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)場變壓器遠程數(shù)據(jù)采集終端和監(jiān)控中心兩大部分組成。現(xiàn)場變壓器遠程數(shù)據(jù)采集終端安裝在變壓器現(xiàn)場，通過RS485通訊接口采集多功能電能表的數(shù)據(jù)，對變壓器的電氣參數(shù)進行數(shù)據(jù)處理并存儲數(shù)據(jù)，再通過RS232通訊接口控制GPRS通訊模塊實現(xiàn)遠程無線數(shù)據(jù)的采樣監(jiān)測,監(jiān)控中心的服務(wù)器主機上，安裝了低壓配電網(wǎng)臺區(qū)實時監(jiān)測軟件，通過GPRS Modem即可與數(shù)據(jù)采集終端進行通信。數(shù)據(jù)采集終端采用了定時、實時、故障三種數(shù)據(jù)傳輸模式，其中的定時和實時數(shù)據(jù)采集模式主要是通過實時時鐘DS12887來實現(xiàn)的。對實時數(shù)據(jù)采集模式是利用DS12887的分鐘寄存器的刷新來采集多功能電能表的當(dāng)前數(shù)據(jù)；對定時數(shù)據(jù)采集模式是利用DS12887的分鐘寄存器是否為零來判斷每小時是否來到，每天采集存貯24組數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)采集終端根據(jù)時、分是否為零，判斷每天是否來到，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)采集功能的實現(xiàn)與DS12887的時鐘和日歷分不開的，時鐘和日歷貫穿于整個數(shù)據(jù)采集中，起著至關(guān)重要的作用。具有定時精度高、掉電保護、功能強大、使用靈活等優(yōu)點，因此實時時鐘DS12887日益受到用戶的青睞。

1 DS12887的結(jié)構(gòu)和功能特點

DS12887美國DALLAS公司推出的8位并行接口實時時鐘/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)時鐘和控制單元、114字節(jié)的用戶非易失性RAM、十進制/二制累加器、總線接口電路、內(nèi)部鋰電池等部分組成。基于DS12887的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，其主要功能特點如下：

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

⑵ 具有計秒、分、時、日、月、年、星期信息，并有閏年補償功能。

⑶ 可編程用二進制碼或BCD碼來表示時間、日歷和鬧鐘。

⑷ 可編程設(shè)置時間是12小時制或24小時制。

⑸ 具有Motorola和intel兩種總線時序選擇方式。

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

⑺ 可編程方波信號輸出。

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

2 DS12887的4個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，表示正在進行刷新； UIP=0，表示刷新在244μs內(nèi)不會發(fā)生，此時可對RAM區(qū)進行讀寫操作。

DV₂ DV₁ DV₀=010時，打開晶振，并允許時鐘開始計時。

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，對應(yīng)輸出頻率為512Hz、256Hz、128Hz、64Hz、32Hz、16Hz、8Hz、4Hz、2Hz。當(dāng)RS₃ RS₂ RS₁ RS₀=0000時，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，每秒計數(shù)一次；SET=1，禁止刷新。

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

均為0時，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；SQWE=0，SQW端保持低電平。

DM=1，日歷時鐘選用二進制形式；DM=0，選用BCD碼形式。

24/12=1，時間模式選用24小時制；24/12=0，選用12小時制。

DSE=1，允許夏時制發(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，分別表示有周期中斷、報警中斷和刷新結(jié)束中斷產(chǎn)生；均為0時，表示無中斷產(chǎn)生。

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

IRQF=0，無中斷請求產(chǎn)生；IRQF=1，有中斷請求產(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，時間和RAM區(qū)信息無效；

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，其中一個串口采用MAX487來實現(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)；另一個串口采用MAX232來實現(xiàn)與GPRS Modem通訊，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的收和發(fā)。

AT28C256 EEPROM實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的存貯。8255并行擴展接口用于功能擴展備用以及實現(xiàn)正常工作指示、備用電源指示、正在數(shù)據(jù)采集指示、正在遠程通訊指示、事件報警指示。

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時鐘芯片和77E58單片機的接口軟件，采用匯編語言編寫。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：一是以時間來存貯歷史數(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；二是以小時的變化來實現(xiàn)定點數(shù)據(jù)采集；三是以分鐘的變化來實現(xiàn)當(dāng)前數(shù)據(jù)采集；四是以某日是否變化來判斷新的一天是否來到。如某日變化則表明新的一天來到，則對新的一天中AT28C256對應(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 初始化時鐘芯片或時鐘設(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GPRS Modem遠程通訊對DS12887進行初始化設(shè)置時鐘功能或讀時鐘等功能。單片機接收到的年、月、日、時、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，打開晶振開始計時，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小時制，允許時間刷新。

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

本文從實時時鐘DS12887結(jié)構(gòu)原理入手，講述了該芯片的功能特點，使用方法。重點以DS12887與單片機77E58的硬件接口電路和軟件編程兩個方面為例，講述了DS12887在低壓配電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中是如何實現(xiàn)了定時和當(dāng)前數(shù)據(jù)采集功能的, 它應(yīng)用于江西省2002年省教育廳科技項目計劃課題《單相袖珍式多功能現(xiàn)場校驗儀》中, 課題編號為贛教科技[2002]01號1901,基金項目經(jīng)費為1萬元,已于2005年6月完成科技成果鑒定。本文的創(chuàng)新點是巧妙地利用了DS12887時鐘芯片的功能,以實時運行的時間為準(zhǔn)則, 實現(xiàn)了瞬時、定點、一天、歷史數(shù)據(jù)的采集與存儲，并且通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了遠程監(jiān)測。該系統(tǒng)經(jīng)供電局安裝運行證明，運行可靠，它能實現(xiàn)遠程抄收電廠變壓器電能表的各種數(shù)據(jù)，值得推廣。

參考文獻

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