系统软件设计 - CS5460A在单灯监控系统中的应用

2 系统软件设计
2．1 MC13213程序
    MC13213的程序设计方案包括动态连接网络，数据采集和应用控制程序。动态连接网络负责查询网络设备，建立通信链路。数据采集包括路灯状态的采集、处理及保存。应用控制程序负责执行控制命令等功能。其中对路灯状态采集通过CS5460A获得。对CS5460A的操作主要包括CS5460A的校准，I／O口模拟的SPI接口初始化，CS5460A初始化，电压有效值寄存器、电流有效值寄存器及有功功率寄存器的数据读取。MC13213对CS5460A的操作流程如图4所示。

2．2 I／O口模拟SPI
    (1)字节发送
    MC13213的I／O端口PTA3为时钟信号线(SCLK)，PTA2是数据信号输出线(SDO)。在PTA3制造一个电平变化，输出数据data的高位BIT7，data中的数据依次右移一位，再将PTA3的电平变化一次，又一次输出data的高位。这时，输出的就是原来data中的次高位BIT6位，如此重复，data右移8次就完成了一个字节的输出。
    (2)字节接收
    同样的原理，把PTA3的输出电平拉高，制造一个高电平，检测输入脚PTA1(SDI)的电平，记入data中，把PTA3的输出电平拉低，就完成了一个字节位的接收。然后将PTA3的输出电平拉高，制造一个高电平，再次检测输入脚PTA1的电平记入data中，如此8次后就收到了一个字节。
2．3 CS5460A校准
    为了提高CS5460A的实际测量准确度，在开始测量前要对其进行校准。CS5460A提供DC偏移校准，AC偏移校准以及AC增益校准。用户通过设置校准命令字中的相应位来决定执行哪种校准。但不管是哪种校准都有两种模式：系统偏移校准和系统增益校准。偏移校准时需提供零电压和零电流信号，最后得到的实际测量值=线性值+偏移值。系统偏移校准采用CS5460A内部偏移校准。
    最初系统增益校准采用了CS5460A内部增益校准，即向增益寄存器写入校准值，但经过实测发现对于本系统随着电流的变化，采用此种校准方法得到的电流值线性度极差，无法达到使用要求。最终决定使用外部增益校准。增益校准实质是乘法运算的调整，得到的实际测量值=线性值×增益值。在实验中给出标准的5 A电流及220 V电压来进行外部手动校准，最终得到的Vgain=0x0166，Igain=0x015D，即：
    实际测量电压值=线性电压值×(0x0166／0x00FF)
    实际测量电流值=线性电流值×(0x015D／0x00FF)
2．4 CS5460A初始化
    CS5460A的工作时钟MCIK选定为11．059 2 MHz，分频系数K设为1，循环计数寄存器的N值设为4000，则一个基本的计算周期为(1024×N)／(MCLK／K)=1／2．7 s。
    当CS5460A上电后，首先给复位脉冲到RESET引脚，然后再初始化CS5460A。CS5460A与MC13213的接口非常简单，但它的初始化命令较多，在使用上有一定的技巧，如使用不当有时可能初始化不成功，引起芯片的转换出错，使系统不能正常工作。所以在使用过程中将初始化过程反复凋试，编成通用子程序，使用时调用，可确保每次运行的准确、可靠。CS5460A初始化流程如图5所示。

3 实测结果
    照明监控系统中对单灯的状态监控包括末端电压监控及单灯电流监控，即每条回路上只需一个末端电压监控的单灯，其他单灯监控电流状态。采集到的是电压和电流的有效值。CS5460A采集的电压和电流的有效A／D值到十进制的实际值的换算公式如下：
     Vo=V／FFFF×300／0．6 Io=I／FFFF×5／0．6
    通过实测得到的电压值结果如表1所列。