流程圖6遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)6.1 通信實(shí)現(xiàn)目標(biāo)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)采用集散型測(cè)控系統(tǒng)的形式:智能化物業(yè)管理中心的PC機(jī)作為上位機(jī)可以按照設(shè)

53、定的抄存項(xiàng)目、起始時(shí)間和時(shí)間間隔，定時(shí)抄收存儲(chǔ)在采集器中的凍結(jié)數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)，可以打印成報(bào)表，也可以生成數(shù)據(jù)文件提交給其它應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，采集器作為下位機(jī)接收上位機(jī)發(fā)來(lái)的命令，根據(jù)命令將各臺(tái)戶(hù)機(jī)的測(cè)量值及工作狀態(tài)報(bào)送上位機(jī).采集器是聯(lián)系用戶(hù)家中的戶(hù)機(jī)和管理中心的PC機(jī)之間的紐帶。顯然，實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，必須合理地解決PC機(jī)與采集器之間的通訊問(wèn)題。設(shè)計(jì)通訊方案時(shí)必須考慮下列幾個(gè)問(wèn)題:1.通訊接口有一定的抗干擾能力，誤碼率低，即通訊質(zhì)量要求高；2.各采集器與PC機(jī)之間的距離不等，因而要求數(shù)據(jù)能在較遠(yuǎn)距離內(nèi)準(zhǔn)確傳輸；3.PC機(jī)與采集器要在電氣上隔離以防損壞器件。6.2通信方式的選擇由

54、于串行通信所占用的傳輸線少，導(dǎo)線相互之間產(chǎn)生電磁干擾的機(jī)會(huì)比并行通信大大減少，因而適用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送。在實(shí)時(shí)控制和管理系統(tǒng)中，各處理器之間的通信一般都采用串行方式。根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)流的分界、定時(shí)及同步的方法不同，串行通信又可分為異步串行通信方式和同步串行通信方式。異步串行通信是以字符為信息單位傳送的，一幀信息只包含一個(gè)字符；而同步串行通信是以數(shù)據(jù)塊為信息單位傳送，每幀信息包含成百上千個(gè)字符。因而異步串行通信一般用在數(shù)據(jù)傳送時(shí)間不能確知、發(fā)送數(shù)據(jù)不連續(xù)、數(shù)據(jù)量較少和數(shù)據(jù)傳輸速率較低的場(chǎng)合，而同步串行通信則用在要求快速、連續(xù)傳輸大批量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合?，F(xiàn)有的串行通信接口包括RS-232、RS-422A、RS

55、485、20mA電流環(huán)、I2C總線等幾種。(1)RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，它最初是為遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE而制訂的。該標(biāo)準(zhǔn)適用于DCE和DTE之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行二進(jìn)制通信，最高的通信速率為19.2kbPs，在通信速率不高于20kbPs時(shí)，RS-232所能直接連接的最大物理距離為15m(碼元畸變小于4%)，驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載電容應(yīng)小于2500PF。為保證二進(jìn)制數(shù)據(jù)能夠正確傳送、設(shè)備控制準(zhǔn)確的完成，有必要使所用的信號(hào)電平保持一致。為此，RS-232規(guī)定+3+15V之間的任意電壓表示邏輯“O”電平，-3-15V之間的任意電壓表示邏輯“l(fā)”電平。(

56、2)RS-422A接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232 接口雖然應(yīng)用廣，但它有傳輸速率低，通信距離短，接口處信號(hào)易產(chǎn)生串?dāng)_等缺點(diǎn)，因此EIA制定了RS-422A標(biāo)準(zhǔn)。RS-422A標(biāo)準(zhǔn)是一種平衡方式傳輸，即雙端發(fā)送和雙端接收，所以傳送信號(hào)要用兩條線，發(fā)送端和接收端分別采用平衡發(fā)送器和差動(dòng)接收器，相當(dāng)于兩個(gè)單端驅(qū)動(dòng)器，輸入同一個(gè)信號(hào)時(shí)，其中一驅(qū)動(dòng)器的輸出率永遠(yuǎn)是另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的反相信號(hào)，于是兩條線上傳輸信號(hào)電平，當(dāng)一個(gè)表示邏輯“1”時(shí)，另一條一定表示邏輯“0”，當(dāng)干擾信號(hào)作為共模信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，接收器接收差分輸入電壓，只要接收器有足夠的抗共模電壓工作范圍，就可以識(shí)別兩個(gè)信號(hào)，并正確接收傳輸?shù)男畔?。RS-422A標(biāo)準(zhǔn)由于采用了雙線傳輸，大大增