iButton溫度記錄器及其在冷鏈物流中的應(yīng)用

l 概述
    iButton(Information Button)即信息鈕扣，也稱TM卡，是一種適應(yīng)惡劣環(huán)境，便于隨身攜帶，且經(jīng)久耐用的溫度記錄器，它由Dalias公司于90年代初發(fā)明。iButton將高性能集成電路密封在直徑16 mm，厚度3 mm或5 mm的不銹鋼殼內(nèi)(其外形及安裝示意如圖1所示)，可保證其電氣及機械壽命超過10年，且其讀寫次數(shù)幾乎不受機械特性限制。每個iButton有全球唯一的、工廠激光刻度的64位ROM ID碼(可將每個iButton的地址看作URL)，即281 000 000 000 000種不同組合的全球唯一標識。iButton的64位ID碼提供簡單、安全的方式來標識每個溫度記錄器的身份，以保證跟蹤記錄對象的唯一性。iButton溫度記錄器高度集成了一個溫度記錄系統(tǒng)所要求的一切組件，包括：溫度傳感器、實時時鐘RTC、非易性數(shù)據(jù)存儲器、微處理器和電池等元件，能夠自動完成溫度測量任務(wù)的起動，溫度記錄和數(shù)據(jù)傳輸。

    無論如何擠壓或摔打iButton、或?qū)⑵渫度胨校紵o須擔心該器件被損壞。該器件還具有防磁、防塵、抗靜電、耐腐蝕、耐磨損、耐嚴寒酷暑等特性。iBunon溫度記錄器能夠經(jīng)受得起惡劣的室內(nèi)外環(huán)境。試驗表明，堅固耐用的iButton溫度記錄器最多可使用10年，而傳統(tǒng)的紙質(zhì)溫度記錄器無法具有這些優(yōu)點，即使目前有些公司設(shè)計的溫度記錄器模塊也很難達到上述的物理特性，其一般使用壽命只有一年左右。除了堅固耐用之外，iButton溫度記錄器使用非常方便。iButton很容易附著在鑰匙鏈、貨物塑料標簽或直接固定在貨物的包裝箱體上，在到達運輸目的地后取下，通過計算機讀取溫度記錄數(shù)據(jù)，或者直接在現(xiàn)場通過手持終端設(shè)備(如PDA)讀取溫度數(shù)據(jù)，使用非常靈活方便。
    iButton采用新穎的數(shù)字串行通信技術(shù)一單總線1-Wire接口，該串行接口與目前多數(shù)標準串行數(shù)據(jù)通信方式。如SPI／I2C／MICROWIRE不同，它是采用單根信號線，既傳輸數(shù)據(jù)位，又傳輸數(shù)據(jù)位的定時同步信號，而且是雙向數(shù)據(jù)傳輸。且無需額外的供電電源，直接從單總線上獲得足夠的電源電流(即寄生供電)進行數(shù)據(jù)通信。因此，除參考地外，訪問iButton僅需要一條物理／電氣連接線。這樣，讀寫iButton的設(shè)備可將所有電路密封在內(nèi)部，僅露出兩個電觸點即可。基于如此簡單的連接，可將堅固的、抗污染和潮濕的探頭裝配在各種設(shè)備表面。

2 iButton溫度記錄器
    針對不同應(yīng)用，Dalias提供不同溫度測量精度，以及帶有濕度測量的iButton溫度記錄器。當然，測量精度要求越高，測量數(shù)據(jù)記錄越多，成本也越高。以下詳細描述目前主要應(yīng)用于冷鏈物流的幾款iButton溫度記錄器，表1為iButton存儲器的類型號。

2．1 DSl921G簡介
    DSl921G是提供溫度測量精度±1℃的iButton溫度記錄器，其主要特性：數(shù)字溫度計以O(shè)．5℃分辨率測量溫度；在一30℃～+70℃范圍內(nèi)精度保持±1℃；內(nèi)置實時時鐘(RTC)和定時器，在0℃～45℃溫度范圍內(nèi)具有每月±2min的精度；放于DS9107 iButton套中可抗水或防水(超過了3 ATM防水要求)；根據(jù)用戶設(shè)定的間隔(1~255min)自動喚醒并測量溫度；在受保護的非易失(NV)存儲器中紀錄多達2 048個連續(xù)測量的溫度：以2．0℃的分辨率記錄長期溫度直方圖；可編程實現(xiàn)高溫和低溫報警門限；當溫度超出溫度報警規(guī)定的范圍,記錄多達24個時間標記和持續(xù)時間；512字節(jié)的通用讀/寫非易失存儲器；使用1一Wire協(xié)議，通過單條數(shù)字信號以15.4Kb／s或125 Kb／s的速率與主機通信。
2．2 DSl922L簡介
    DSl922L是提供溫度測量精度±0．5℃的iButton溫度記錄器，其主要特性：自動喚醒并測量溫度，以8位或16位格式在8 KB數(shù)據(jù)記錄存儲器中保存數(shù)據(jù)；數(shù)字溫度計以8位(0．5℃)或11位(0．062 5℃)分辨率測量溫度；經(jīng)軟件校準后，DSl922L的精度在一10℃～+65℃范圍內(nèi)優(yōu)于±0．5℃；放于DS9107 iButton套中可抗水或防水(超過3 ATM防水要求)；取樣速度從1 s～273 h；可編程為經(jīng)一定延遲時間之后啟動記錄，或在溫度告警被觸發(fā)后啟動記錄；溫度告警具有可編程的高和低觸發(fā)點；通過1一Wire的條件檢索功能可快速找到告警器件：512字節(jié)通用加上64字節(jié)校準存儲器；所有存儲器與配置寄存器具有兩級密碼保護；利用l一Wire協(xié)議，通過單條數(shù)字信號與主機通信，標準速度可達15．4 KB／s，高速模式下可達125 KB／s：工作溫度范圍為一40℃～+85℃。
2．3 DSl923簡介
    DSl923是帶有濕度記錄的iButton溫度記錄器：其主要特性：數(shù)字濕度計以8位(0．6％RH)或12位(0．04％RH)的分辨率測量濕度；工作范圍為一20℃～+85℃，O％～100％的相對濕度；自動喚醒，測量溫度與／或濕度，并以8位或16位格式在8 KB數(shù)據(jù)記錄存儲器中保存數(shù)據(jù)；數(shù)字溫度計以8位(O．5℃)或11位(0．062 5℃)分辨率測量溫度；利用軟件修正，一10℃～+65℃范圍內(nèi)的溫度精度優(yōu)于±O．50℃；內(nèi)置濕度傳感器實現(xiàn)溫度與濕度的同步記錄；電容式聚合體濕度測量單元；防水濾波器保護傳感器避免灰塵、污垢、潮濕與污染；采樣間隔從1 s～273 h：可編程為經(jīng)一定延遲時間后啟動記錄，或在溫度告警被觸發(fā)后啟動記錄；溫度與濕度告警具有可編程的高、低觸發(fā)點；通過1一Wire的條件檢索功能可快速訪問告警器件；512字節(jié)通用存儲器加上64字節(jié)校準存儲器；為所有存儲器與配置寄存器提供兩級加密保護；利用1一Wire協(xié)議，通過單條數(shù)字信號與主機通信，標準速度可達15．4 KB／s，高速模式下可達125 KB／s：在NIST可溯的實驗室分別獨立校準；溫度與濕度的校準系數(shù)由工廠編程寫入非易失(NV)存儲器。

3 iButton溫度記錄器系統(tǒng)構(gòu)成及應(yīng)用
    iButton采用單線1一Wire接口，極大簡化機械和電氣連接，降低iButton讀寫器的成本；通過PC或網(wǎng)絡(luò)工作站插入的專用RS一232串口l—Wire適配器DS9097U一009或USB接口的DS9490R，連接一個iButton讀寫頭DSl402D一DR8，構(gòu)成一個完整的適用于冷鏈物流的溫度記錄管理系統(tǒng)，如圖2所示。通過該硬件平臺，用戶可完成溫度記錄任務(wù)的設(shè)置，以及在完成溫度記錄任務(wù)后的溫度記錄數(shù)據(jù)的讀入和管理。

    除了基于臺式設(shè)備，也可采用一些手持終端設(shè)備。(如PDA)連接iButton讀寫器構(gòu)成iButton溫度記錄器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，方便工作人員在現(xiàn)場起動溫度記錄任務(wù)、讀入溫度記錄數(shù)據(jù)，現(xiàn)場檢驗溫度記錄有無超出規(guī)定的溫度范圍等操作。
    在有些冷鏈物流應(yīng)用中，可能會要求不受蒸汽、酒精等其他液體的侵蝕，或者測量記錄有一定液位深度的物體溫度時，需要為iButton溫度記錄器安裝防護罩，建議采用DS9107，該器件具有阻燃性和優(yōu)異的抗化學性能(與蒸汽、強堿、燃料以及酸呈惰性反應(yīng))。

4 結(jié)論
    iButton以其優(yōu)越的防水、防磁、防塵、抗靜電、抗沖擊、耐腐蝕、耐磨損、耐嚴寒酷暑等特性，能夠經(jīng)受得起惡劣的室內(nèi)或室外環(huán)境，且堅固耐用的iButton至少可使用10年以上，在許多方面的性能遠遠超出目前已有的溫度記錄產(chǎn)品。iButton正在憑借其優(yōu)秀的性能價格比，推動溫度記錄器產(chǎn)品在冷鏈應(yīng)用中的迅速發(fā)展，很好地滿足了監(jiān)測食品和醫(yī)藥在儲藏運輸中的溫度要求，保證了生產(chǎn)商的產(chǎn)品質(zhì)量，為冷鏈物流公司提供了保證客戶產(chǎn)品質(zhì)量的工具。