建筑外窗保溫性能檢測(cè)裝置測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、建筑外窗保溫性能檢測(cè)裝置測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1概述 建筑耗能數(shù)量大，比例高，發(fā)達(dá)國(guó)家建筑用能比例一般為全國(guó)總能耗的3040，所占能耗比重很大。在我國(guó)，建筑能耗占全社會(huì)總能耗的27.6，而民用建筑能耗中住宅能耗占60。與之對(duì)應(yīng)，建筑節(jié)能潛力巨大。 建筑節(jié)能，冬季建筑外窗散熱是一個(gè)大問題。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑外窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法(GBT84842002)，要求檢測(cè)建筑外窗的傳熱系數(shù)，判定建筑外窗的保溫性能等級(jí)。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中采用的檢測(cè)設(shè)備如圖1所示。 該裝置是1概述 建筑耗能數(shù)量大，比例高，發(fā)達(dá)國(guó)家建筑用能比例一般為全國(guó)總能耗的3040，所占能耗比重很大。在我國(guó)，建筑能耗占全社會(huì)總能耗的27.6，而民用

2、建筑能耗中住宅能耗占60。與之對(duì)應(yīng)，建筑節(jié)能潛力巨大。 建筑節(jié)能，冬季建筑外窗散熱是一個(gè)大問題。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑外窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法(GBT84842002)，要求檢測(cè)建筑外窗的傳熱系數(shù)，判定建筑外窗的保溫性能等級(jí)。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中采用的檢測(cè)設(shè)備如圖1所示。 該裝置是基于穩(wěn)定傳熱原理，采用標(biāo)定熱箱法檢測(cè)窗戶保溫性能。試件一側(cè)為熱箱，模擬采暖建筑冬季室內(nèi)氣候條件，另一側(cè)為冷箱，模擬冬季室外氣候條件。在對(duì)試件縫隙進(jìn)行密封處理，試件兩側(cè)各自保持穩(wěn)定的空氣溫度、氣流速度和熱輻射條件下，測(cè)量熱箱中電暖氣的發(fā)熱量，減去通過熱箱外壁和試件框的熱損失，除以試件面積與兩側(cè)空氣溫差的乘積，即可計(jì)算出試件的傳熱系數(shù)K值

3、(K值為在穩(wěn)定傳熱條件下，外窗兩側(cè)空氣溫差為1，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的傳熱量以W(m2K)計(jì)。試件傳熱系數(shù)K值按下式計(jì)算：式中：Q為電暖氣的發(fā)熱功率；M11為熱箱外壁的熱損失；M22為試件框的熱損失；S3為填充板的熱損失；A為試件的面積；t試件兩側(cè)的溫差。2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 國(guó)標(biāo)中要求熱箱空氣溫度的設(shè)定范圍為1820，冷箱空氣溫度的設(shè)定范圍為-19-21，所以裝置中需要兩臺(tái)溫度控制儀表，分別用來控制熱室和冷室內(nèi)的溫度。另外，檢測(cè)過程中需要用到多個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)的溫度值和電暖氣的加熱功率，故裝置中還需要一臺(tái)32路溫度巡檢儀表和一臺(tái)功率計(jì)。以上智能儀表作為整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的從機(jī)部分，主機(jī)部分為通用微型計(jì)算機(jī)，

4、兩者通過半雙工RS-232RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線接口通信，采用雙絞線進(jìn)行信號(hào)傳輸。在這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，作為下位機(jī)的智能儀表完成測(cè)量控制功能，便于快速構(gòu)造系統(tǒng)并保證測(cè)控精度。 由于從機(jī)部分的儀表較多，并且通信協(xié)議和通信接口不一致，故系統(tǒng)采用多串口通信。功率計(jì)為RS-232接口，故單獨(dú)為其分配一個(gè)串口；32路溫度巡檢儀和兩個(gè)溫度控制儀為RS-485接口，而PC一般只有RS-232接口，需要RS-232RS-485接口轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)的總體硬件框圖如圖2所示。巡檢儀按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)外接的溫度傳感器采用銅一康銅熱電偶，要求的溫度測(cè)點(diǎn)很多，所以同類溫度測(cè)點(diǎn)的熱電偶可以并聯(lián)。具體裝置尺寸及材質(zhì)、熱箱外壁和試件框熱流系數(shù)

5、標(biāo)定、試件框的面積劃分、溫度測(cè)點(diǎn)的分布、熱電偶的篩選和校驗(yàn)等詳細(xì)要求請(qǐng)參見有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。3系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)軟件總體框圖如圖3所示。它充分利用了Windows系統(tǒng)允許多進(jìn)程、多線程的編程特點(diǎn)，開辟了兩個(gè)線程；還利用了VC+的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，把有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其操作完全封裝類中。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能有下位機(jī)數(shù)據(jù)采集、主界面顯示、實(shí)時(shí)曲線顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、歷史曲線顯示、檢測(cè)結(jié)果測(cè)定、檢測(cè)報(bào)告和歷史報(bào)告記錄的瀏覽及打印、數(shù)據(jù)庫清理及維護(hù)等。3.1多線程 系統(tǒng)軟件的進(jìn)程分成兩個(gè)線程：主線程(用戶界面線程)和通信線程(輔助線程)。主線程定時(shí)啟動(dòng)通信線程，通信線程執(zhí)行完一次通信任務(wù)后掛起。主線程能夠提供界

6、面和用戶交互，通常用于處理用戶輸入并響應(yīng)各種事件和消息，而通信線程主要用來進(jìn)行上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信。主線程由AppWizard生成，下面主要介紹通信線程的設(shè)計(jì)。 要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)線程，需要調(diào)用函數(shù)AfxBeginThread。該函數(shù)因參數(shù)重載不同而具有兩種版本，分別對(duì)應(yīng)輔助線程和用戶界面線程。無論是輔助線程還是用戶界面線程，都需要指定額外的參數(shù)以修改優(yōu)先級(jí)、堆棧大小、創(chuàng)建標(biāo)志和安全特性等。函數(shù)AfxBeginThread返回指向CWinThread類對(duì)象的指針。同樣，在CMain-View的構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用AfxBeginThread函數(shù)： 在啟動(dòng)通信線程之前，必須為線程的主程序編寫一個(gè)全局函數(shù)。

7、這個(gè)函數(shù)應(yīng)該返回一個(gè)UINT，它應(yīng)該以一個(gè)32位值(聲明為IPVOID)作為參數(shù)。在啟動(dòng)線程的時(shí)候，可以使用這個(gè)參數(shù)來傳遞任何東西，在AfxBeginThread函數(shù)中傳遞的是this-GetDocument()(文檔類的指針)，這樣就可以在輔助線程中使用文檔類的數(shù)據(jù)。在輔助線程中，要采集下位機(jī)數(shù)據(jù)，然后掛起線程，等待定時(shí)器OnTimer函數(shù)恢復(fù)線程。3.2串口通信輔助線程的主要工作是PC通過串口采集下位機(jī)數(shù)據(jù)，PC機(jī)的Windows操作系統(tǒng)不提倡應(yīng)用程序直接控制硬件，而是通過Windows操作系統(tǒng)提供的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。基于上述特點(diǎn)，結(jié)合本系統(tǒng)多串口通信的特點(diǎn)，使用Visual C

8、+6.0集成開發(fā)環(huán)境下封裝好的串口類CSerialPort來設(shè)計(jì)串口通信。本系統(tǒng)使用兩個(gè)串口，串口3用于與功率計(jì)之間的通信，串口4用于與巡檢儀及溫控儀之間的通信。 從機(jī)通信協(xié)議以巡檢儀為例簡(jiǎn)述如下：波特率設(shè)置為2 400 bits，幀格式為1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位。巡檢儀采用ASCII碼傳輸，其下傳命令幀格式如表1所示，儀表返回?cái)?shù)據(jù)幀如圖4所示。每個(gè)通道的測(cè)量值為16位二進(jìn)制，最高位為測(cè)量值的符號(hào)標(biāo)志位，1為負(fù)，0為正。接收到返回?cái)?shù)據(jù)后，在程序中按照協(xié)議對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。 使用CSerialPort類實(shí)現(xiàn)雙串口通信，先要在對(duì)象所有者窗口類頭文件(.H)中聲明兩個(gè)CSerialPor

9、t的對(duì)象，然后調(diào)用該類的InitPort函數(shù)(主要完成串口號(hào)選擇、波特率設(shè)置等串口的初始化設(shè)置)，并啟動(dòng)監(jiān)視串口的工作線程。之后串口接到數(shù)據(jù)后，會(huì)以消息的形式發(fā)送到串口的所有者窗口中，只要在該窗口中加入對(duì)這些消息的響應(yīng)即可。 數(shù)據(jù)發(fā)送可以使用CSerialPort：WriteToPort(char*string)函數(shù)，鑒于本系統(tǒng)中的通信協(xié)議都采用BYTE數(shù)據(jù)類型進(jìn)行傳送，故把該函數(shù)修改為Serial-Port：WriteToPort(BYTE bWriteBuffer，int nWfite-BufferSize)，bWriteBuffer為要發(fā)送的數(shù)據(jù)，nWfite-BufferSize為要發(fā)

10、送的字節(jié)個(gè)數(shù)。 數(shù)據(jù)接收需要添加消息響應(yīng)函數(shù)，首先要在對(duì)象所有者窗口類頭文件(.H)中加入串口接收的響應(yīng)函數(shù)聲明。由于沒有自動(dòng)的消息映射機(jī)制，必須在消息映射機(jī)制的標(biāo)志處手工添加： 本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中建立了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和檢測(cè)結(jié)果3張表，故相應(yīng)用到3個(gè)CRecordset的派生類，通過這些派生類的對(duì)象調(diào)用類中的成員函數(shù)，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的添加、編輯、刪除、查詢等操作。4系統(tǒng)功能及其實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)功能較多，下面主要介紹主界面、測(cè)量界面功能的實(shí)現(xiàn)。4.1主界面 國(guó)標(biāo)規(guī)定熱箱中溫度波動(dòng)幅度不大于0.1，冷箱中溫度波動(dòng)幅度不大于0.3，并且上述溫度的波動(dòng)不再是單向的，才表示傳熱過程穩(wěn)定，然后方可進(jìn)行后續(xù)的測(cè)量，

11、所以設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行后的主界面如圖6所示。圖中，左側(cè)實(shí)時(shí)顯示熱箱、冷箱、試件框等溫度測(cè)點(diǎn)的溫度值，右側(cè)繪制熱箱內(nèi)溫度、冷箱內(nèi)溫度和供電電壓的曲線，具體某一點(diǎn)的數(shù)據(jù)還可以通過時(shí)間游標(biāo)來查看，并且在后臺(tái)程序中對(duì)國(guó)標(biāo)所要求的溫度條件進(jìn)行判斷，如果滿足，則彈出消息框給出提示，便可進(jìn)入其他界面進(jìn)行下一步的檢測(cè)。4.2測(cè)量界面 傳熱過程穩(wěn)定之后，每隔30 min測(cè)量一次參數(shù)：電暖氣加熱功率、熱箱空氣平均溫度、冷箱空氣平均溫度、熱箱外壁內(nèi)外表面面積加權(quán)平均溫度之差、試件框熱側(cè)冷側(cè)表面面積加權(quán)平均溫度之差和填充板兩表面的平均溫差，共測(cè)6次。測(cè)量界面設(shè)計(jì)如圖7所示。進(jìn)入該界面后將每隔30 min自動(dòng)測(cè)量一次上述參數(shù)，測(cè)量完畢后將彈出消息框給出提示。設(shè)計(jì)中為了實(shí)際檢測(cè)方便，增加了“手動(dòng)測(cè)量”按鈕，點(diǎn)擊一次該按鈕將測(cè)量一次。測(cè)量完畢后點(diǎn)擊“計(jì)算結(jié)果”按鈕，將進(jìn)行參數(shù)求平均并計(jì)算檢測(cè)結(jié)果。另外，根據(jù)用戶需要增加了打印當(dāng)前數(shù)據(jù)的功能，點(diǎn)擊后進(jìn)行各參數(shù)及檢測(cè)結(jié)果的打印。測(cè)量完畢后，點(diǎn)擊“報(bào)告編輯”即進(jìn)入檢測(cè)報(bào)告編輯界面，進(jìn)行報(bào)