熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置監(jiān)控系統(tǒng)

第一章緒論1.1太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)的背景在2009年的聯(lián)合國(guó)大會(huì)上,胡錦濤總書記向世界做出承諾,我國(guó)到2020年單位GDP能耗要下降40%—45%,或者說單位GDP的溫室氣體排放要下降40%—50%。非化石能源比重要提高到15%左右。我國(guó)在“十二五”仍然要繼續(xù)加大節(jié)能減排工作力度，對(duì)能源消耗的強(qiáng)度，溫室氣體排放的強(qiáng)度，以及主要污染物總量的排放建立約束性的指標(biāo)。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)在“十二五”規(guī)劃當(dāng)中提出到2015年能源消耗的強(qiáng)度指標(biāo)比2010年要下降16%，溫室氣體的排放強(qiáng)度要下降17%。主要的污染物的排放總量要下降8%—10%。我國(guó)二氧化碳排放增加的主要原因仍是經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和能源結(jié)構(gòu)的不合理（化石能源占一次能源總量90%以上）。為滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境保護(hù)的需要，今后我國(guó)能源存量部分應(yīng)當(dāng)大力進(jìn)行節(jié)能減排，而對(duì)我國(guó)能源增長(zhǎng)部分要大規(guī)模的使用太陽(yáng)能、風(fēng)能和水能等可再生能源。而太陽(yáng)能使最重要的可再生資源，太陽(yáng)每年放射到地球的能量高達(dá)3.9X10^24J也就是1.08X10^18KWh，相當(dāng)于130萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。又因?yàn)槭澜绶秶鷥?nèi)的常規(guī)能源儲(chǔ)量日益減少，開發(fā)新能源成為世界共同的需要。在此形勢(shì)下，越來越多的國(guó)家開始實(shí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，開發(fā)太陽(yáng)能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。目前太陽(yáng)能的利用已經(jīng)有很多，其中包括光伏發(fā)電，太陽(yáng)能房和太陽(yáng)能熱發(fā)電等等。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理,利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能，是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是較少受地域限制，因?yàn)殛?yáng)光普照大地;光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無(wú)噪聲、低污染、無(wú)需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)同期短的優(yōu)點(diǎn)[1]。太陽(yáng)能暖房是利用太陽(yáng)輻射能量來代替部分常規(guī)能源，使室內(nèi)達(dá)到一定環(huán)境溫度的一種建筑物。太陽(yáng)房分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類。1938年世界上第一幢主動(dòng)式的太陽(yáng)房，由美國(guó)麻省理工學(xué)院于建成。它是一種能夠控制的采暖方式，用集熱器、貯熱裝置、管道、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備，“主動(dòng)”收集、儲(chǔ)存和輸配太陽(yáng)能。由于它具有利用太陽(yáng)熱能，節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)，從它誕生的那天開始就十分引人注意。被動(dòng)式太陽(yáng)房最早是在法國(guó)發(fā)展起來的。它主要依靠建筑方位、建筑空間的合理布置和建筑結(jié)構(gòu)及建筑材料的熱工性能，使房屋盡可能地吸收和儲(chǔ)存熱量。如果所獲得的太陽(yáng)能，達(dá)到了建筑物采暖、空調(diào)所需能量的一半以上，就達(dá)到了被動(dòng)式太陽(yáng)房的要求。太陽(yáng)能墻，是一種采用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，利用太陽(yáng)能取暖的墻體。利用太陽(yáng)能墻建成的太陽(yáng)能溫室具有良好的節(jié)能效應(yīng)。太陽(yáng)能墻的朝陽(yáng)面涂成黑色，以吸收大量太陽(yáng)能，墻體的上端和下部設(shè)有通風(fēng)孔，墻前有一雙層玻璃窗，墻面和玻璃窗之間留有空隙，由黑色墻面吸收太陽(yáng)能形成暖流，進(jìn)入玻璃窗和墻面之間的熱空氣收集器（太陽(yáng)能儲(chǔ)能器）。熱空氣由墻體上端的通風(fēng)孔進(jìn)入房?jī)?nèi)，冷空氣則由下部通風(fēng)孔補(bǔ)充，這樣太陽(yáng)能墻便把熱空氣送入暖室。其成本可在兩年內(nèi)全部收回，節(jié)煤、節(jié)電的效益十分可觀[2]。太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電(又稱“太陽(yáng)能煙囪”)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開發(fā)和利用太陽(yáng)能的一種新的途徑，是解決我國(guó)能源危機(jī)的有效途徑之一。這種方法也是大自然界內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換，利用太陽(yáng)能加熱空氣，空氣流動(dòng)產(chǎn)生風(fēng)，風(fēng)能產(chǎn)生電能。用人工的方法利用太陽(yáng)能產(chǎn)生風(fēng)能也可發(fā)電，這種發(fā)電方法正被研究中。建造太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電廠是解決能源需求的最好途徑之一。至于水能的利用可能會(huì)受到資源問題、生態(tài)問題、遠(yuǎn)距離輸電問題和開發(fā)成本的制約。風(fēng)能也會(huì)受到當(dāng)?shù)叵{能力和電網(wǎng)送出能力的嚴(yán)重制約。太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電構(gòu)想是由德國(guó)斯圖加特大學(xué)的喬根施萊奇教授及其合作者進(jìn)行了長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)研究于1978年提出的。太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電廠有3個(gè)基本組成部分：具有透明頂棚(如玻璃)的集熱器、太陽(yáng)能煙囪（氣流塔）和發(fā)電機(jī)組(見圖1)。其基本工作原理為太陽(yáng)光以輻射形式加熱集熱器下面的地面，使之溫度升高。環(huán)境空氣進(jìn)入集熱器后，受地面和陽(yáng)光加熱，密度減小并沿集熱器頂進(jìn)入太陽(yáng)能煙囪，在太陽(yáng)能煙囪內(nèi)由于“煙囪作用”形成上升氣流。當(dāng)透明頂棚即集熱器的面積足夠大時(shí)，煙囪內(nèi)的上升氣流就可驅(qū)動(dòng)安裝在太陽(yáng)能煙囪內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電。同時(shí)，環(huán)境空氣不斷地進(jìn)入集熱器，形成持續(xù)的氣流流動(dòng)。棚內(nèi)土地具有蓄熱功能，可以減少電能輸出的波動(dòng)，也可使系統(tǒng)在太陽(yáng)落下后繼續(xù)維持運(yùn)行發(fā)電。發(fā)電功率大的太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的占地很大，透明頂棚（集熱器）面積可以大到直徑為幾百米甚至一公里。煙囪的高度也可從幾十米到幾百米，煙囪的高度可以決定棚內(nèi)空氣在上升中的溫度差，進(jìn)而影響空氣的流速和發(fā)電機(jī)的產(chǎn)生電能的功率。發(fā)電機(jī)在氣流的推動(dòng)下風(fēng)扇不斷的旋轉(zhuǎn)并將機(jī)械能裝換成電能源源不斷的向外輸出[3]。圖1.1太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)原理簡(jiǎn)圖1.2我國(guó)的太陽(yáng)能資源概況我國(guó)太陽(yáng)能資源非常豐富隴，理論儲(chǔ)量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽(yáng)能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。我國(guó)地處北半球，南北距離和東西距離都在5000km以上。在我國(guó)廣闊的土地上，有著豐富的太陽(yáng)能資源。與同緯度的其他國(guó)家相比，與美國(guó)相近，比歐洲、日本優(yōu)越得多。因此，我國(guó)非常適合建造大型太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電廠。根據(jù)我國(guó)各地區(qū)接受太陽(yáng)能總輻射量的多少，可將全國(guó)劃分為五類地區(qū)。一類地區(qū)：為我國(guó)太陽(yáng)能資源最豐富的地區(qū)，每年太陽(yáng)總輻射量6680—8400MJ/㎡（1856—2333KWH/㎡）,相當(dāng)于日輻射量5.1—6.4KWh/㎡。這些地區(qū)包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最為豐富，最高達(dá)2333KWH/㎡（日輻射量6.4KWH/㎡），居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。根據(jù)我國(guó)各地區(qū)接受太陽(yáng)能總輻射量的多少，可將全國(guó)劃分為五類地區(qū)。二類地區(qū)：為我國(guó)太陽(yáng)能資源較豐富地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總能量為5850—6680MJ/㎡（1625—1856KWH/㎡），相當(dāng)于日輻射量4.5—5.1KWH/㎡。這些地區(qū)包括河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、西藏東南部和新疆南部等地。三類地區(qū)：為我國(guó)太陽(yáng)能資源中等類型地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量為5000—5850MJ/㎡（1389—1625KWH/㎡），相當(dāng)于日輻射量3.8—4.5KWH/㎡.主要包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部、甘肅東南部、廣東南部、福建南部、蘇北、皖北、臺(tái)灣西南部等地。四類地區(qū)：是我國(guó)太陽(yáng)能資源較差地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量4200—5000MJ/㎡（1167—1389KWH/㎡），相當(dāng)于日輻射量3.2—3.8KWH/㎡。這些地區(qū)包括湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南部、江蘇北部、安徽南部以及黑龍江、臺(tái)灣東北部等地。五類地區(qū)：主要包括四川、貴州兩省，是我國(guó)太陽(yáng)能資源最少的地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量3350—4200MJ/㎡（931—1167KWH/㎡），相當(dāng)于日輻射量只有2.5—3.2KWH/㎡。與世界上的其他國(guó)家比較，我國(guó)算是一個(gè)太陽(yáng)能資源比較豐富的國(guó)家，有著大面積的太陽(yáng)輻射比較豐富的地區(qū)，但與世界橫向比較這些地區(qū)大部分屬于中檔資源，輻射量在1500—2000KWH/㎡之間。這使我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電的成本與世界上太陽(yáng)能輻射非常豐富的地區(qū)要增加很多。這也就是說在我國(guó)如果使用單位功率投資成本較高的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，例如光伏發(fā)電和光熱等發(fā)電技術(shù)，發(fā)電成本將由于單位面積上能源密度相對(duì)較低而增加。這就使得在我國(guó)如果使用一種能夠大面積利用這種能源密度相對(duì)較低的太陽(yáng)能技術(shù)才能使我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電成本大幅度的降低。太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)就是這樣一種低成本的發(fā)電技術(shù)。1.3太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)具有一系列優(yōu)點(diǎn)：(1)太陽(yáng)能幾乎是取之不盡，用之不竭的清潔能源，太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電對(duì)環(huán)境無(wú)污染。只要是有足夠陽(yáng)光的時(shí)候太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)就能夠產(chǎn)生電能，并且沒有任何污染物質(zhì)產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境沒有任何的影響和副作用。(2)太陽(yáng)能熱風(fēng)電廠通過設(shè)置蓄熱系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)行。棚內(nèi)土地具有蓄熱的作用，也可將土地?fù)Q成沙石來增加蓄熱量，或者采用其他的蓄熱手段來存儲(chǔ)白天的熱量。白天的時(shí)候棚內(nèi)的蓄熱設(shè)施吸收太陽(yáng)光中的熱量，并將之存儲(chǔ)起來；當(dāng)太陽(yáng)落下以后，蓄熱裝置中存儲(chǔ)的熱量就開始散發(fā)出來繼續(xù)維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，使得系統(tǒng)能夠在24小時(shí)內(nèi)全天候運(yùn)行。(3)太陽(yáng)能熱風(fēng)電廠設(shè)備簡(jiǎn)單，發(fā)電機(jī)組是唯一的運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)費(fèi)用低。太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)主要由透明頂棚、煙囪和發(fā)電機(jī)組成，設(shè)備相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單。一旦系統(tǒng)開始運(yùn)行后，除了其他的輔助器件（如傳感器等）只有發(fā)電機(jī)是運(yùn)行著的部件，而透明頂棚和煙囪則始終固定不動(dòng)，這就使系統(tǒng)的維護(hù)非常的方便，并且需要的維護(hù)費(fèi)用也會(huì)相當(dāng)?shù)牡汀?4)不需冷卻水、不產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，對(duì)緩解全球變暖有積極作用。太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)只是通過陽(yáng)光照射使棚內(nèi)的空氣溫度升高，并不涉及其他的過程，所以不需要冷卻水，更不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等有害氣體，能夠?qū)徑馊蜃兣兄e極的作用。太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)的缺點(diǎn)主要在于其發(fā)電效率較低，但可通過建造大功率的太陽(yáng)能熱風(fēng)電廠來彌補(bǔ)。被透明頂棚吸收的太陽(yáng)光輻射只是太陽(yáng)光輻射中相當(dāng)少的一部分，并且在熱風(fēng)形成后通過煙囪時(shí)推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的效率更是非常的小，所以說太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率是非常低的。但是這一缺點(diǎn)我們可以通過建造大的太陽(yáng)能集熱棚和高的煙囪來增加太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電的功率來彌補(bǔ)[4]。1.4本文主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容太能能熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)涉及很多專業(yè)的項(xiàng)目，每個(gè)部分都需要不同的人員來參與完成。太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)集熱棚內(nèi)部和外界的環(huán)境變量（如溫度、空氣流速、壓力、光功率等等）通過數(shù)據(jù)檢測(cè)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集。本文主要是對(duì)系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)繪圖設(shè)計(jì)和將存入數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)通過MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊進(jìn)行調(diào)用的設(shè)計(jì)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)繪圖通過應(yīng)用MicrosoftVisualStudio2010軟件調(diào)用打包好的MATLAB軟件編程來實(shí)現(xiàn)；MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊是使用MATLAB軟件中的DatabaseToolbox工具箱連接數(shù)據(jù)庫(kù)，并使用MATLAB軟件中的GUIDE命令編寫一個(gè)良好的用戶圖形界面，是用戶提取數(shù)據(jù)時(shí)輕松自在。

第二章太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電試驗(yàn)項(xiàng)目是山西國(guó)際電力光伏發(fā)電有限公司與太原科技大學(xué)在校企聯(lián)合進(jìn)行科技創(chuàng)新的一次大膽嘗試。本項(xiàng)目由山西國(guó)際電力光伏發(fā)電有限公司出資，雙方共同提供研究人員在太原科技大學(xué)校園內(nèi)建設(shè)一座峰值功率為10Wp的實(shí)驗(yàn)性太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電站，即SolarTower10Wp項(xiàng)目。為了能使該項(xiàng)目能完成對(duì)太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電理論技術(shù)的研究，以及今后對(duì)商業(yè)劃電站的應(yīng)用技術(shù)轉(zhuǎn)化和經(jīng)濟(jì)效益的分析，該項(xiàng)目需滿足以下設(shè)計(jì)目標(biāo)：建成后能達(dá)到10W的峰值功率；氣流塔的設(shè)計(jì)高度可以調(diào)節(jié)，并預(yù)留接口可以改變氣流塔的直徑；集熱棚的棚頂材料要可以更換，集熱棚下設(shè)置可更換土壤的裝置來滿足模擬自然界中不同的地質(zhì)情況；設(shè)計(jì)足夠的蓄熱裝置來滿足系統(tǒng)能夠全天候運(yùn)轉(zhuǎn)；安裝一個(gè)專用的、合適的、能夠保證從機(jī)械能到電能轉(zhuǎn)換效率較高的一套發(fā)電裝置；在合適的地方加裝一定數(shù)量的各類傳感器；設(shè)計(jì)一套可視化的自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，來保證該項(xiàng)目能夠?qū)崿F(xiàn)過程化管理和數(shù)字化控制；本項(xiàng)目是一個(gè)室外型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并安裝在人流較為密集的校園內(nèi)，所以應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)、建設(shè)過程中必須考慮到各種安全因素，保證不出現(xiàn)安全事故。Solar-Tower-10Wp項(xiàng)目的主體設(shè)計(jì)主要由集熱棚，氣流塔，發(fā)電系統(tǒng)，蓄熱系統(tǒng)和系統(tǒng)集成與項(xiàng)目管理五個(gè)大部分組成[5]。集熱棚部分：太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)中能量的收集和能量的轉(zhuǎn)化都是依靠集熱棚來完成的。集熱棚由半透明的頂棚和支撐結(jié)構(gòu)組成，半透明的棚頂材料通常為玻璃、聚碳酸酯或塑料膜，支撐結(jié)構(gòu)采用混凝土或鋼構(gòu)架。太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的工作特性決定了集熱棚部件在系統(tǒng)中的重要作用。集熱棚內(nèi)地面被太陽(yáng)光加熱后，所貯藏的能量是太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的主要能量來源，太陽(yáng)光太陽(yáng)輻射能投射到集熱棚透明頂棚上表面，發(fā)生吸收、反射和穿透，穿透的那部分能量是集熱棚內(nèi)所得的太陽(yáng)輻射量。該能量到達(dá)集熱棚地面時(shí)被地面反射、散射，并被地層吸收儲(chǔ)存，地層吸收太陽(yáng)輻射能后，集熱棚內(nèi)地面溫度升高，與集熱棚內(nèi)空氣產(chǎn)生一定的溫度差，促使地面與空氣之間進(jìn)行熱量交換，熱量交換方式主要包括地面接收太陽(yáng)能的輻射換熱以及流動(dòng)空氣與地面之間的對(duì)流傳熱。空氣熱交換產(chǎn)生的氣流推動(dòng)渦輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能[6]。對(duì)集熱棚進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)首先采用3D-CAD\CAE軟件對(duì)整個(gè)集熱棚的設(shè)計(jì)進(jìn)行建模、優(yōu)化和分析，并做出工程圖，以達(dá)到集熱棚的集熱面積合理、外形美觀。內(nèi)側(cè)和外側(cè)棚頂與地表之間的高度能夠使得Solar-Tower-10Wp項(xiàng)目于同樣的光照強(qiáng)度和集熱面積下發(fā)電量最大化。其次通過挑選最經(jīng)濟(jì)的幾種棚頂材料和支撐結(jié)構(gòu)，使集熱棚達(dá)到流體力學(xué)的最優(yōu)化和保證到集熱棚的安全性（按100年一遇的標(biāo)準(zhǔn)，能夠承受狂風(fēng)和地震等自然災(zāi)害）。能夠更換棚頂材料以滿足今后的研究，并在以后有可能的情況下為集熱棚選取一種透水的棚頂材料，在集熱棚外圍的地表種植植物，來研究太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電與農(nóng)業(yè)的關(guān)系。氣流塔部分：氣流塔的作用是形成壓差，為電站提供熱動(dòng)力。壓差與棚內(nèi)外的溫差和氣流塔高度成正比，并與氣流塔內(nèi)的摩擦阻力有關(guān)。溫差越大，塔越高，摩擦阻力越小，在塔內(nèi)形成的壓力差值就越大。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)化氣流塔內(nèi)表面積與容積的比值，以使摩擦阻力減小到最小。在壓差作用下，集熱棚內(nèi)被加熱的空氣沿氣流塔上升，形成人造熱風(fēng)，風(fēng)速約與棚內(nèi)外溫差△T和氣流塔高度H成正比。溫差越大，塔越高，形成熱風(fēng)的速度就越大。在熱風(fēng)的推動(dòng)下空氣渦輪機(jī)開始工作，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，完成系統(tǒng)的操作目的。Solar-Tower-10Wp項(xiàng)目中氣流塔的設(shè)計(jì)使用3D-CAD\CAE軟件對(duì)整個(gè)氣流塔的設(shè)計(jì)進(jìn)行建模、優(yōu)化和分析，做出工程圖。通過理論和作圖計(jì)算分析將氣流塔的高度與直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，使得Solar-Tower-10Wp項(xiàng)目達(dá)到規(guī)定的發(fā)電峰值功率10Wp，同時(shí)要做到使氣流塔內(nèi)的摩擦阻力降低到最小，以提高利用效率。氣流塔設(shè)計(jì)的高度可以通過裝置調(diào)節(jié)，以便完成今后對(duì)氣流塔的實(shí)際分析工作。氣流塔與集熱棚和空氣渦輪機(jī)的連接底座，要達(dá)到流體力學(xué)的最優(yōu)化和保證到氣流塔的安全性（按百年一遇標(biāo)準(zhǔn)，能承受狂風(fēng)和地震等自然災(zāi)害），并預(yù)留接口滿足可以改變的氣流塔直徑。發(fā)電系統(tǒng)部分：發(fā)電系統(tǒng)安裝于煙囪底部，主要有空氣渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組成。空氣渦輪機(jī)由煙囪中的循環(huán)氣流驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將風(fēng)力機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。與風(fēng)力發(fā)電所采用的速度級(jí)渦輪機(jī)不同，太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電所采用的是壓力級(jí)渦輪機(jī)，這一點(diǎn)與水里發(fā)電中的水輪機(jī)相似（靜壓被轉(zhuǎn)換成渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)能）。因?yàn)檫@里的氣流是通過壓差形成的，與水能發(fā)電的水壓相似。發(fā)電系統(tǒng)是太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)中最重要的一部分，也是投入運(yùn)作后主要的維護(hù)對(duì)象，這部分的運(yùn)行好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況[7]。Solar-Tower-10Wp項(xiàng)目中的發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)使用3D-CAD\CAE軟件對(duì)空氣渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行建模、優(yōu)化和分析，并做出工程圖。對(duì)渦輪機(jī)的葉片進(jìn)行選型、設(shè)計(jì)和優(yōu)化，確定最佳的葉片傾角，完成空氣渦輪機(jī)的整體設(shè)計(jì)工作。選擇合適大小的發(fā)電機(jī)，使之能夠產(chǎn)生峰值10Wp的電能。目前市場(chǎng)上很難找到合適的空氣渦輪機(jī)與發(fā)電機(jī)，所以在有條件的情況下，可以自行制造空氣渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，這樣更能夠符合太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)樣機(jī)項(xiàng)目Solar-Tower-10Wp的設(shè)計(jì)要求和目的。蓄熱系統(tǒng)部分：為彌補(bǔ)太陽(yáng)熱輻射不能穩(wěn)定、持續(xù)供應(yīng)的特點(diǎn)，使之輔助能源最終變?yōu)橐环N使用方便可靠的清潔能源，儲(chǔ)能蓄熱問題的解決是關(guān)鍵的一環(huán)。對(duì)于太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)，儲(chǔ)能的作用是調(diào)節(jié)負(fù)荷，降低設(shè)備容量和發(fā)電成本，進(jìn)一步提高太陽(yáng)能資源利用效率和設(shè)備利用率，提高系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。通常最簡(jiǎn)單實(shí)用的蓄熱系統(tǒng)就是自然土壤和沙石，為了能夠使得系統(tǒng)能夠在全天候運(yùn)轉(zhuǎn)常常添加附加的蓄熱系統(tǒng)。Solar-Tower-10Wp項(xiàng)目中蓄熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)使用3D-CAD\CAE軟件對(duì)蓄熱系統(tǒng)進(jìn)行建模、優(yōu)化分析，做出工程圖。通過對(duì)集熱棚下的土壤蓄熱問題進(jìn)行研究，為太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電項(xiàng)目選取技術(shù)和經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化情況下的土層厚度。優(yōu)化附加蓄熱系統(tǒng)，使之與自然土壤蓄熱系統(tǒng)之間的蓄熱配比適當(dāng)。整個(gè)蓄熱系統(tǒng)在滿足光照條件較好的情況下，能使太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)全天候運(yùn)轉(zhuǎn)。附加蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)蓄熱調(diào)節(jié)裝置，使得蓄熱系統(tǒng)的部分蓄熱量可調(diào)控，這項(xiàng)研究對(duì)今后的大型商業(yè)化并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目是十分有意義的。系統(tǒng)集成與項(xiàng)目管理部分：Solar-Tower-10WP項(xiàng)目是以太陽(yáng)能為基礎(chǔ)的新能源項(xiàng)目，太陽(yáng)輻射及其其它的自然條件對(duì)項(xiàng)目的發(fā)電成本有著至關(guān)重要的聯(lián)系。系統(tǒng)集成部分需要結(jié)合每個(gè)部分的設(shè)計(jì)利用太陽(yáng)能發(fā)電等相關(guān)知識(shí)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得Solar-Tower-10WP項(xiàng)目能夠降低發(fā)電成本，提高系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。通過系統(tǒng)集成與項(xiàng)目管理使整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合到一起，通過建設(shè)的統(tǒng)一管理對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部分進(jìn)行可視化的自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制，以保證太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)樣機(jī)項(xiàng)目Solar-Tower-10Wp能夠安全、穩(wěn)定、可靠的全天候運(yùn)行。無(wú)論是系統(tǒng)內(nèi)哪里出現(xiàn)了問題管理人員都能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，并迅速的解決，這就是進(jìn)行系統(tǒng)集成和項(xiàng)目管理的最主要原因與意義。Solar-Tower-10Wp項(xiàng)目中系統(tǒng)集成與項(xiàng)目管理為整個(gè)Solar-Tower-10Wp項(xiàng)目提供太陽(yáng)能發(fā)電相關(guān)的技術(shù)支持，應(yīng)該對(duì)所在地的光照條件、氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，模擬并計(jì)算出項(xiàng)目所在地有效的光輻射量、地表溫度、地表風(fēng)速等數(shù)據(jù)。為整個(gè)Solar-Tower-10Wp項(xiàng)目進(jìn)行投資估算、經(jīng)濟(jì)性分析、工程管理等方面的工作，管理和協(xié)調(diào)整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)建造工作。為項(xiàng)目設(shè)計(jì)統(tǒng)一的系統(tǒng)的視覺標(biāo)識(shí)，保證所有資料的一致性，并對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的外觀進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)。監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，保證系統(tǒng)的無(wú)障礙的全天候運(yùn)行。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的在設(shè)計(jì)要求的完成，影響系統(tǒng)的運(yùn)行能力。太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目Solar-Tower-10Wp是一個(gè)涉及很多專業(yè)的大項(xiàng)目，而作為一個(gè)大系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部及外界所涉及的環(huán)境因素管理人員是應(yīng)該必須清楚的，所以這就需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)環(huán)境變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并且實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。為證明系統(tǒng)是否滿足最初的功率峰值設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還要對(duì)系統(tǒng)的發(fā)電功率進(jìn)行檢測(cè)。要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，各類傳感器的使用是必不可少的。如何將傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和處理是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要工作。本文設(shè)計(jì)的部分是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)集熱棚的內(nèi)部和外部的溫度，壓力和光功率，空氣流速等的數(shù)據(jù)在被采集后的進(jìn)行分析和處理，能夠使用戶清晰明了的觀察所測(cè)得的實(shí)時(shí)和歷史的外部環(huán)境變量數(shù)據(jù)[8]。無(wú)線局域網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)傳感器（數(shù)據(jù)）無(wú)線局域網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)傳感器（數(shù)據(jù)）ADAM6017遠(yuǎn)程IO模塊運(yùn)行有“熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置”管控程序的計(jì)算機(jī)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊（提取用戶感興趣的數(shù)據(jù)）MATLAB繪制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)圖圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，現(xiàn)場(chǎng)放置各類傳感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將采集的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)IO模塊ADAM6017經(jīng)過無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)傳輸給運(yùn)行有“熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置”管控程序的計(jì)算機(jī)，通過管控程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)入SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)繪圖，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)又能夠通過無(wú)線局域網(wǎng)被裝有MATLAB軟件的計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)用，在MATLAB工作空間內(nèi)進(jìn)行處理，而利用MATLAB軟件提取數(shù)據(jù)和進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)繪圖是本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。2.2.2系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)1、現(xiàn)場(chǎng)傳感器：在硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了測(cè)量集熱棚內(nèi)和外界的溫度，通過對(duì)測(cè)量溫度范圍、測(cè)量精度和性能價(jià)格比的綜合考慮在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇溫度傳感器為管道式電流輸出溫度變送器AFT3020，測(cè)量范圍可為-20—80℃，精度為±0.2℃，AFT3020系列溫度變送器采用的是DS18B20集成式溫度傳感器作為溫度測(cè)量部件，配以穩(wěn)定可靠信號(hào)處理電路，將環(huán)境中的溫度轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，具有體積小、重量輕、測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等特點(diǎn)；同樣的考慮方式在設(shè)計(jì)中選擇風(fēng)速傳感器為WD4110風(fēng)速傳感器，測(cè)量范圍為0-15m/s或0-30m/s，測(cè)量精度為0.20%，WD41系列風(fēng)速傳感器,是專為測(cè)量風(fēng)管風(fēng)速而進(jìn)行研發(fā)的,徹底解決了風(fēng)管內(nèi)氣流紊流問題,在低風(fēng)速下仍然能保證高精確測(cè)量,抗污染能力強(qiáng),維護(hù)成本低,性價(jià)比高,為熱膜風(fēng)速傳感器與NTC熱敏風(fēng)速傳感器的理想替代產(chǎn)品。適用于通風(fēng)、空調(diào)、凈化室，實(shí)驗(yàn)室、潔凈廠房進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量；壓力傳感器選擇BMP085壓力傳感器，測(cè)量范圍是300-1100hPa（海拔9000米-500米），測(cè)量的絕對(duì)精度可達(dá)到0.03hPa，性能卓越，太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)樣機(jī)項(xiàng)目的目的是為以后的商業(yè)化太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)做研究，所以我們的系統(tǒng)整體占地不會(huì)太大，因此我們氣流塔內(nèi)的氣壓降不會(huì)太大，所以壓力傳感器的精確度要較高，大氣壓力傳感器BMP085的精度范圍符合我們的設(shè)計(jì)要求[9]。2、ADAM6017遠(yuǎn)程IO模塊：各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)IO模塊進(jìn)行接收和轉(zhuǎn)換。ADAM6017是一個(gè)具有8類比輸入和2數(shù)據(jù)輸出的產(chǎn)品，使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，使用ADAM6017解決了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中傳感器較多和系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)與控制室距離較遠(yuǎn)的問題。實(shí)際設(shè)計(jì)中，各類傳感器所測(cè)得的數(shù)字量或模擬量通過輸出電纜與數(shù)據(jù)采集模塊相連接。為了減少用多條電纜傳輸?shù)膹?fù)雜性，采取以ADAM-6017遠(yuǎn)程IO模塊來作為數(shù)據(jù)采集模塊。ADAM6017遠(yuǎn)程IO模塊能夠同時(shí)接收8路信號(hào)數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場(chǎng)放置一臺(tái)或多臺(tái)ADAM6017遠(yuǎn)程IO模塊用來收集多個(gè)傳感器采集的信息。為節(jié)約成本，這些模塊連接到民用級(jí)的無(wú)線路由器“TendaW309R”上，這臺(tái)路由器的天線可以拆卸下來，因而可以將路由器放置在防水設(shè)施內(nèi)部，天線在外部。在實(shí)驗(yàn)室的窗臺(tái)上，也放置一臺(tái)“TendaW309R”路由器，此臺(tái)路由器連接運(yùn)行有“風(fēng)熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置”管控程序的計(jì)算機(jī)，并連接SQL服務(wù)器。如果實(shí)驗(yàn)裝置位置遠(yuǎn)離，可以在兩臺(tái)路由器之間再放置一臺(tái)路由器進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)和信號(hào)加強(qiáng)，或者任何一端使用100m內(nèi)網(wǎng)線連接。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，網(wǎng)線的價(jià)格接近2元/米，加上布線人工費(fèi)用，其成本與添置一臺(tái)無(wú)線路由器相當(dāng)。因?yàn)闊o(wú)線網(wǎng)絡(luò)沒有布線成本，也不會(huì)影響學(xué)校正常的秩序，所以也就不存在交際成本。這是使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。任何需要使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做科學(xué)研究的用戶，僅需要在無(wú)線信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，使用任何無(wú)線局域網(wǎng)接入設(shè)備連入熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，訪問網(wǎng)內(nèi)的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)即可。而使用網(wǎng)線傳輸只能通過管控程序的計(jì)算機(jī)才能接入到熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)訪問SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，這是非常麻煩的，所以使用ADAM6017遠(yuǎn)程IO模塊進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸為廣大的科學(xué)研究愛好者提供了良好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)[10]。3、運(yùn)行有“熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置”管控程序的計(jì)算機(jī)：在運(yùn)行有“熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置”管控程序的計(jì)算機(jī)中，要完成系統(tǒng)的軟件編程，系統(tǒng)運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在所選計(jì)算機(jī)中首先要對(duì)其安裝能夠運(yùn)行管控程序的軟件環(huán)境和語(yǔ)言環(huán)境，由于設(shè)計(jì)中選擇C#語(yǔ)言在MicrosoftVisualStudio2010軟件中編寫管控程序，所以在所選計(jì)算機(jī)中安裝MicrosoftVisualStudio2010軟件，并且計(jì)算機(jī)要能夠承擔(dān)系統(tǒng)不間斷的連續(xù)運(yùn)行。4、SQL數(shù)據(jù)庫(kù)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的作用是對(duì)通過數(shù)據(jù)采集而接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，把每天所接收的數(shù)據(jù)制成一張數(shù)據(jù)表。設(shè)計(jì)中選擇在一臺(tái)計(jì)算機(jī)（與運(yùn)行“熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置”管控程序的計(jì)算機(jī)部位同一臺(tái)計(jì)算機(jī)）中安裝SQLServer2008軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)。SQLServer2008能協(xié)助系統(tǒng)隨時(shí)隨地的管理資料，它讓管理者直接在資料庫(kù)中儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化的文件，如圖片與音樂。SQLServer2008提供了一組多樣化的整合式服務(wù)，能讓管理者對(duì)資料進(jìn)行如查詢、搜尋、同步化、報(bào)告與分析等多種操作。SQLServer2008這個(gè)平臺(tái)有三個(gè)特點(diǎn)，即：可信任的、高效的、智能的?？尚湃蔚奶攸c(diǎn)使得系統(tǒng)可以以很高的安全性、可靠性和可擴(kuò)展性來運(yùn)行最關(guān)鍵的應(yīng)用程序。高效的特點(diǎn)系統(tǒng)可以降低開發(fā)和管理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施的時(shí)間和成本。智能的特點(diǎn)提供了一個(gè)全面的平臺(tái)可以在用戶需要的時(shí)候發(fā)送觀察和信息。5、MATLAB軟件繪制實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖和用戶數(shù)據(jù)提取模塊系統(tǒng)內(nèi)部和外部的環(huán)境變量通過采集系統(tǒng)采集后，需要在管控程序上讓管理者對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，這就需要對(duì)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更加明了的顯示，設(shè)計(jì)中采取動(dòng)態(tài)繪圖的方式解決。MATLAB軟件中具有強(qiáng)大的繪圖功能，可以用簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的繪圖過程。唯一需要考慮的是在MATLAB軟件編寫好繪圖程序后需要通過格式轉(zhuǎn)換被管控程序進(jìn)行調(diào)用。用戶數(shù)據(jù)提取模塊也是通過MATLAB軟件中的DatabaseToolbox工具箱對(duì)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行無(wú)線遠(yuǎn)程連接提取數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶感興趣的歷史數(shù)據(jù)，并通過MATLAB軟件中的GUIDE命令編寫一個(gè)良好的界面使用戶提取數(shù)據(jù)更加方便快捷。無(wú)論是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)繪圖還是用戶數(shù)據(jù)提取都需要在MATLAB軟件的環(huán)境下，在編寫這部分程序時(shí)需要在裝有MATLAB軟件的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。但在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)管控程序可以只通過引用被打包好的MATLAB繪圖程序進(jìn)行繪圖，無(wú)需安裝MATLAB軟件。用戶數(shù)據(jù)提取模塊在運(yùn)行時(shí)則需要用戶的計(jì)算機(jī)裝有MATLAB軟件，才能通過用戶數(shù)據(jù)提取界面和DatabaseToolbox工具箱從數(shù)據(jù)庫(kù)提取數(shù)據(jù)。2.3本章小結(jié)本章主要介紹兩個(gè)部分內(nèi)容，第一部分是對(duì)太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，將太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)的主要部分進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明；第二部分是系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，對(duì)結(jié)構(gòu)圖中的每一部分進(jìn)行說明。

第三章實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)繪圖與用戶數(shù)據(jù)提取模塊設(shè)計(jì)3.1軟件總體設(shè)計(jì)一個(gè)大系統(tǒng)只有硬件部分是不行的，它還需要相對(duì)應(yīng)的軟件來支持。軟件部分能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行操作和總體觀測(cè)，是一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的中樞部分。數(shù)據(jù)采集與處理部分所需要的軟件主要是為了完成數(shù)據(jù)的接收與存儲(chǔ)，并進(jìn)行處理，使有關(guān)人員能夠清楚的了解系統(tǒng)內(nèi)部和外部的環(huán)境狀況和系統(tǒng)的運(yùn)行情況。在系統(tǒng)這部分，要完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)就要用到數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)時(shí)采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的過程和數(shù)據(jù)的調(diào)用分析還要用相應(yīng)的軟件進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)時(shí)采用MicrosoftVisualStudio2010軟件和Matlab2011a軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程。3.1.1編程環(huán)境系統(tǒng)的軟件編程主要有兩個(gè)軟件來完成。分別是MATLAB2011a軟件和MicrosoftVisualStudio2010軟件。1、MATLAB2011a軟件MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB軟件的基本功能：MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。Matlab一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語(yǔ)言是基于最為流行的C＋＋語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與C＋＋語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)。MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖。可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。MATLAB的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用MATLAB函數(shù)集）擴(kuò)展了MATLAB環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。MATLAB產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行以下各種工作：(1)數(shù)值分析；(2)數(shù)值和符號(hào)計(jì)算；(3)工程與科學(xué)繪圖；(4)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真；(5)數(shù)字圖像處理技術(shù)；(6)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)；(7)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真；(8)財(cái)務(wù)與金融工程。MATLAB包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能工具包用來擴(kuò)充MATLAB的符號(hào)計(jì)算，可視化建模仿真，文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包，控制工具包，信號(hào)處理工具包，通信工具包等都屬于此類[11]。2、MicrosoftVisualStudio2010軟件VisualStudio是微軟公司推出的開發(fā)環(huán)境,是目前最流行的Windows平臺(tái)應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境。VisualStudio可以編輯多種編程語(yǔ)言，包括C#、C++、F#和VisualBasic語(yǔ)言。VisualStudio產(chǎn)品系列共用一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，此環(huán)境由下面的若干元素組成：菜單欄、標(biāo)準(zhǔn)工具欄以及?？炕蜃詣?dòng)隱藏在左側(cè)、右側(cè)、底部和編輯器空間中的各種工具窗口?？捎玫墓ぞ叽翱?、菜單和工具欄取決于所處理的項(xiàng)目或文件類型。解決方案和項(xiàng)目包含一些項(xiàng)，這些項(xiàng)表示創(chuàng)建應(yīng)用程序所需的引用、數(shù)據(jù)連接、文件夾和文件。解決方案容器可包含多個(gè)項(xiàng)目，而項(xiàng)目容器通常包含多個(gè)項(xiàng)。VisualStudio2010中的編輯器和設(shè)計(jì)器的使用選擇取決于所創(chuàng)作的文件或文檔的類型。編輯器和設(shè)計(jì)器通常有兩個(gè)視圖：圖形設(shè)計(jì)視圖和代碼隱藏視圖或源視圖。設(shè)計(jì)視圖允許在用戶界面或網(wǎng)頁(yè)上指定控件和其他項(xiàng)的位置。可以從工具箱中拖動(dòng)控件，并將其置于設(shè)計(jì)圖面上。VisualStudio提供了一套可靠的生成和調(diào)試工具。使用生成配置，可選擇將生成的組件，排除不想生成的組件，確定如何生成選定的項(xiàng)目，以及在什么平臺(tái)上生成這些項(xiàng)目。解決方案和項(xiàng)目都可具有生成配置。生成過程即是調(diào)試過程的開始。生成應(yīng)用程序的過程可幫助您檢測(cè)編譯時(shí)錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤可以包含不正確的語(yǔ)法、拼錯(cuò)的關(guān)鍵字和鍵入不匹配?！拜敵觥贝翱趯@示這些錯(cuò)誤類型。在應(yīng)用程序生成后，可以使用調(diào)試器檢測(cè)和更正在運(yùn)行時(shí)檢測(cè)到的問題，如邏輯錯(cuò)誤和語(yǔ)義錯(cuò)誤。處于中斷模式時(shí)，可以使用變量窗口和“內(nèi)存”窗口等工具來檢查局部變量和其他相關(guān)數(shù)據(jù)。VisualStudio提供了兩種不同的部署策略：ClickOnce和WindowsInstaller。通過ClickOnce部署，可以將應(yīng)用程序發(fā)布到中心位置，然后用戶再?gòu)脑撐恢冒惭b或運(yùn)行應(yīng)用程序。通過WindowsInstaller部署，可以將應(yīng)用程序打包到setup.exe文件中，并將該文件分發(fā)給用戶；用戶再運(yùn)行setup.exe文件安裝應(yīng)用程序。WindowsInstaller部署為部署應(yīng)用程序提供了更高的靈活性。各種編輯器（如自定義操作編輯器和用戶界面編輯器）都允許自定義WindowsInstaller來滿足各種部署需求。MicrosoftVisualStudio2010軟件中的一部分功能：(1)C#4.0中的動(dòng)態(tài)類型和動(dòng)態(tài)編程；(2)多顯示器支持；(3)使用VisualStudio2010的特性支持TDD；(4)支持Office；(5)QuickSearch特性；(6)C++0x新特性；(7)IDE增強(qiáng)；(8)使用VisualC++2010創(chuàng)建Ribbon界面；(9)基于.NET平臺(tái)的語(yǔ)言F#[12]。3.1.2軟件設(shè)計(jì)對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使軟件設(shè)計(jì)的程序?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電系統(tǒng)管控程序的功能設(shè)計(jì)要求。太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置管控程序設(shè)計(jì)的功能需求為：1）可以對(duì)遠(yuǎn)程IO進(jìn)行必要的功能設(shè)置；2）可以對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的開關(guān)控制；3）能夠從一個(gè)或多個(gè)ADAM6017模塊中正確讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集頻率為所有傳感器1次/秒；4）可以實(shí)時(shí)監(jiān)控到采集的數(shù)據(jù)；5）可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)繪制實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形；6）可以將數(shù)據(jù)整齊存儲(chǔ)到SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中；7）由于系統(tǒng)不可能全天候有專人職守，程序應(yīng)該有日志功能；8）當(dāng)一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程IO無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)該給出提示，并能保證剩余的遠(yuǎn)程IO正常工作，當(dāng)這些故障的遠(yuǎn)程IO被修復(fù)以后，程序應(yīng)該能自動(dòng)建立于他們的關(guān)聯(lián)，重新讀取數(shù)據(jù)；9）當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，數(shù)據(jù)應(yīng)該被緩存而不是丟失，并給出提示；當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器被修復(fù)以后，程序應(yīng)當(dāng)可以重新關(guān)聯(lián)服務(wù)器并把暫存的數(shù)據(jù)補(bǔ)充進(jìn)服務(wù)器；10）為以后增加遠(yuǎn)程IO留下足夠的冗余。為了能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)所要求的各個(gè)功能，將軟件編程分為五部分，這五部分分別是ADAM6017聯(lián)絡(luò)模塊、SQL數(shù)據(jù)處理模塊、系統(tǒng)配置保存模塊、實(shí)時(shí)觀測(cè)和用戶界面模塊和MATLAB用戶歷史數(shù)據(jù)提取模塊。通過這五部分的有機(jī)結(jié)合能夠很好的完成整個(gè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和處理的基本要求。ADAM6017聯(lián)絡(luò)模塊是系統(tǒng)將傳感器所接收的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)IO模塊ADAM6017接收到計(jì)算機(jī)的主控程序；SQL數(shù)據(jù)處理模塊將通過ADAM6017的數(shù)據(jù)判斷分類存儲(chǔ)到SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，完成對(duì)數(shù)據(jù)的接收和存儲(chǔ)；系統(tǒng)配置保存模塊通過為系統(tǒng)設(shè)置必要的個(gè)人登錄信息完成對(duì)控制系統(tǒng)的安全保護(hù)，避免無(wú)關(guān)人員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況的干擾；MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊通過編寫MATLAB程序來提取數(shù)據(jù)庫(kù)中所接收的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理供給用戶使用；實(shí)時(shí)觀測(cè)和用戶界面模塊是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的全面展現(xiàn)，用戶能夠從界面看到其他各模塊的連接運(yùn)行情況，并能夠直觀的看到ADAM6017模塊傳回的數(shù)據(jù)。通過五個(gè)部分的緊密配合，將太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)樣機(jī)項(xiàng)目Solar-Tower-10Wp系統(tǒng)內(nèi)部和外部所涉及到的環(huán)境變量（溫度、壓力、風(fēng)速、光功率等）都在系統(tǒng)管理者面前清晰的展現(xiàn)。本文主要實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)中的兩個(gè)部分，一是MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊的設(shè)計(jì)，二是對(duì)實(shí)時(shí)觀測(cè)和用戶界面模塊中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)繪圖部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊通過MATLAB2011a軟件中的GUIDE命令編寫，應(yīng)用MATLAB軟件中的MatlabDatabaseToolbox連接并調(diào)用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。繪圖部分首先也是通過MATLAB2011a軟件編程，但由于模塊要在管控程序上實(shí)現(xiàn)，所以要對(duì)MATLAB2011a中編寫好的程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換格式轉(zhuǎn)換，打包成DLL文件，使之能夠被MicrosoftVisualStudio2010軟件中的管控程序所調(diào)用。實(shí)時(shí)觀測(cè)和用戶界面中的繪圖部分是對(duì)系統(tǒng)所接收的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，這部分在整個(gè)系統(tǒng)管控程序設(shè)計(jì)的流程中所處的位置如圖3.1所示。MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊是為了使用戶能夠通過在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，在自己的計(jì)算機(jī)上使用設(shè)計(jì)好的用戶數(shù)據(jù)提取界面來調(diào)用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的用戶感興趣的歷史數(shù)據(jù)。圖3.1管控程序設(shè)計(jì)流程圖3.2實(shí)時(shí)觀測(cè)和用戶界面中的繪圖設(shè)計(jì)3.2.1圖形繪制編程設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)觀測(cè)和用戶界面中的圖形繪制部分是在MATLAB軟件中編寫繪圖程序，將系統(tǒng)所接收的數(shù)據(jù)通過繪制成動(dòng)態(tài)圖形的方式在用戶面前展現(xiàn)。這部分的程序是用MATLAB軟件編寫，所以程序看起來非常的簡(jiǎn)單明了。整個(gè)程序分為兩個(gè)小部分，一部分是將32個(gè)數(shù)據(jù)用窗口分割命令（subplot）分為兩個(gè)圖形窗口，并用MATLAB繪圖函數(shù)plot（）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。利用圖形圖例legend（）函數(shù)將32個(gè)數(shù)據(jù)分成兩部分創(chuàng)建圖形圖例,每個(gè)部分各16個(gè)數(shù)據(jù)，程序中分別用A_1～A_8，B_1～B_8和C_1～C_8，D_1～D_8來代替實(shí)際數(shù)據(jù)；另一部分則是負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示，在原有數(shù)據(jù)在圖形上顯示的基礎(chǔ)上，程序?qū)⑿陆邮盏臄?shù)據(jù)加進(jìn)圖例中的最左端成為圖例中的第一個(gè)數(shù)據(jù)，并把原來最靠外的數(shù)據(jù)擠掉，程序在編寫時(shí)只需要兩句MATLAB編程語(yǔ)言就能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能:[m,~]=size(Inputer);OutPuter=[NewData;Inputer(1:(m-1),:)];第一句是輸入新數(shù)據(jù)，第二句是在新數(shù)據(jù)加入后輸出圖形，這樣在一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)輸入中就在顯示的圖形中形成了一種動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)輸出。（源代碼見附錄1）3.2.2文件轉(zhuǎn)換MATLAB軟件中編寫的程序最終需要被MicrosoftVisualStudio2010軟件進(jìn)行調(diào)用，使系統(tǒng)整體編程能夠最終在一個(gè)軟件上得以實(shí)現(xiàn)，避免操作的繁瑣性。MATLAB軟件編程所生成的文件的格式是.m格式，不能被其他軟件所直接調(diào)用，需要將.m格式轉(zhuǎn)換為.DLL格式的文件才能被MicrosoftVisualStudio2010軟件所調(diào)用。這樣就可以只通過操作MicrosoftVisualStudio2010軟件中的管控程序來完成整個(gè)系統(tǒng)的軟件編程部分。在計(jì)算機(jī)中裝好兩個(gè)軟件的基礎(chǔ)上，在MATLAB軟件中安裝文件轉(zhuǎn)換編譯器，進(jìn)而將MATLAB軟件下的圖形繪制m文件打包成可在MicrosoftVisualStudio2010軟件中可調(diào)用的DLL文件。轉(zhuǎn)換時(shí)首先要在MATLAB軟件中安裝MicrosoftVisualStudio2010軟件編譯器，然后再對(duì)編譯器進(jìn)行時(shí)設(shè)置后才能進(jìn)行文件打包轉(zhuǎn)換。1.安裝編譯器在MATLAB軟件命令窗口中輸入>>mex–setup,按著命令窗口提示選擇安裝編譯器。在輸入mex–setup后第一個(gè)彈出的選擇時(shí)，輸入“y”，接著會(huì)出現(xiàn)選擇編譯器的語(yǔ)句，因?yàn)橐v文件轉(zhuǎn)換到MicrosoftVisualStudio2010中使用，所以在這里選擇“2”，即“MicrosoftVisualC++2010inC:\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio10.0”這個(gè)編譯器，在接下來彈出的確定所選擇編譯器選項(xiàng)選擇“y”確定。這樣MATLAB軟件中就安裝了MicrosoftVisualStudio2010編譯器?；具^程如下：>>mex-setupWelcometomex-setup.Thisutilitywillhelpyousetupadefaultcompiler.Foralistofsupportedcompilers,see/support/compilers/R2011a/win32.htmlPleasechooseyourcompilerforbuildingMEX-files:Wouldyoulikemextolocateinstalledcompilers[y]/n?ySelectacompiler:[1]Lcc-win32C2.4.1inD:\matlab\sys\lcc[2]MicrosoftVisualC++2010inC:\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio10.0[0]NoneCompiler:2Pleaseverifyyourchoices:Compiler:MicrosoftVisualC++2010Location:C:\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio10.0Arethesecorrect[y]/n?y***************************************************************************Warning:MEX-filesgeneratedusingMicrosoftVisualC++2010requirethatMicrosoftVisualStudio2010run-timelibrariesbeavailableonthecomputertheyarerunon.IfyouplantoredistributeyourMEX-filestootherMATLABusers,besurethattheyhavetherun-timelibraries.***************************************************************************Tryingtoupdateoptionsfile:C:\Users\twq\AppData\Roaming\MathWorks\MATLAB\R2011a\mexopts.batFromtemplate:D:\matlab\bin\win32\mexopts\msvc100opts.batDone...**************************************************************************Warning:TheMATLABCandFortranAPIhaschangedtosupportMATLABvariableswithmorethan2^32-1elements.InthenearfutureyouwillberequiredtoupdateyourcodetoutilizethenewAPI.Youcanfindmoreinformationaboutthisat:/support/solutions/en/data/1-5C27B9/?solution=1-5C27B9Buildingwiththe-largeArrayDimsoptionenablesthenewAPI.**************************************************************************>>2.設(shè)置編譯器：在確定安裝好MATLAB中的編譯器后，還需要對(duì)編譯器進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲茫椒ㄊ窃贛atlab命令窗口輸入：>>mbuild–setup，按著命令窗口中出現(xiàn)的提示設(shè)置編譯器。在輸入>>mbuild–setup后，命令窗口彈出選擇是否查找已安裝的編譯器的語(yǔ)句，在命令窗口輸入“y”,進(jìn)行確定；在接著彈出的選擇編譯器的語(yǔ)句后選擇“2”，即MicrosoftVisual-Studio2010編譯器；接下來會(huì)出現(xiàn)確定所選編譯器的選項(xiàng)，選擇“y”。這樣就完成了對(duì)編譯器的設(shè)置，可以在MATLAB軟件中對(duì)圖形用戶界面的Fig文件和m文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換了?；具^程如下：>>mbuild-setupWelcometombuild-setup.Thisutilitywillhelpyousetupadefaultcompiler.Foralistofsupportedcompilers,see/support/compilers/R2011a/win32.htmlPleasechooseyourcompilerforbuildingstandaloneMATLABapplications:Wouldyoulikembuildtolocateinstalledcompilers[y]/n?ySelectacompiler:[1]Lcc-win32C2.4.1inD:\matlab\sys\lcc[2]MicrosoftVisualC++2010inC:\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio10.0[0]NoneCompiler:2Pleaseverifyyourchoices:Compiler:MicrosoftVisualC++2010Location:C:\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio10.0Arethesecorrect[y]/n?y****************************************************************************Warning:Applications/componentsgeneratedusingMicrosoftVisualC++2010requirethattheMicrosoftVisualStudio2010run-timelibrariesbeavailableonthecomputerusedfordeployment.Toredistributeyourapplications/components,besurethatthedeploymentmachinehastheserun-timelibraries.****************************************************************************Tryingtoupdateoptionsfile:C:\Users\twq\AppData\Roaming\MathWorks\MATLAB\R2011a\compopts.batFromtemplate:D:\matlab\bin\win32\mbuildopts\msvc100compp.batDone...>>3.2.3文件打包轉(zhuǎn)換過程在安裝和設(shè)置好編譯器后,需要對(duì)圖形繪制部分的m文件程序進(jìn)行打包,將圖形繪制的m文件轉(zhuǎn)換為MicrosoftVisual-Studio2010軟件中可以調(diào)用的DLL文件。這一過程需要通過MATLAB軟件中的.NETBuilder工具箱實(shí)現(xiàn)。.NETBuilder轉(zhuǎn)換MATLAB函數(shù)為封裝MATLAB代碼的.NET方法。每個(gè).NETBuilder組件包含一個(gè)或多個(gè)類。每個(gè)類提供一個(gè)M函數(shù)的接口。組件提供一個(gè)方法的集合。.NETBuilder提供強(qiáng)健的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，索引器，還有數(shù)組格式的能力以維持MATLAB的靈活性。為支持MATLAB數(shù)據(jù)類型，.NETBuilder提供MWArray數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換類。該類定義在.NETBuilderMWArray程序集中。我們可以使用這個(gè)程序集進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。.NETBuilder也提供自定義的錯(cuò)誤處理，這樣源于MATLAB函數(shù)的錯(cuò)誤可以像標(biāo)準(zhǔn)的托管異常一樣被報(bào)告。錯(cuò)誤描述包括特定的M代碼參考，所以簡(jiǎn)化了調(diào)試過程。其中所有的M代碼都是以函數(shù)的形式編譯。因此我們可以使用.NETBuilder創(chuàng)建COM組件。使用這種方法不支持的數(shù)據(jù)類型有：時(shí)間序列對(duì)象，大多數(shù)無(wú)符號(hào)數(shù)字類型。這種方法的優(yōu)點(diǎn)有：第一，發(fā)布程序時(shí)只需要.NETBuilder創(chuàng)建的COM組件以及MCR安裝程序；第二，由于是脫離了MATLAB環(huán)境，因此運(yùn)行速度快。文件的打包轉(zhuǎn)換過程：在MATLAB軟件命令窗口中輸入deploytool或在File工具中點(diǎn)擊New菜單選擇子菜單deployment，在彈出的窗口中的Name欄填寫文件在打包完成后所生成文件的名稱（picture.prj），在Type欄中填寫所要聲稱文件的類型，由于需要使生成的文件在MicrosoftVisualStudio2010軟件中能夠被調(diào)用，所以選擇.NETAssembly類，選定后點(diǎn)擊確定；在接著彈出的窗口build欄中接著點(diǎn)擊‘Addclass’添加類名，可以添加不只一個(gè)類名，這里需要添加兩個(gè)類名，分別為“MatlabPictureMaker”和“MatlabArrayMover”，分別點(diǎn)擊在兩個(gè)類名下的‘Addfiles’對(duì)應(yīng)的加入圖形繪制的兩部分m文件drawgraph.m文件和ArrayMover.m文件；做完以上工作后就可以點(diǎn)擊打包按鈕進(jìn)行打包，整個(gè)文件打包過程就完成了，DLL文件生成。圖3.2為在MATLAB命令窗口中輸入Deploytool命令后,所彈出的窗口，在窗口中填寫打包后的文件名稱和文件類型。圖3.2添加打包后的文件名稱和類型圖3.3為在添加完文件名稱和類型，點(diǎn)擊確定后彈出的窗口，該窗口是為了添加所打包文件包含的類和類中所包含的文件。圖3.3添加類和類中的相應(yīng)文件3.2.4DLL文件引用過程在MATLAB軟件編輯的圖形繪制程序打包成可被MicrosoftVisualStudio2010軟件調(diào)用的文件后，需要將DLL文件在MicrosoftVisualStudio2010軟件中進(jìn)行引用，使用戶能夠通過操作MicrosoftVisualStudio2010軟件工作平臺(tái)就可以查看MATLAB軟件所繪制的圖形。這需要將傳感器接收的數(shù)據(jù)添加到MATLAB軟件編寫的圖形程序中。這一過程需要在MicrosoftVisualStudio2010軟件中編程來完成。所編寫的程序要完成MicrosoftVisualStudio2010軟件對(duì)DLL文件的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)與MATLAB軟件之間數(shù)據(jù)的傳遞。在MicrosoftVisualStudio2010軟件中用C#編寫引用程序，編程的基本思路為：當(dāng)MicrosoftVisualStudio2010軟件接收到新數(shù)據(jù)時(shí)，首先將數(shù)據(jù)的類型轉(zhuǎn)換成MWarray類型的數(shù)據(jù)，再生成MATLAB數(shù)據(jù)類型，因?yàn)橹挥猩蒑ATLAB數(shù)據(jù)類型才能夠被打包后的DLL文件所接收，然后將生成的MATLAB數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)傳給打包生成的DLL文件，這樣就把數(shù)據(jù)通過DLL文件傳到了ｍ文件進(jìn)行處理，當(dāng)在m文件中處理后輸出的數(shù)據(jù)同樣是首先又轉(zhuǎn)換成MATLAB數(shù)據(jù)類型，然后再將MATLAB數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一種MATLAB.toArray方法，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為.NETArray基礎(chǔ)類，即.NET數(shù)組的基礎(chǔ)類。之后將.NETArray基礎(chǔ)類強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型數(shù)組，最后轉(zhuǎn)成.NET浮點(diǎn)型數(shù)組，因?yàn)橹挥懈↑c(diǎn)型數(shù)據(jù)才能夠正常的將原始的數(shù)據(jù)顯示出來。當(dāng)轉(zhuǎn)換成.NET浮點(diǎn)型數(shù)組時(shí)就能夠被MicrosoftVisualStudio2010軟件所操作。圖3.4為程序設(shè)計(jì)大體的思路。具體過程見附錄2程序源代碼。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)MWarrayMATLAB數(shù)據(jù)DLL文件MATLAB數(shù)據(jù)ToArray（）方法.NetArray基礎(chǔ)類強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成float類型數(shù)組.Netfloat數(shù)組圖3.4程序設(shè)計(jì)思路3.3MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊設(shè)計(jì)MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊的設(shè)計(jì)要求的主要功能：（1）用Guide命令編寫一個(gè)界面良好的MATLAB程序，從而使得用戶選取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)時(shí)，輕松自在；（2）利用MATLABDatabaseToolbox連接并調(diào)用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)；（3）把得到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)入Matlab的工作空間，被用戶使用。MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊是以MATLAB軟件進(jìn)行編程，利用MatlabDatabaseToolbox工具箱連接并調(diào)用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的系統(tǒng)內(nèi)部和外部的環(huán)境變量（溫度、壓力、風(fēng)速、光功率等）數(shù)據(jù)，完成對(duì)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的提取。再通過Guide命令編寫一個(gè)界面良好的MATLAB程序，從而使得用戶能夠輕松自在的提取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。把從SQL數(shù)據(jù)庫(kù)得到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)入MATLAB的工作空間，共給用戶使用。MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊的界面利用GUI程序設(shè)計(jì)(GUIProgramdesign)過程包括圖形界面的設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。3.3.1圖形界面的設(shè)計(jì)過程（1）建立空白布局編輯器：在裝有MATLAB軟件的計(jì)算機(jī)中打開MATLAB軟件，并在MATLAB命令窗口中輸入Guide命令或點(diǎn)擊工具欄中的guide圖標(biāo)來打開一個(gè)空白的布局編輯器，新建一個(gè)空白的布局編輯器；（2）將所需要的控件對(duì)象放置到空白布局區(qū)：用鼠標(biāo)選擇需要的控件，并將其放置到空白的布局區(qū)內(nèi)。設(shè)計(jì)的圖形界面需要填寫用戶需要的數(shù)據(jù)表日期和具體時(shí)間、查詢?nèi)掌诘腡icks值，還有表序號(hào)等，所以在本設(shè)計(jì)中需要加入多個(gè)編輯文本框和靜態(tài)文本框。在圖形界面中還要有計(jì)算查詢參數(shù)和啟動(dòng)查詢生成器等按鈕，所以在圖形界面中加入幾個(gè)按鈕控件。將加入的文本框和按鈕通過加入面板使不同功能的控件進(jìn)行分開，設(shè)計(jì)時(shí)將圖形界面形成三部分分別為：查詢計(jì)算器、啟動(dòng)查詢生成器和轉(zhuǎn)換為需要的格式；（3）控件位置調(diào)整：先對(duì)各控件的大小進(jìn)行調(diào)整，然后按著設(shè)計(jì)的需要將各控件通過面板區(qū)分為三部分，最后再在工具箱中選擇幾何位置排列工具對(duì)各控件之間的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)后圖形界面被面板區(qū)分后，從上到下分別是查詢計(jì)算器、啟動(dòng)查詢生成器和轉(zhuǎn)換為所需格式。這樣設(shè)計(jì)和區(qū)分就使得圖形界面的生成和管理變得簡(jiǎn)單、直接，能夠清晰的反映界面各部分的功能和特征，便于用戶使用時(shí)的觀察和操作；（4）用屬性編輯器設(shè)置各控件的屬性：在屬性編輯器中提供了所有可設(shè)置的屬性列表并顯示出當(dāng)前的屬性。屬性編輯器可以通過三種方法打開：1）用工具欄上的圖標(biāo)打開；2）從View菜單中選擇PropertyInspector菜單項(xiàng)；3）在按鼠標(biāo)右鍵彈出的PropertyInspector菜單中選擇菜單項(xiàng)。應(yīng)用屬性編輯器來定義各控件的屬性。對(duì)于各個(gè)編輯文本框在對(duì)屬性進(jìn)行設(shè)置時(shí)，要設(shè)置文本框中輸入文字的字體和大小以及顏色，還有文本框的類型。對(duì)于各個(gè)靜態(tài)文本框也要設(shè)置文本框的類型，對(duì)文本框中輸入的文字的字體和大小，以及顏色進(jìn)行設(shè)置，還要將各個(gè)靜態(tài)文本框需要表達(dá)意思的文字輸入到屬性欄中的“String”中。在按鈕屬性的設(shè)置時(shí)，先對(duì)按鈕的類型進(jìn)行設(shè)置，然后編輯按鈕表達(dá)的意思，同樣在“String”中設(shè)置，并對(duì)文字的字體、大小和顏色進(jìn)行設(shè)置。對(duì)面板屬性的設(shè)置時(shí)，首先設(shè)置面板的標(biāo)題，選擇標(biāo)題的位置在左上角，并對(duì)標(biāo)題文字的字體、大小和顏色進(jìn)行設(shè)置。（5）設(shè)置控件標(biāo)識(shí)：控件的標(biāo)識(shí)(Tag)是對(duì)于各控件的識(shí)別,每個(gè)控件在創(chuàng)建時(shí)都會(huì)由開發(fā)環(huán)境自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)識(shí),在程序設(shè)計(jì)中,為了編輯、記憶和維護(hù)的方便,一般為控件設(shè)置一個(gè)新的標(biāo)識(shí)。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各個(gè)編輯文本框的標(biāo)識(shí)按從左到右，從上到下的順序進(jìn)行設(shè)置為：前七個(gè)編輯文本框的標(biāo)識(shí)為edit2～edit8,剩下的四個(gè)編輯文本框的標(biāo)識(shí)分別為edit12，edit9，edit11和edit13。對(duì)于靜態(tài)文本框的標(biāo)識(shí)，按著從左到右，從上到下的順序進(jìn)行設(shè)置為：前三個(gè)分別為text2～text4，第四個(gè)為text13，第五到第七個(gè)分別為text5～text7，第八和第九分別為text10和text11，第十和第十一分別為text8和text9。對(duì)與按鈕的標(biāo)識(shí)設(shè)置：計(jì)算查詢參數(shù)按鈕的標(biāo)識(shí)設(shè)置為pushbutton1，啟動(dòng)查詢生成器按鈕的標(biāo)識(shí)設(shè)置為pushbutton2，轉(zhuǎn)換為Excel按鈕的標(biāo)識(shí)設(shè)置為pushbutton3。三個(gè)面板的標(biāo)識(shí)設(shè)置：查詢參數(shù)計(jì)算器面板的標(biāo)識(shí)設(shè)置為uipanel1，啟動(dòng)查詢生成器面板的標(biāo)識(shí)設(shè)置為uipanel2，轉(zhuǎn)換為所需的格式面板的標(biāo)識(shí)設(shè)置為uipanel3[13]。圖3.5為通過MATLAB軟件GUIDE命令按著上述設(shè)計(jì)而生成的用戶歷史數(shù)據(jù)提取圖形界面。圖3.5用戶數(shù)據(jù)提取主界面3.3.2圖形界面中控件的功能設(shè)計(jì)GUI圖形界面的功能,還要通過一定的設(shè)計(jì)思路和計(jì)算方法,由特定的程序來實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)程序的功能，還需要在運(yùn)行程序前編寫一些代碼，來完成程序中變量的賦值、輸入輸出、計(jì)算及繪圖等工作。這一步是GUI圖形界面設(shè)計(jì)的核心步驟，只有控件具有了相應(yīng)的功能才能完成設(shè)計(jì)的目的。功能設(shè)計(jì)的方法是在所編輯好的圖形界面中選擇需要賦予功能的控件，然后點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在顯示的菜單欄中選擇viewcallbacks，子菜單中接著選擇callbacks，然后就會(huì)出現(xiàn)與所選控件相對(duì)應(yīng)的一個(gè)m文件的程序編輯空間，在程序中相應(yīng)的位置輸入所選控件的功能，這樣就完成了控件的功能設(shè)置[14]。控件的具體功能設(shè)計(jì)：各個(gè)編輯文本框的功能是能夠輸入用戶想輸入的數(shù)字，靜態(tài)文本框中輸入的是圖形界面中具有的初始化的向?qū)晕淖?。“?jì)算查詢參數(shù)”按鈕的功能首先是取得各個(gè)窗口的輸入數(shù)據(jù)，包括年、月、日、時(shí)、分、秒和毫秒的值，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，使得各數(shù)據(jù)在規(guī)定的范圍內(nèi)，最后進(jìn)行邏輯運(yùn)算得到用戶輸入日期時(shí)間對(duì)應(yīng)的Ticks值和此日期對(duì)應(yīng)的表序號(hào)?！皢?dòng)查詢生成器”按鈕的功能是調(diào)用MATLAB軟件中的DatabaseToolbox工具箱，對(duì)用戶需要使用的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接?！稗D(zhuǎn)換為Excel”按鈕的功能是將從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出的數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)換為Excel格式，并且保存的Excel工作表的名稱是在“轉(zhuǎn)換為所需的格式”面板中的編輯文本框中輸入的文件名。在編輯好圖形界面后，開始對(duì)圖形界面窗口進(jìn)行激活。激活后圖形界面才會(huì)具有設(shè)計(jì)好的相關(guān)功能。在激活圖形窗口時(shí)可以選擇Tools菜單中的子菜單Run或點(diǎn)擊工具條上的Run按鈕,在激活圖形窗口的同時(shí)，MATLAB軟件將自動(dòng)對(duì)圖形界面所生成的M文件和FIG文件進(jìn)行存儲(chǔ)，如所建立的圖形界面布局還沒有進(jìn)行存儲(chǔ)，用戶界面開發(fā)環(huán)境將打開一個(gè)SaveAs對(duì)話框，在輸入文件名點(diǎn)擊確定后，軟件將按著輸入的文件的名字，存儲(chǔ)一對(duì)同名的M文件和帶有.fig擴(kuò)展名的FIG文件。運(yùn)行GUI程序時(shí)，可以在命令窗口直接鍵入文件名或用openfig,open或hgload命令運(yùn)行GUI程序[15]。在所設(shè)計(jì)的用戶歷史數(shù)據(jù)提取圖形界面中，用戶可以先通過設(shè)置所要查詢的數(shù)據(jù)表的具體日期，和需要查詢的具體遠(yuǎn)程IO模塊后，再通過點(diǎn)擊圖形界面中的“啟動(dòng)查詢生成器”，選擇對(duì)應(yīng)的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶就可以完成對(duì)查詢?nèi)掌跀?shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。“啟動(dòng)查詢生成器”就是應(yīng)用MATLAB軟件中的DatabaseToolbox工具箱進(jìn)行連接數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)工具箱（DatabaseToolbox）在MATLAB環(huán)境下工作，可以用結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（SQL）命令讀，寫數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單和高級(jí)條件的數(shù)據(jù)查詢，連接MATLAB和數(shù)據(jù)庫(kù)包括Oracle,Sybase,MicrosoftSQLServer和Informix。可以用單一MATLAB同時(shí)訪問多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的事務(wù)處理。特點(diǎn)有：（1）魯棒接口能力；（3）動(dòng)態(tài)導(dǎo)入數(shù)據(jù)；（4）數(shù)據(jù)類型保存；（5）同時(shí)訪問多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)；（6）處理大數(shù)據(jù)集的能力；（7）連續(xù)狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)連接。查詢生成器界面如圖3.6所示。圖3.6查詢生成器界面（databasetoolbox）又由于有很多用戶喜歡用其他格式來查看數(shù)據(jù)，所以設(shè)計(jì)中加入了將SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表直接轉(zhuǎn)換為Excel格式的數(shù)據(jù)，這樣就解決了部分用戶的習(xí)慣性使用問題，使很多用戶在提取數(shù)據(jù)時(shí)更加的方便，更加的符合自己的應(yīng)用習(xí)慣。3.4本章小結(jié)本章主要分為三節(jié)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)繪圖和用戶歷史數(shù)據(jù)提取模塊的設(shè)計(jì)。第一節(jié)主要是對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)所需要的軟件進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，這部分分別介紹了編程環(huán)境和對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)。第二節(jié)主要是設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)觀測(cè)和用戶界面中的繪圖，通過MATLAB軟件編程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)繪圖，并通過MicrosoftVisualStudio2010軟件對(duì)打包好的DLL文件進(jìn)行引用，實(shí)現(xiàn)在管控程序主界面上對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)繪圖的調(diào)用。第三節(jié)主要是設(shè)計(jì)MATLAB用戶數(shù)據(jù)提取模塊，通過在MATLAB軟件中使用GUIDE命令編寫一個(gè)良好的圖形界面，并通過DatabaseToolbox工具箱連接數(shù)據(jù)庫(kù)，完成用戶對(duì)感興趣的歷史數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中的提取。

第四章結(jié)論在今后無(wú)盡的太陽(yáng)能資源將會(huì)成為世界上廣泛利用的資源，對(duì)太陽(yáng)能資源的研究利用在現(xiàn)階段是非常重要的，本文通過軟件編程完成了對(duì)太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的外界環(huán)境變量數(shù)據(jù)的處理，利用MATLAB軟件編輯圖形用戶界面供給用戶從SQL數(shù)據(jù)庫(kù)提取數(shù)據(jù)，使用戶能夠通過圖形用戶界面連接數(shù)據(jù)庫(kù)提取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。并通過MATLAB編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的圖形化，將MATLAB編寫的程序打包成能夠被MicrosoftVisualStudio2010軟件所調(diào)用的文件，減少用戶操作上的繁瑣性，只需要在MicrosoftVisualStudio2010軟件中進(jìn)行編程完成調(diào)用，使MATLAB軟件編寫的繪圖程序在此程序中運(yùn)行，生成數(shù)據(jù)圖形，這樣能夠使用戶直觀明了的觀察數(shù)據(jù)的變化情況。本設(shè)計(jì)在應(yīng)用相關(guān)硬件和MicrosoftVisualStudio2010軟件對(duì)太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目系統(tǒng)內(nèi)部和外界的環(huán)境變量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)的基礎(chǔ)上，通MATLAB軟件和MicrosoftVisualStudio2010軟件的綜合利用對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)繪圖，并且能夠通過MATLAB軟件編寫的用戶數(shù)據(jù)提取界面來使用戶從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得感興趣的歷史數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最終目的。通過應(yīng)用MATLAB軟件中GUI應(yīng)用程序編寫用戶數(shù)據(jù)提取的圖形界面，能夠使在系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的用戶通過自己計(jì)算機(jī)上的MATLAB軟件運(yùn)行用戶數(shù)據(jù)提取圖形界面來提取SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中自己所需要日期的數(shù)據(jù)表，在用戶數(shù)據(jù)提取主界面上點(diǎn)擊“啟動(dòng)查詢生成器”時(shí)會(huì)彈出一個(gè)選擇擇性窗口，這個(gè)窗口是用來選擇需要的數(shù)據(jù)庫(kù)的名稱，完成MATLAB軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)表進(jìn)行篩選，提取用戶所需要日期的數(shù)據(jù)表。并且能夠?qū)?shù)據(jù)表的格式轉(zhuǎn)換為Excel文件格式來閱讀。用戶圖形界面完成了數(shù)據(jù)資源的共享，為廣大的科研愛好者提供了一個(gè)