第一章 緒 論

1.1 課題研究背景及意義
1.1.1 課題研究背景
目前我國大部分供暖建筑仍然按照采暖面積直接收費，這種收費制度存在很多弊端：
(1)對于供熱單位來說，由于按采暖面積收費使“熱”商品存在壟斷性，影響了供熱單位的供熱積極性，從而相應導致供熱質(zhì)量有所下降。一方面用戶埋怨供熱質(zhì)量差而不愿交費，另一方面，供熱單位由于熱費收繳率低而不能保證供熱質(zhì)量，久而久之，形成惡性循環(huán)，不利于供熱單位的正常運轉(zhuǎn)；
(2)對于熱用戶來說，采暖量的多少不受經(jīng)濟利益的約束，熱費和供熱質(zhì)量的好壞沒有直接聯(lián)系，室溫高了開窗散熱，造成很大資源浪費，室溫低了投訴，拒絕繳納熱費。由于按照采暖面積直接收費的方式不能使用熱量像水、電、煤氣一樣顯示出使用量來，容易引起用熱糾紛。
因此，進一步加快供暖體制的改革，替代原有的按面積收繳熱費的不合理狀況，研究新型熱計量收費監(jiān)管系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。在我國，分戶熱計量有著深厚的需求基礎(chǔ)，是我國實行供熱商品化、推行供熱體制改革的技術(shù)基礎(chǔ)，也是未來我國供熱改革的主要方向[1]。
1.1.2 課題研究意義
分戶熱計量堅持“統(tǒng)一監(jiān)管、自主調(diào)節(jié)、分戶計量”的原則，在能源和環(huán)境壓力日益加劇的大背景下，供熱收費由按用熱量收費取代直接按采暖面積收費這一變革，充分體現(xiàn)了價格杠桿的作用，符合我國社會主義市場經(jīng)濟的規(guī)律，對節(jié)能減排起到了根本促進作用。實施供熱計量改革，有助于提高住宅用戶的舒適度，實現(xiàn)社會可持續(xù)和諧發(fā)展。本課題的研究意義主要有[2-3]：
(1)分戶熱計量收費能夠直觀地顯示各用戶的用熱量，對于熱用戶來說，耗熱量與熱費掛鉤，易于理解和接受，可以減少用熱和熱費收繳糾紛。
(2)分戶熱計量允許熱用戶對用熱量進行自主調(diào)節(jié)，可以促進其通過自主調(diào)節(jié)提高室內(nèi)熱舒適度，增強其節(jié)能意識和積極性，從而達到真正意義上的節(jié)能。

(3)改善空氣污染。熱的商品性促使熱用戶在外出時自主調(diào)節(jié)閥門，減少熱能浪費，可以大大改善現(xiàn)在的霧霾空氣。

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1.2 國內(nèi)外供熱計量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀
從第一次石油危機爆發(fā)以來，國外發(fā)達國家尤其是北歐一些國家，對建筑節(jié)能的工作十分重視。計量收費從根本上可以說是一項因能源危機而被迫采取的節(jié)能措施。20 世紀 80 年代，歐洲國家普遍按照熱計量法規(guī)來執(zhí)行熱計量收費制度，雖然采用的熱計量法規(guī)有所不同，但熱計量儀表基本上在每個熱用戶都有安裝，并按用熱多少收費。在荷蘭，采暖系統(tǒng)為按戶計量收費的達到了 70%，德國為 90%[4]。丹麥通過一系列綜合措施，如實施按戶計量收費和熱電聯(lián)產(chǎn)等，使能量消費者在 1980 年到 1990 年期間大幅度上升，但能耗卻有所下降，對環(huán)境污染也出現(xiàn)下降趨勢。因此，按戶計量供熱收費已經(jīng)成為歐洲國家供熱發(fā)展行業(yè)的主流。
1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
目前我國能源供應人均占有量還很低，隨著社會主義市場經(jīng)濟體制的逐步完善，能源發(fā)展與人口增長的矛盾更加突出，我國供熱計量體制也正發(fā)生變革。20 世紀 90 年代初期，受西歐國家影響，我國開始逐漸探索供熱計量技術(shù)，了解一些分戶熱計量的方法、恒溫閥計量裝置等，不斷探索供熱計量在中國供暖系統(tǒng)應用的可靠性[7]。2000 年以后，我國為了規(guī)范我國供熱計量的發(fā)展，主要從完善熱計量法規(guī)政策、先行試點和工程改造三方面來探索我國供熱計量改革。

2000 年以后，為保證熱計量改革順利進行，我國相繼頒布了關(guān)于推廣完善熱計量的政策法規(guī)。

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第二章 軟件系統(tǒng)開發(fā)平臺介紹

2.1 LabVIEW 簡介
LabVIEW 是美國 NI(國家儀器)公司推出的軟件平臺，編程界面友好，代碼開發(fā)形象直觀。它的核心概念是“軟件即是儀器”，直接面向工程應用，是測控和工業(yè)自動化領(lǐng)域中使用最為廣泛的編程語言[9]。以計算機為基礎(chǔ)，在其支持下具有測量儀器硬件所擁有的控制面板功能以及通信功能。其軟件開發(fā)集成環(huán)境具備強大的分析處理、儀器控制功能和圖形化數(shù)據(jù)采集的能力。虛擬儀器技術(shù)標志著儀器發(fā)展的新方向，它的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命，產(chǎn)生的巨大影響主要表現(xiàn)在對科學技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)上。

LabVIEW 是一門圖形化的編程語言，這是它最顯著的特點。圖形化代碼是經(jīng)過多年對工程師和科學家的設(shè)計習慣進行結(jié)合而創(chuàng)造出來的[10]。LabVIEW 自身有許多控件、工具包和函數(shù)，可應用于許多方面，提供多種 I/O 接口，可以和多種硬件進行連接，從而進行相關(guān)的實驗和應用。本論文設(shè)計的這套熱計量監(jiān)管系統(tǒng)，是在最適合做數(shù)據(jù)采集控制和處理的軟件平臺 LabVIEW2012 上開發(fā)的。它技術(shù)起點比較高，數(shù)據(jù)波形顯示形象逼真，數(shù)據(jù)處理速度比較快，軟件開發(fā)周期短，圖形化程序易讀、易懂、易擴展，可移植性好。

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2.2 LabVIEW 編程環(huán)境
LabVIEW 開發(fā)的程序稱之為虛擬儀器程序，主要包括前面板、程序框圖和圖標/連接端口三個部分。前面板即是圖形界面顯示窗口，相當于 GUI。前面板是需要放置各種控件的，如圖形圖表、儀表盤、滾動條等控件，所有這些顯示控件可以通過菜單欄的“工具”菜單調(diào)出。程序框圖相當于文本編譯器，是用戶根據(jù)邏輯關(guān)系進行相關(guān)程序編寫的地方。和常規(guī)文本式編程語言不同的是代碼完全是圖形化的，將需要的函數(shù)拖到程序框圖上，根據(jù)需要實現(xiàn)的功能把函數(shù)連接起來，比文本語言直觀很多。圖標/連接器指定了 VI 程序中數(shù)據(jù)流進、流出的路徑，每個 VI都有自己特定圖標/連接器，主要用來區(qū)別其它 VI，程序設(shè)計者可以自定義設(shè)計、修改這個圖標。圖標/連接端口位于前面板右上角處，通過定義 VI 的輸入和輸出，能夠生成子 VI，其他 VI 可以對其進行調(diào)用。一個典型的 VI 如圖 2-1 所示。
LabVIEW 編程環(huán)境有以下幾個特點
(1)數(shù)千個內(nèi)置控件：在前面板控件選板中有數(shù)千個內(nèi)置控件，如數(shù)值、布爾、下拉列表和枚舉、圖形和 I/O 函數(shù)等，用戶可以通過拖放控件圖標，來設(shè)計專業(yè)的用戶界面；
(2)大量內(nèi)置函數(shù)：在程序框圖函數(shù)選板中有大量函數(shù)，如結(jié)構(gòu)、數(shù)組、字符串和波形等，用戶可以對它們進行可交互式地編輯控制，創(chuàng)建應用程序；

(3)圖形代碼編譯器：LabVIEW 本身內(nèi)置了圖形代碼編譯器，在編寫程序的同時，后臺自動完成編譯，如果出現(xiàn)語法錯誤，能夠自動進行提示報錯，交互調(diào)試方便；

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第三章 軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計.......................................17
3.1 并聯(lián)型生產(chǎn)者/消費者程序設(shè)計 .............................17
3.1.1 第一套生產(chǎn)者/消費者程序設(shè)計 ..........................19
第四章 熱計量系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)..............................26
4.1 登陸系統(tǒng)模塊...........................................27
4.1.1 登陸界面..............................................27
4.1.2 登錄功能實現(xiàn) ........................................27
4.2 XControl 顯示控件設(shè)計..................................30

第五章 總結(jié)與展望 ..........................................73

第四章 熱計量系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

熱計量系統(tǒng)整體采用上下位機的結(jié)構(gòu)，下位機主要負責采集數(shù)據(jù)以及與上位機進行通訊，上位機主要負責接收數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行一系列的操作。本文設(shè)計的熱計量軟件系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能如下：
(1)實時監(jiān)測功能：通過以太網(wǎng)對所有的樓棟集中器進行監(jiān)測，能對樓棟集中器采集到的戶用熱量表數(shù)據(jù)進行隨時更新。
(2)遠程控制功能：對臨界欠費的熱用戶，上位機服務器通過以太網(wǎng)能夠向集中器管轄的戶用熱量表發(fā)送命令關(guān)閉戶用熱量表，停止對其供暖。
(3)數(shù)據(jù)存儲功能：熱計量系統(tǒng)具有存儲集中器運行狀態(tài)和熱量數(shù)據(jù)的功能。
(4)故障報警功能：當數(shù)據(jù)采集設(shè)備異�；蛴脩粲囝~不足時，立即報警。
(5)報表打印功能：對熱用戶的基本信息、熱量和熱費情況生成報表表單。
(6)系統(tǒng)管理功能：管理員能夠?qū)?shù)據(jù)進行監(jiān)測和查詢。高級管理員還可以編輯發(fā)布公告。

本系統(tǒng)從用戶體驗的角度出發(fā)，將熱計量監(jiān)管平臺的功能劃分為五個模塊，分別是登陸系統(tǒng)、監(jiān)測中心、數(shù)據(jù)庫、故障報警和系統(tǒng)管理，功能模塊如圖 4-1所示，下面我們將詳細介紹各功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)[19-20]。

4.1 登陸系統(tǒng)模塊

登錄系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的組成部分之一，其重要性不言而喻。近年來，為了防止數(shù)據(jù)泄露，網(wǎng)絡(luò)安全問題越來越受到重視，登錄系統(tǒng)作為軟件開發(fā)必不可少的一個功能模塊，，起到的主要作用是限制非操作人員操作系統(tǒng)，保護數(shù)據(jù)。

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第五章 總結(jié)與展望

本文主要以石家莊鐵道大學某小區(qū)的熱量數(shù)據(jù)為研究對象，以 2013 年 9 月頒布的《河北熱計量收費標準》為依據(jù)，利用 LabVIEW 這種圖形化的編程語言，設(shè)計了一種熱計量系統(tǒng)監(jiān)管平臺，實現(xiàn)了監(jiān)管的系統(tǒng)化、規(guī)范化。
本設(shè)計所做的主要工作，首先介紹課題的研究背景和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺。緊接著對適合本平臺并聯(lián)型的生產(chǎn)者/消費者架構(gòu)進行了設(shè)計，主要介紹了該架構(gòu)設(shè)計方法、任務分布和停止原理。設(shè)計了系統(tǒng)的各功能模塊部分，包括監(jiān)測中心、故障報警、數(shù)據(jù)庫操作、打印報表、登陸系統(tǒng)、XControl 控件設(shè)計及界面設(shè)計等，分別對各模塊的設(shè)計流程、程序代碼編寫及前面板界面做了詳細介紹，最后結(jié)合本文編寫的程序給出了打包的原理及方法。
本文重點對系統(tǒng)的主要功能進行了研究，基本達到了預定的要求，但是由于經(jīng)驗有限，該系統(tǒng)還存在一些問題有待進一步完善。下一步需要做的工作有以下幾個方面：
一是上位機人機交互界面有待完善。本文中設(shè)計的自定義控件數(shù)量有限，需要根據(jù)用戶要求不斷完善控件及界面設(shè)計，為用戶提供一個更美觀、方便、舒適的界面。
二是對數(shù)據(jù)庫進行完善。系統(tǒng)運行一段時間后，數(shù)據(jù)庫中持續(xù)添加、刪除、修改記錄，會對其物理存儲造成影響，使得數(shù)據(jù)庫存儲空間的利用率降低，從而降低性能，在后續(xù)工作中需要對數(shù)據(jù)庫不斷進行改進，在后期應該建立錯誤日志。

三是添加 C/S 架構(gòu)，應用此種模式方便用戶對熱數(shù)據(jù)進行遠程查詢，也方便局域網(wǎng)內(nèi)用戶的管理，提高熱計量系統(tǒng)的效率。

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參考文獻（略）

本文編號：44500