DS12887在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控中的應(yīng)用

0 引言

低壓配電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)變壓器遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端和監(jiān)控中心兩大部分組成。現(xiàn)場(chǎng)變壓器遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端安裝在變壓器現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)RS485通訊接口采集多功能電能表的數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器的電氣參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，再通過(guò)RS232通訊接口控制GPRS通訊模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)的采樣監(jiān)測(cè),監(jiān)控中心的服務(wù)器主機(jī)上，安裝了低壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件，通過(guò)GPRS Modem即可與數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)采集終端采用了定時(shí)、實(shí)時(shí)、故障三種數(shù)據(jù)傳輸模式，其中的定時(shí)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模式主要是通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS12887來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模式是利用DS12887的分鐘寄存器的刷新來(lái)采集多功能電能表的當(dāng)前數(shù)據(jù)；對(duì)定時(shí)數(shù)據(jù)采集模式是利用DS12887的分鐘寄存器是否為零來(lái)判斷每小時(shí)是否來(lái)到，每天采集存貯24組數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)采集終端根據(jù)時(shí)、分是否為零，判斷每天是否來(lái)到，從而給新的一天數(shù)據(jù)存貯單元清零；數(shù)據(jù)采集終端根據(jù)DS12887日期的變化，存貯7天的數(shù)據(jù)。上述數(shù)據(jù)采集功能的實(shí)現(xiàn)與DS12887的時(shí)鐘和日歷分不開的，時(shí)鐘和日歷貫穿于整個(gè)數(shù)據(jù)采集中，起著至關(guān)重要的作用。具有定時(shí)精度高、掉電保護(hù)、功能強(qiáng)大、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS12887日益受到用戶的青睞。

1 DS12887的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)

DS12887美國(guó)DALLAS公司推出的8位并行接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷芯片，利用CMOS技術(shù)制成。采用24引腳雙列直插式封裝，是由振蕩電路、分頻電路、周期中斷/方波選擇電路、14字節(jié)時(shí)鐘和控制單元、114字節(jié)的用戶非易失性RAM、十進(jìn)制/二制累加器、總線接口電路、內(nèi)部鋰電池等部分組成?；贒S12887的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，其主要功能特點(diǎn)如下：

⑴ 內(nèi)置一個(gè)鋰電池，斷電后能運(yùn)行十年以上而不丟失數(shù)據(jù)。

⑵ 具有計(jì)秒、分、時(shí)、日、月、年、星期信息，并有閏年補(bǔ)償功能。

⑶ 可編程用二進(jìn)制碼或BCD碼來(lái)表示時(shí)間、日歷和鬧鐘。

⑷ 可編程設(shè)置時(shí)間是12小時(shí)制或24小時(shí)制。

⑸ 具有Motorola和intel兩種總線時(shí)序選擇方式。

⑹ 具有128字節(jié)RAM，其中10個(gè)時(shí)鐘寄存器，4個(gè)控制寄存器和114字節(jié)的通用RAM單元，所有RAM單元都具有掉電保護(hù)功能，可用作非易失性RAM。

⑺ 可編程方波信號(hào)輸出。

⑻ 具有定鬧中斷、周期性中斷、時(shí)鐘更新周期結(jié)束中斷，三個(gè)中斷源可分別由軟件屏蔽。

2 DS12887的4個(gè)控制寄存器的使用方法

2.1 寄存器A（除D₇位只為讀外，其它位均可讀寫），如表1所列。

表1 寄存器A （table 1 a register）

UIP：刷新標(biāo)志。 UIP=1，表示正在進(jìn)行刷新； UIP=0，表示刷新在244μs內(nèi)不會(huì)發(fā)生，此時(shí)可對(duì)RAM區(qū)進(jìn)行讀寫操作。

DV₂ DV₁ DV₀=010時(shí)，打開晶振，并允許時(shí)鐘開始計(jì)時(shí)。

RS₃ RS₂ RS₁ RS₀用于選擇周期中斷或輸出方波頻率，當(dāng)其分別為0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出頻率為512Hz、256Hz、128Hz、64Hz、32Hz、16Hz、8Hz、4Hz、2Hz。當(dāng)RS₃ RS₂ RS₁ RS₀=0000時(shí)，禁止周期中斷和方波輸出。

2.2 寄存器B（可讀寫），如表2所列。

表2 寄存器B（table 2 b register）

SET=0，每秒計(jì)數(shù)一次；SET=1，禁止刷新。

PIE、AIE、VIE位均為1時(shí)，分別表示允許周期中斷、報(bào)警中斷和時(shí)鐘數(shù)據(jù)刷新結(jié)束中斷；

均為0時(shí)，表示禁止中斷產(chǎn)生。

SQWE=1，SQW端輸出由RS₃～RS₀位所設(shè)定的方波頻率信號(hào)；SQWE=0，SQW端保持低電平。

DM=1，日歷時(shí)鐘選用二進(jìn)制形式；DM=0，選用BCD碼形式。

24/12=1，時(shí)間模式選用24小時(shí)制；24/12=0，選用12小時(shí)制。

DSE=1，允許夏時(shí)制發(fā)生；DSE=0，禁止。

2.3 寄存器C（只讀），如表3所列。

表3 寄存器C（table 3 c register）

PF、AF、UF位均為1時(shí)，分別表示有周期中斷、報(bào)警中斷和刷新結(jié)束中斷產(chǎn)生；均為0時(shí)，表示無(wú)中斷產(chǎn)生。

IRQF：中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。IRQF=PF×PIE＋AF×AIE＋UF×UIE

IRQF=0，無(wú)中斷請(qǐng)求產(chǎn)生；IRQF=1，有中斷請(qǐng)求產(chǎn)生。IRQ端輸出低電平，讀寄存器C或

復(fù)位之后其所有標(biāo)志位均被清零。

2.4 寄存器D（只讀）, 如表4所列。

表4 寄存器D（table 4 d register）

VRT=0，表示DS12887芯片內(nèi)部鋰電池已耗盡，時(shí)間和RAM區(qū)信息無(wú)效；

VRT=1，信息有效。

3 硬件接口電路

DS12887在數(shù)據(jù)采集終端應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。使用W77E58帶雙串口的高性能單片機(jī)，其中一個(gè)串口采用MAX487來(lái)實(shí)現(xiàn)與多功能電能表的RS485接口，獲取低壓配電參數(shù)的數(shù)據(jù)；另一個(gè)串口采用MAX232來(lái)實(shí)現(xiàn)與GPRS Modem通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的收和發(fā)。

AT28C256 EEPROM實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的存貯。8255并行擴(kuò)展接口用于功能擴(kuò)展備用以及實(shí)現(xiàn)正常工作指示、備用電源指示、正在數(shù)據(jù)采集指示、正在遠(yuǎn)程通訊指示、事件報(bào)警指示。

圖1 數(shù)據(jù)采集終端的硬件結(jié)構(gòu)框圖

4 接口軟件

下面為DS12887時(shí)鐘芯片和77E58單片機(jī)的接口軟件，采用匯編語(yǔ)言編寫。低壓配電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)使用DS12887具有以下四種功能：一是以時(shí)間來(lái)存貯歷史數(shù)據(jù)，如存貯某年、某月、某日開始的歷史數(shù)據(jù)，可以連續(xù)保存7天的數(shù)據(jù)，第8天則把最前面的一天的數(shù)據(jù)覆蓋掉；二是以小時(shí)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)數(shù)據(jù)采集；三是以分鐘的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前數(shù)據(jù)采集；四是以某日是否變化來(lái)判斷新的一天是否來(lái)到。如某日變化則表明新的一天來(lái)到，則對(duì)新的一天中AT28C256對(duì)應(yīng)的RAM單元初始化。

4.1 有關(guān)的常量定義和RAM單元注釋

；；；；；； 13H ……當(dāng)前分鐘值（BCD碼）

SZ_addm equ 0f700H ；秒寄存器地址

SZ_addf equ 0f702H ；分寄存器地址

SZ_adds equ 0f704H ；時(shí)寄存器地址

SZ_addr equ 0f707H ；日寄存器地址

SZ_addy equ 0f708H ；月寄存器地址

SZ_addn equ 0f709H ；年寄存器地址

SZ_adda equ 0f70aH ；A寄存器地址

SZ_addb equ 0f70bH ；B寄存器地址

SZ_addc equ 0f70cH ；C寄存器地址

SZ_addd equ 0f70dH ；D寄存器地址

4.2 初始化時(shí)鐘芯片或時(shí)鐘設(shè)置

在低壓配電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中，具有通過(guò)GPRS Modem遠(yuǎn)程通訊對(duì)DS12887進(jìn)行初始化設(shè)置時(shí)鐘功能或讀時(shí)鐘等功能。單片機(jī)接收到的年、月、日、時(shí)、分、秒數(shù)據(jù)分別存于21H、22H、23H、24H、25H、26H RAM內(nèi)存單元中。

初始化時(shí)鐘設(shè)置子程序:

MOV DPTR，＃SZ_addb ；寄存器B的SET置“1”，禁止芯片內(nèi)部的刷新周期

MOV A ，＃82H ；

MOVX ＠DPTR，A ；

MOV DPTR，＃SZ_addn ；寫入年寄存器的數(shù)據(jù)

MOV A ， 21H ；

MOVX ＠DPTR，A ；

MOV DPTR，＃SZ_addy ；寫入月寄存器的數(shù)據(jù)

MOV A ， 22H ；

MOVX ＠DPTR，A ；

MOV DPTR，＃SZ_addr ；寫入日寄存器的數(shù)據(jù)

MOV A ， 23H ；

MOVX ＠DPTR，A ；

MOV DPTR，＃SZ_adds ；寫入時(shí)寄存器的數(shù)據(jù)

MOV A ， 24H ；

MOVX ＠DPTR，A ；

MOV DPTR，＃SZ_addf ；寫入分寄存器的數(shù)據(jù)

MOV A ， 25H ；

MOVX ＠DPTR，A ；

MOV DPTR，＃SZ_addm ；寫入秒寄存器的數(shù)據(jù)

MOV A ， 26H ；

MOVX ＠DPTR，A ；

MOV DPTR，＃SZ_adda ；初始化寄存器A，打開晶振開始計(jì)時(shí)，禁止中斷，

MOV A ， ＃20H ；禁止方波輸出。

MOVX ＠DPTR，A ；

MOV DPTR，＃SZ_addb ；寄存器B的SET置“0”，

MOV A ， ＃02H ；BCD碼格式，24小時(shí)制，允許時(shí)間刷新。

MOVX ＠DPTR，A ；

RET ；

4.3 從DS12887中讀取數(shù)據(jù)

讀數(shù)據(jù)子程序: MOV DPTR，＃SZ_adda ；讀出寄存器A中的內(nèi)容

MOVX A， ＠DPTR ；查詢VIP位，判斷芯片是否處于更新周期

JB ACC.7 ，XIN ；

MOV DPTR，＃SZ_addf ；讀分寄存器的值

MOVX A， ＠DPTR ；

CJNE A， 13H，SAMPLE ；判斷時(shí)間分寄存器是否更新，即1分鐘到否？

SJMP XIN ；未到

SAMPLE： 。。。。。。 ；到了，開始采集多功能表的數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

本文從實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS12887結(jié)構(gòu)原理入手，講述了該芯片的功能特點(diǎn)，使用方法。重點(diǎn)以DS12887與單片機(jī)77E58的硬件接口電路和軟件編程兩個(gè)方面為例，講述了DS12887在低壓配電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中是如何實(shí)現(xiàn)了定時(shí)和當(dāng)前數(shù)據(jù)采集功能的, 它應(yīng)用于江西省2002年省教育廳科技項(xiàng)目計(jì)劃課題《單相袖珍式多功能現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀》中, 課題編號(hào)為贛教科技[2002]01號(hào)1901,基金項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)為1萬(wàn)元,已于2005年6月完成科技成果鑒定。本文的創(chuàng)新點(diǎn)是巧妙地利用了DS12887時(shí)鐘芯片的功能,以實(shí)時(shí)運(yùn)行的時(shí)間為準(zhǔn)則, 實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)、定點(diǎn)、一天、歷史數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)，并且通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)經(jīng)供電局安裝運(yùn)行證明，運(yùn)行可靠，它能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄收電廠變壓器電能表的各種數(shù)據(jù)，值得推廣。

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