基于LabVIEW的热计量系统软件设计
第一章 绪 论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 课题研究背景
目前我国大部分供暖建筑仍然按照采暖面积直接收费，这种收费制度存在很多弊端：
(1)对于供热单位来说，由于按采暖面积收费使“热”商品存在垄断性，影响了供热单位的供热积极性，从而相应导致供热质量有所下降。一方面用户埋怨供热质量差而不愿交费，另一方面，供热单位由于热费收缴率低而不能保证供热质量，久而久之，形成恶性循环，不利于供热单位的正常运转；
(2)对于热用户来说，采暖量的多少不受经济利益的约束，热费和供热质量的好坏没有直接联系，室温高了开窗散热，造成很大资源浪费，室温低了投诉，拒绝缴纳热费。由于按照采暖面积直接收费的方式不能使用热量像水、电、煤气一样显示出使用量来，容易引起用热纠纷。
因此，进一步加快供暖体制的改革，替代原有的按面积收缴热费的不合理状况，研究新型热计量收费监管系统已经迫在眉睫。在我国，分户热计量有着深厚的需求基础，是我国实行供热商品化、推行供热体制改革的技术基础，也是未来我国供热改革的主要方向[1]。
1.1.2 课题研究意义
分户热计量坚持“统一监管、自主调节、分户计量”的原则，在能源和环境压力日益加剧的大背景下，供热收费由按用热量收费取代直接按采暖面积收费这一变革，充分体现了价格杠杆的作用，符合我国社会主义市场经济的规律，对节能减排起到了根本促进作用。实施供热计量改革，有助于提高住宅用户的舒适度，实现社会可持续和谐发展。本课题的研究意义主要有[2-3]：
(1)分户热计量收费能够直观地显示各用户的用热量，对于热用户来说，耗热量与热费挂钩，易于理解和接受，可以减少用热和热费收缴纠纷。
(2)分户热计量允许热用户对用热量进行自主调节，可以促进其通过自主调节提高室内热舒适度，增强其节能意识和积极性，从而达到真正意义上的节能。
(3)改善空气污染。热的商品性促使热用户在外出时自主调节阀门，减少热能浪费，可以大大改善现在的雾霾空气。
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1.2.1 国外发展现状
从第一次石油危机爆发以来，国外发达国家尤其是北欧一些国家，对建筑节能的工作十分重视。计量收费从根本上可以说是一项因能源危机而被迫采取的节能措施。20 世纪 80 年代，欧洲国家普遍按照热计量法规来执行热计量收费制度，虽然采用的热计量法规有所不同，但热计量仪表基本上在每个热用户都有安装，并按用热多少收费。在荷兰，采暖系统为按户计量收费的达到了 70%，德国为 90%[4]。丹麦通过一系列综合措施，如实施按户计量收费和热电联产等，使能量消费者在 1980 年到 1990 年期间大幅度上升，但能耗却有所下降，对环境污染也出现下降趋势。因此，按户计量供热收费已经成为欧洲国家供热发展行业的主流。
1.2.2 国内发展现状
目前我国能源供应人均占有量还很低，随着社会主义市场经济体制的逐步完善，能源发展与人口增长的矛盾更加突出，我国供热计量体制也正发生变革。20 世纪 90 年代初期，受西欧国家影响，我国开始逐渐探索供热计量技术，了解一些分户热计量的方法、恒温阀计量装置等，不断探索供热计量在中国供暖系统应用的可靠性[7]。2000 年以后，我国为了规范我国供热计量的发展，主要从完善热计量法规政策、先行试点和工程改造三方面来探索我国供热计量改革。
2000 年以后，为保证热计量改革顺利进行，我国相继颁布了关于推广完善热计量的政策法规。
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第二章 软件系统开发平台介绍
LabVIEW 是美国 NI(国家仪器)公司推出的软件平台，编程界面友好，代码开发形象直观。它的核心概念是“软件即是仪器”，直接面向工程应用，是测控和工业自动化领域中使用最为广泛的编程语言[9]。以计算机为基础，在其支持下具有测量仪器硬件所拥有的控制面板功能以及通信功能。其软件开发集成环境具备强大的分析处理、仪器控制功能和图形化数据采集的能力。虚拟仪器技术标志着仪器发展的新方向，它的出现是仪器发展史上的一场革命，产生的巨大影响主要表现在对科学技术的发展和工业生产上。
LabVIEW 是一门图形化的编程语言，这是它最显著的特点。图形化代码是经过多年对工程师和科学家的设计习惯进行结合而创造出来的[10]。LabVIEW 自身有许多控件、工具包和函数，可应用于许多方面，提供多种 I/O 接口，可以和多种硬件进行连接，从而进行相关的实验和应用。本论文设计的这套热计量监管系统，是在最适合做数据采集控制和处理的软件平台 LabVIEW2012 上开发的。它技术起点比较高，数据波形显示形象逼真，数据处理速度比较快，软件开发周期短，图形化程序易读、易懂、易扩展，可移植性好。
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LabVIEW 开发的程序称之为虚拟仪器程序，主要包括前面板、程序框图和图标/连接端口三个部分。前面板即是图形界面显示窗口，相当于 GUI。前面板是需要放置各种控件的，如图形图表、仪表盘、滚动条等控件，所有这些显示控件可以通过菜单栏的“工具”菜单调出。程序框图相当于文本编译器，是用户根据逻辑关系进行相关程序编写的地方。和常规文本式编程语言不同的是代码完全是图形化的，将需要的函数拖到程序框图上，根据需要实现的功能把函数连接起来，比文本语言直观很多。图标/连接器指定了 VI 程序中数据流进、流出的路径，每个 VI都有自己特定图标/连接器，主要用来区别其它 VI，程序设计者可以自定义设计、修改这个图标。图标/连接端口位于前面板右上角处，通过定义 VI 的输入和输出，能够生成子 VI，其他 VI 可以对其进行调用。一个典型的 VI 如图 2-1 所示。
LabVIEW 编程环境有以下几个特点
(1)数千个内置控件：在前面板控件选板中有数千个内置控件，如数值、布尔、下拉列表和枚举、图形和 I/O 函数等，用户可以通过拖放控件图标，来设计专业的用户界面；
(2)大量内置函数：在程序框图函数选板中有大量函数，如结构、数组、字符串和波形等，用户可以对它们进行可交互式地编辑控制，创建应用程序；
(3)图形代码编译器：LabVIEW 本身内置了图形代码编译器，在编写程序的同时，后台自动完成编译，如果出现语法错误，能够自动进行提示报错，交互调试方便；
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3.1 并联型生产者/消费者程序设计 .............................17
3.1.1 第一套生产者/消费者程序设计 ..........................19
第四章 热计量系统软件设计与实现..............................26
4.1 登陆系统模块...........................................27
4.1.1 登陆界面..............................................27
4.1.2 登录功能实现 ........................................27
4.2 XControl 显示控件设计..................................30
第五章 总结与展望 ..........................................73
第四章 热计量系统软件设计与实现
(1)实时监测功能：通过以太网对所有的楼栋集中器进行监测，能对楼栋集中器采集到的户用热量表数据进行随时更新。
(2)远程控制功能：对临界欠费的热用户，上位机服务器通过以太网能够向集中器管辖的户用热量表发送命令关闭户用热量表，停止对其供暖。
(3)数据存储功能：热计量系统具有存储集中器运行状态和热量数据的功能。
(4)故障报警功能：当数据采集设备异常或用户余额不足时，立即报警。
(5)报表打印功能：对热用户的基本信息、热量和热费情况生成报表表单。
(6)系统管理功能：管理员能够对数据进行监测和查询。高级管理员还可以编辑发布公告。
本系统从用户体验的角度出发，将热计量监管平台的功能划分为五个模块，分别是登陆系统、监测中心、数据库、故障报警和系统管理，功能模块如图 4-1所示，下面我们将详细介绍各功能模块的设计与实现[19-20]。
登录系统是软件系统的组成部分之一，其重要性不言而喻。近年来，为了防止数据泄露，网络安全问题越来越受到重视，登录系统作为软件开发必不可少的一个功能模块，，起到的主要作用是限制非操作人员操作系统，保护数据。
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第五章 总结与展望
本设计所做的主要工作，首先介绍课题的研究背景和国内外发展现状，介绍了系统软件开发平台。紧接着对适合本平台并联型的生产者/消费者架构进行了设计，主要介绍了该架构设计方法、任务分布和停止原理。设计了系统的各功能模块部分，包括监测中心、故障报警、数据库操作、打印报表、登陆系统、XControl 控件设计及界面设计等，分别对各模块的设计流程、程序代码编写及前面板界面做了详细介绍，最后结合本文编写的程序给出了打包的原理及方法。
本文重点对系统的主要功能进行了研究，基本达到了预定的要求，但是由于经验有限，该系统还存在一些问题有待进一步完善。下一步需要做的工作有以下几个方面：
一是上位机人机交互界面有待完善。本文中设计的自定义控件数量有限，需要根据用户要求不断完善控件及界面设计，为用户提供一个更美观、方便、舒适的界面。
二是对数据库进行完善。系统运行一段时间后，数据库中持续添加、删除、修改记录，会对其物理存储造成影响，使得数据库存储空间的利用率降低，从而降低性能，在后续工作中需要对数据库不断进行改进，在后期应该建立错误日志。
三是添加 C/S 架构，应用此种模式方便用户对热数据进行远程查询，也方便局域网内用户的管理，提高热计量系统的效率。
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参考文献（略）本文编号：44500
本文链接：https://www.wllwen.com/wenshubaike/caipu/44500.html
