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(jī)械壽命超過10年，且其讀寫次數(shù)幾乎不受機(jī)械特性限制。每個(gè)iButton有全球唯一的、工廠激光刻度的64位ROM ID碼(可將每個(gè)iButton的地址看作URL)，即281 000 000 000 000種不同組合的全球唯一標(biāo)識(shí)。iButton的64位ID碼提供簡(jiǎn)單、安全的方式來標(biāo)識(shí)每個(gè)溫度記錄器的身份，以保證跟蹤記錄對(duì)象的唯一性。iButton溫度記錄器高度集成了一個(gè)溫度記錄系統(tǒng)所要求的一切組件，包括：溫度傳感器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、非易性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、微處理器和電池等元件，能夠自動(dòng)完成溫度測(cè)量任務(wù)的起動(dòng)，溫度記錄和數(shù)據(jù)傳輸。

無(wú)論如何擠壓或摔打iButton、或?qū)⑵渫度胨?，都無(wú)須擔(dān)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(yán)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(yàn)表明，堅(jiān)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(wú)法具有這些優(yōu)點(diǎn)，即使目前有些公司設(shè)計(jì)的溫度記錄器模塊也很難達(dá)到上述的物理特性，其一般使用壽命只有一年左右。除了堅(jiān)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(biāo)簽或直接固定在貨物的包裝箱體上，在到達(dá)運(yùn)輸目的地后取下，通過計(jì)算機(jī)讀取溫度記錄數(shù)據(jù)，或者直接在現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信方式。如SPI／I2C／MICROWIRE不同，它是采用單根信號(hào)線，既傳輸數(shù)據(jù)位，又傳輸數(shù)據(jù)位的定時(shí)同步信號(hào)，而且是雙向數(shù)據(jù)傳輸。且無(wú)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(jìn)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(gè)電觸點(diǎn)即可。基于如此簡(jiǎn)單的連接，可將堅(jiān)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(duì)不同應(yīng)用，Dalias提供不同溫度測(cè)量精度，以及帶有濕度測(cè)量的iButton溫度記錄器。當(dāng)然，測(cè)量精度要求越高，測(cè)量數(shù)據(jù)記錄越多，成本也越高。以下詳細(xì)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(chǔ)器的類型號(hào)。

2．1 DSl921G簡(jiǎn)介

DSl921G是提供溫度測(cè)量精度±1℃的iButton溫度記錄器，其主要特性：數(shù)字溫度計(jì)以O(shè)．5℃分辨率測(cè)量溫度；在一30℃～+70℃范圍內(nèi)精度保持±1℃；內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和定時(shí)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(dòng)喚醒并測(cè)量溫度；在受保護(hù)的非易失(NV)存儲(chǔ)器中紀(jì)錄多達(dá)2 048個(gè)連續(xù)測(cè)量的溫度：以2．0℃的分辨率記錄長(zhǎng)期溫度直方圖；可編程實(shí)現(xiàn)高溫和低溫報(bào)警門限；當(dāng)溫度超出溫度報(bào)警規(guī)定的范圍,記錄多達(dá)24個(gè)時(shí)間標(biāo)記和持續(xù)時(shí)間；512字節(jié)的通用讀/寫非易失存儲(chǔ)器；使用1一Wire協(xié)議，通過單條數(shù)字信號(hào)以15.4Kb／s或125 Kb／s的速率與主機(jī)通信。

2．2 DSl922L簡(jiǎn)介

DSl922L是提供溫度測(cè)量精度±0．5℃的iButton溫度記錄器，其主要特性：自動(dòng)喚醒并測(cè)量溫度，以8位或16位格式在8 KB數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器中保存數(shù)據(jù)；數(shù)字溫度計(jì)以8位(0．5℃)或11位(0．062 5℃)分辨率測(cè)量溫度；經(jīng)軟件校準(zhǔn)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(shí)間之后啟動(dòng)記錄，或在溫度告警被觸發(fā)后啟動(dòng)記錄；溫度告警具有可編程的高和低觸發(fā)點(diǎn)；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(zhǔn)存儲(chǔ)器；所有存儲(chǔ)器與配置寄存器具有兩級(jí)密碼保護(hù)；利用l一Wire協(xié)議，通過單條數(shù)字信號(hào)與主機(jī)通信，標(biāo)準(zhǔn)速度可達(dá)15．4 KB／s，高速模式下可達(dá)125 KB／s：工作溫度范圍為一40℃～+85℃。

2．3 DSl923簡(jiǎn)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(jì)以8位(0．6％RH)或12位(0．04％RH)的分辨率測(cè)量濕度；工作范圍為一20℃～+85℃，O％～100％的相對(duì)濕度；自動(dòng)喚醒，測(cè)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(chǔ)器中保存數(shù)據(jù)；數(shù)字溫度計(jì)以8位(O．5℃)或11位(0．062 5℃)分辨率測(cè)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(shí)現(xiàn)溫度與濕度的同步記錄；電容式聚合體濕度測(cè)量單元；防水濾波器保護(hù)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(shí)間后啟動(dòng)記錄，或在溫度告警被觸發(fā)后啟動(dòng)記錄；溫度與濕度告警具有可編程的高、低觸發(fā)點(diǎn)；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(chǔ)器加上64字節(jié)校準(zhǔn)存儲(chǔ)器；為所有存儲(chǔ)器與配置寄存器提供兩級(jí)加密保護(hù)；利用1一Wire協(xié)議，通過單條數(shù)字信號(hào)與主機(jī)通信，標(biāo)準(zhǔn)速度可達(dá)15．4 KB／s，高速模式下可達(dá)125 KB／s：在NIST可溯的實(shí)驗(yàn)室分別獨(dú)立校準(zhǔn)；溫度與濕度的校準(zhǔn)系數(shù)由工廠編程寫入非易失(NV)存儲(chǔ)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(jiǎn)化機(jī)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(gè)iButton讀寫頭DSl402D一DR8，構(gòu)成一個(gè)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(tái)，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(tái)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(chǎng)起動(dòng)溫度記錄任務(wù)、讀入溫度記錄數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)溫度記錄有無(wú)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(huì)要求不受蒸汽、酒精等其他液體的侵蝕，或者測(cè)量記錄有一定液位深度的物體溫度時(shí)，需要為iButton溫度記錄器安裝防護(hù)罩，建議采用DS9107，該器件具有阻燃性和優(yōu)異的抗化學(xué)性能(與蒸汽、強(qiáng)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(yán)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(jiān)固耐用的iButton至少可使用10年以上，在許多方面的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jià)格比，推動(dòng)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(cè)食品和醫(yī)藥在儲(chǔ)藏運(yùn)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。