iButton傳感器和溫度/濕度數(shù)據(jù)記錄器綜述

摘要：本應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了一款基本iButton數(shù)據(jù)記錄器，說明了該產(chǎn)品如何記錄溫度和/或濕度數(shù)據(jù)，并且給出了典型應(yīng)用實例。本文說明了數(shù)據(jù)記錄器的配置、測試，以及如何通過各種安全和電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證情況。iButton可編程數(shù)據(jù)記錄器使用靈活，可由用戶設(shè)置、為某應(yīng)用采集數(shù)據(jù)(該過程稱為“任務(wù)制訂”)。文章對任務(wù)制訂軟件進(jìn)行了討論，并給讀者提供了該軟件，說明了數(shù)據(jù)表述格式。

緒論

在商品交易中，需要保證客戶得到具有最佳品質(zhì)，并且新鮮的產(chǎn)品。對于多數(shù)商品交易，這就意味著在產(chǎn)品的整個壽命期間、在服務(wù)期間、或者在制造和交付的不同階段，連續(xù)跟蹤溫度和濕度極其關(guān)鍵。為適應(yīng)這種交易要求，Dallas Semiconductor開發(fā)了多款數(shù)字溫度計和溫度/濕度數(shù)據(jù)記錄器。

數(shù)字溫度計

iButton DS1920是一款數(shù)字溫度計，可顯示環(huán)境溫度或者其附著的物體的溫度。只要用一個1-Wire?探針輕觸DS1920就可顯示其周圍環(huán)境的溫度，測量范圍在-55°C到+100°C之間。

溫度數(shù)據(jù)記錄器

Thermochron?系列iButton器件支持全球?qū)ぶ?，是一種專門的“跟蹤器”，用來附著在工作環(huán)境溫度起伏不定的產(chǎn)品上，而不受產(chǎn)品工作地點變化的影響。Thermochron體積纖小、經(jīng)久耐用，可監(jiān)測時間和溫度，并保存這些數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以方便地上傳并進(jìn)行分析，以檢測溫度可能對產(chǎn)品造成的損害。

有多種iButton可供選擇，DS1921G、DS1921H和DS1921Z為標(biāo)準(zhǔn)Thermochron。DS1922L、DS1922T和1-Wire芯片DS2422是高容量Thermochron ，具有更大的存儲容量、更高的精度和分辨率。

Thermochron內(nèi)嵌的計算機芯片集成了一個1-Wire收/發(fā)器、一個全球唯一地址，一個溫度計、一個時鐘/日歷、一個歷史溫度記錄以及一個用來存儲用戶數(shù)據(jù)(如發(fā)貨單數(shù)據(jù))的512字節(jié)附加存儲器?？裳h(huán)使用的Thermochron能記錄超過10年的數(shù)據(jù)。

數(shù)字濕度計

Hygrochron? iButton (DS1923)在Thermochron溫度記錄功能的基礎(chǔ)上增加了一個嵌入式濕度傳感器。Hygrochron蓋上的微小開孔使用了一個特殊的過濾器，該過濾器允許水蒸氣通過并到達(dá)內(nèi)部濕度傳感器，但能阻止液相水進(jìn)入(圖1)。Hygrochron可同時獲取溫度和濕度數(shù)據(jù)，記錄相對濕度隨時間的變化。


圖1. Hygrochron數(shù)據(jù)記錄儀的微型外殼以及外部過濾器如何使水蒸汽進(jìn)入器件內(nèi)部濕度傳感器的說明

在溫度和濕度都很關(guān)鍵的應(yīng)用(如食品、化學(xué)品、粉料、HVAC系統(tǒng))中，Hygrochron表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，而且結(jié)構(gòu)異常緊湊，封裝便于攜帶。

堅固耐用的iButton幾乎可以附著在任何物品上

iButton的直徑為16mm (厚度相當(dāng)于5個疊在一起的十美分硬幣)，可以毫不起眼地附著在任何物體表面，如墻壁、瓶子、提包、板條箱、貨盤、空運集裝箱、冰箱、半托車、鐵路貨運車廂，等等。iButton的不銹鋼外殼可以承受污垢、濕氣侵蝕，以及各種嚴(yán)酷的處理。

電磁兼容(EMC)、安全和食品運輸認(rèn)證

所有的iButton數(shù)據(jù)記錄器都經(jīng)過了多個獨立實驗室的廣泛測試，通過了FCC和CE的電磁兼容(EMC)測試。DS1921G、DS1922H、DS1922T和DS1923通過了UL安全認(rèn)證(UL#913標(biāo)準(zhǔn))。這些器件都經(jīng)過認(rèn)證，為本質(zhì)安全設(shè)備，可以工作在危險場合中。 DS1921G和DS1922H還經(jīng)認(rèn)證達(dá)到了EN12830歐洲標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)包括了冷藏、冷凍、深度冷凍/速凍食品和冰淇淋的運輸、儲存和配送性能以及適用性測試。

多種數(shù)據(jù)存儲方式：記錄表和直方圖格式

Thermochron和Hygrochron iButton能夠自動喚醒，并以相等的時間間隔記錄帶有時間戳的溫度和/或濕度數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)以記錄表的形式記錄在片上的“數(shù)據(jù)表”存儲器上。標(biāo)準(zhǔn)Thermochron (DS1921G/H/Z)可以以1到255分鐘的時間間隔，記錄2048個讀數(shù)；高容量的Thermochrons/Hygrochron可以以1秒到273小時的時間間隔，記錄8192個讀數(shù)。另外，Hygrochron可以同時記錄溫度和濕度，并且提供可選分辨率設(shè)置。


圖2. 溫度隨時間變化的典型圖。用戶可設(shè)置監(jiān)測的時間和溫度范圍。

用戶可以設(shè)置iButton如何記錄數(shù)據(jù)，這稱為給iButton “任務(wù)制訂”。在任務(wù)制訂過程中，用戶選擇何時進(jìn)行溫/濕度記錄、設(shè)置采樣速率以及高、低報警閾值(圖2)。用戶也可確定數(shù)據(jù)記錄存儲器存滿后的動作：器件是繼續(xù)記錄數(shù)據(jù)并覆蓋早期數(shù)據(jù)記錄(稱為“翻滾”(rollover))，還是簡單地停止記錄。iButton一旦制訂了任務(wù)，就可以附著在要監(jiān)測的物體之上。當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界溫度/濕度時，就可以記錄下該事件，以判斷對產(chǎn)品質(zhì)量造成損害的責(zé)任方。

標(biāo)準(zhǔn)DS1921G、H和Z 型Thermochron還可用直方圖的形式同時記錄各個溫度采樣值。對于DS1921G，直方圖存儲器包含63個分辨率為2°C的數(shù)據(jù)箱，對于DS1921H/Z，直方圖存儲器包含64個分辨率為0.5°C的數(shù)據(jù)箱。每個數(shù)據(jù)箱可以存放長達(dá)10年的65 500個溫度讀數(shù)。直方圖式的數(shù)據(jù)存儲法非常適合需要進(jìn)行長期監(jiān)測而對精度要求不高的應(yīng)用場合。更高容量的Thermochron 和Hygrochron不具備直方圖功能，但數(shù)據(jù)存儲容量卻為標(biāo)準(zhǔn)型的4倍。

Thermochron產(chǎn)品系列

標(biāo)準(zhǔn)Thermochron器件—DS1921G可以記錄的溫度范圍寬達(dá)-40°C至85°C。DS1921H和DS1921Z為該器件的高分辨率版本。DS1921H設(shè)計為針對人體溫度范圍的應(yīng)用，DS1921Z設(shè)計為針對需要在0°C附近具有高分辨率的應(yīng)用?；緮?shù)據(jù)記錄器的性能指標(biāo)見表1。

DS1922L、DS1922T和DS2422為高容量Thermochron。DS1922L記錄的溫度范圍為-40°C到+85°C?？捎涗?192字節(jié)的溫度值，在-10°C到+65°C范圍內(nèi)，精度可由軟件校正到±0.5°C。分辨率可為8位(0.5°C) 或11位(0.0625°C)。溫度記錄值可選擇為8位或16位。與DS1922L類似，DS1922T Thermochron的溫度記錄范圍更廣(0°C到+125°C)，可用于需要殺菌操作的生產(chǎn)過程。在+20°C到+75°C范圍內(nèi)，DS1922T的精度可由軟件校正到±0.5°C。

DS2422 Thermochron采用1-Wire接口工作，功能與DS1922L相同，但封裝為300mil 24引腳SO。連接到可選的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和電荷泵之后，DS1922可以構(gòu)建針對特定任務(wù)的數(shù)據(jù)記錄器，例如監(jiān)測濕度、壓力、光照、材料應(yīng)力等。

表1. iButton數(shù)據(jù)記錄器的基本指標(biāo)

Part	Temperature Range (°C)	Humidity Range	Temperature Accuracy* (°C)	Temperature Resolution (°C)	Humidity Resolution	Data Log Memory (Bytes)
DS1921G	-40 to +85	N/A	±1	0.5	N/A	2048
DS1921H-F5	-15 to 46	N/A	±1	0.125	N/A	2048
DS1921Z-F5	-5 to +26	N/A	±1	0.125	N/A	2048
DS1922L	-40 to +85	N/A	±0.5, software correction (SC)	0.5 or 0.0625	N/A	8192
DS1922T	0 to 125	N/A	±0.5 (SC)	0.5 or 0.0625	N/A	8192
DS2422	-40 to +85	N/A	±0.5 (SC)	0.5 or 0.0625	N/A	8192
DS1923	-20 to +85	0 to 100% RH	±0.5 (SC)	0.5 or 0.0625	8-Bit (0.6%RH) or 12-Bit (0.04%RH)	8192

*本表所列的溫度精度在器件絕大部分溫度范圍內(nèi)有效。請參考器件的數(shù)據(jù)資料獲取全范圍精度數(shù)據(jù)。