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建筑外窗保温性能检测装置测控系统的设计与实现
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张铁柱，符影杰，洪俊明
(东南大学自动化学院，江苏省南京市210096)
1概述
建筑耗能数量大，比例高，发达国家建筑用能比例一般为全国总能耗的30％～40％，所占能耗比重很大。在我国，建筑能耗占全社会总能耗的27.6％，而民用建筑能耗中住宅能耗占60％。与之对应，建筑节能潜力巨大。
建筑节能，冬季建筑外窗散热是一个大问题。国家标准《建筑外窗保温性能分级及检测方法》(GB／T8484―2002)，要求检测建筑外窗的传热系数，判定建筑外窗的保温性能等级。检测标准中采用的检测设备如图1所示。
该装置是基于稳定传热原理，采用标定热箱法检测窗户保温性能。试件一侧为热箱，模拟采暖建筑冬季室内气候条件，另一侧为冷箱，模拟冬季室外气候条件。在对试件缝隙进行密封处理，试件两侧各自保持稳定的空气温度、气流速度和热辐射条件下，测量热箱中电暖气的发热量，减去通过热箱外壁和试件框的热损失，除以试件面积与两侧空气温差的乘积，即可计算出试件的传热系数K值(K值为在稳定传热条件下，外窗两侧空气温差为1℃，单位时间内通过单位面积的传热量以W／(m2·K)计。试件传热系数K值按下式计算：
式中：Q为电暖气的发热功率,M1△θ1为热箱外壁的热损失,M2△θ2为试件框的热损失,S·Λ·△θ3为填充板的热损失,A为试件的面积,△t试件两侧的温差。
2系统硬件结构
国标中要求热箱空气温度的设定范围为18℃～20℃，冷箱空气温度的设定范围为-19℃～-21℃，所以装置中需要两台温度控制仪表，分别用来控制热室和冷室内的温度。另外，检测过程中需要用到多个温度测点的温度值和电暖气的加热功率，故装置中还需要一台32路温度巡检仪表和一台功率计。以上智能仪表作为整个测控系统的从机部分，主机部分为通用微型计算机，两者通过半双工RS-232／RS-485标准总线接口通信，采用双绞线进行信号传输。在这种系统结构下，作为下位机的智能仪表完成测量控制功能，便于快速构造系统并保证测控精度。
由于从机部分的仪表较多，并且通信协议和通信接口不一致，故系统采用多串口通信。功率计为RS-232接口，故单独为其分配一个串口,32路温度巡检仪和两个温度控制仪为RS-485接口，而PC一般只有RS-232接口，需要RS-232／RS-485接口转换器。系统的总体硬件框图如图2所示。巡检仪按国家标准外接的温度传感器采用铜一康铜热电偶，要求的温度测点很多，所以同类温度测点的热电偶可以并联。具体装置尺寸及材质、热箱外壁和试件框热流系数标定、试件框的面积划分、温度测点的分布、热电偶的筛选和校验等详细要求请参见有关国家标准。
3系统软件结构
系统软件总体框图如图3所示。它充分利用了Windows系统允许多进程、多线程的编程特点，开辟了两个线程,还利用了VC++的面向对象的设计思想，把有关的数据结构及其操作完全封装类中。系统主要实现的功能有下位机数据采集、主界面显示、实时曲线显示、数据存储、历史曲线显示、检测结果测定、检测报告和历史报告记录的浏览及打印、数据库清理及维护等。
3.1多线程
系统软件的进程分成两个线程：主线程(用户界面线程)和通信线程(辅助线程)。主线程定时启动通信线程，通信线程执行完一次通信任务后挂起。主线程能够提供界面和用户交互，通常用于处理用户输入并响应各种事件和消息，而通信线程主要用来进行上位机与下位机之间的通信。主线程由AppWizard生成，下面主要介绍通信线程的设计。
要创建一个线程，需要调用函数AfxBeginThread。该函数因参数重载不同而具有两种版本，分别对应辅助线程和用户界面线程。无论是辅助线程还是用户界面线程，都需要指定额外的参数以修改优先级、堆栈大小、创建标志和安全特性等。函数AfxBeginThread返回指向CWinThread类对象的指针。同样，在CMain-View的构造函数中调用AfxBeginThread函数：
在启动通信线程之前，必须为线程的主程序编写一个全局函数。这个函数应该返回一个UINT，它应该以一个32位值(声明为IPVOID)作为参数。在启动线程的时候，可以使用这个参数来传递任何东西，在AfxBeginThread函数中传递的是this->GetDocument()(文档类的指针)，这样就可以在辅助线程中使用文档类的数据。在辅助线程中，要采集下位机数据，然后挂起线程，等待定时器OnTimer函数恢复线程。
3.2串口通信
辅助线程的主要工作是PC通过串口采集下位机数据，PC机的Windows操作系统不提倡应用程序直接控制硬件，而是通过Windows操作系统提供的设备驱动程序来进行数据传递
