對(duì)于許多首次使用溫度記錄器的用戶(hù)，針對(duì)具體任務(wù)設(shè)置記錄器是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。本應(yīng)用筆記介紹溫度記錄iButton中的常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)。此外，提供一種算法，幫助用戶(hù)選擇必要的輸入?yún)?shù)，包括合適的采樣率。

引言

記錄器iButton器件受到研究人員的廣泛歡迎。盡管免費(fèi)提供的評(píng)估軟件使用非常簡(jiǎn)單，而且文件齊全，但在選擇和輸入時(shí)仍然困難。本應(yīng)用筆記介紹溫度記錄iButton中的常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)，以及這些術(shù)語(yǔ)之間的關(guān)聯(lián)。此外，提供一種算法，幫助用戶(hù)選擇必要的輸入?yún)?shù)，包括根據(jù)用戶(hù)需求及可用于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器選擇采樣率。

術(shù)語(yǔ)

任務(wù)

該術(shù)語(yǔ)表示從將記錄器設(shè)置為收集數(shù)據(jù)到收集完全部相關(guān)數(shù)據(jù)并停止進(jìn)一步收集數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔。

任務(wù)參數(shù)

該術(shù)語(yǔ)表示與記錄器按照用戶(hù)意圖實(shí)施任務(wù)相關(guān)的全部數(shù)據(jù)元素。

數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器

指用于儲(chǔ)存任務(wù)期間所收集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。DS1921系列記錄器具有2048字節(jié)的存儲(chǔ)器，可儲(chǔ)存多達(dá)2048個(gè)溫度值。DS1922系列記錄器和DS1923具有8192字節(jié)的數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器與512字節(jié)通用用戶(hù)存儲(chǔ)器無(wú)關(guān)，也與DS1921系列的直方圖和報(bào)警存儲(chǔ)器無(wú)關(guān)。數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器不可擦除，新任務(wù)開(kāi)始時(shí)，只是用新數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋。iButton中的“任務(wù)采樣計(jì)數(shù)器”表示有效項(xiàng)的數(shù)量。

分辨率(僅限D(zhuǎn)S1922/3，任務(wù)參數(shù))

DS1922/3系列記錄器允許選擇低分辨率(溫度值為0.5°C，與DS1921G相同)和高峰分辨率(0.0625°C)。DS1923也支持“不同分辨率”，一個(gè)通道工作在高分辨率，另一個(gè)通道工作在低分辨率。表1中為每個(gè)器件在規(guī)定分辨率下可儲(chǔ)存的采樣點(diǎn)數(shù)量。高分辨率模式具有完全的溫度精度，但所需的存儲(chǔ)器空間多達(dá)2倍，功耗多8倍。濕度通道(僅限D(zhuǎn)S1923)的功耗與分辨率無(wú)關(guān)。典型濕度誤差5%時(shí)，DS1923應(yīng)設(shè)置為低分辨率濕度記錄。

反轉(zhuǎn)(任務(wù)參數(shù))

設(shè)置記錄器時(shí)，必須確保任務(wù)期間采集的采樣點(diǎn)數(shù)量適合數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器。如果任務(wù)的時(shí)間長(zhǎng)于預(yù)期，記錄器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)多于存儲(chǔ)器可儲(chǔ)存的數(shù)量。反轉(zhuǎn)選項(xiàng)允許用戶(hù)選擇寫(xiě)滿(mǎn)存儲(chǔ)器時(shí)記錄器的動(dòng)作。

如果選擇禁止反轉(zhuǎn)，寫(xiě)滿(mǎn)存儲(chǔ)器時(shí)，不再儲(chǔ)存數(shù)據(jù)；其余的數(shù)據(jù)丟失，但是儲(chǔ)存從任務(wù)開(kāi)始到存儲(chǔ)器末尾的全部數(shù)據(jù)。如果選擇允許反轉(zhuǎn)，繼續(xù)記錄，但丟失任務(wù)開(kāi)始的數(shù)據(jù)，用新數(shù)據(jù)覆蓋。

采樣率(任務(wù)參數(shù))

記錄器iButton數(shù)據(jù)資料利用術(shù)語(yǔ)采樣率說(shuō)明任務(wù)期間連續(xù)測(cè)量(記錄項(xiàng))之間的時(shí)間。通常以分鐘為單位規(guī)定采樣率。DS1922/3系列記錄器也支持快采樣率，以秒為單位規(guī)定采樣率。

實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)

每個(gè)記錄器都具有時(shí)鐘，與任務(wù)參數(shù)一起，控制工作期間的事件定時(shí)。像電子表一樣，記錄器的時(shí)鐘消耗一定的能量。器件具有電池保鮮功能，記錄器從工廠發(fā)貨時(shí)停止(暫停)時(shí)鐘。為節(jié)約電能，建議在執(zhí)行任務(wù)后停止時(shí)鐘。為了在執(zhí)行任務(wù)期間，為記錄數(shù)據(jù)提供定時(shí)基準(zhǔn)，任何情況下都要首先啟動(dòng)時(shí)鐘并將其設(shè)置為正確的時(shí)間。

任務(wù)啟動(dòng)延時(shí)(任務(wù)參數(shù))

設(shè)置記錄器時(shí)，可指定從將任務(wù)參數(shù)寫(xiě)入至記錄器(“now”)到第一次測(cè)量(記錄項(xiàng))之間的延遲時(shí)間。實(shí)際開(kāi)始記錄之前需要設(shè)置多個(gè)記錄器時(shí)，啟動(dòng)延時(shí)非常方便。如果立即開(kāi)始任務(wù)，啟動(dòng)延時(shí)為0。

如果某項(xiàng)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間太長(zhǎng)，單個(gè)記錄器不能儲(chǔ)存全部數(shù)據(jù)，可使用多個(gè)記錄器監(jiān)測(cè)任務(wù)，啟動(dòng)延時(shí)就是一項(xiàng)關(guān)鍵功能。這種情況下，禁用反轉(zhuǎn)非常重要。完成任務(wù)時(shí)，用戶(hù)可下載不同記錄器的任務(wù)數(shù)據(jù)，然后在電子表格中按正確的順序?qū)⑵渲匦陆M合，以供進(jìn)一步處理。

注：不同系列記錄器的啟動(dòng)延時(shí)范圍(以分鐘測(cè)量)不同。DS1921系列器件的最大延時(shí)為65536分鐘或45.5天。DS1922/3系列的最大延時(shí)為1.6777千萬(wàn)分鐘或約31年。由于記錄器的RTC在極高或極低溫度下每月會(huì)延遲多達(dá)8分鐘，如果啟動(dòng)延時(shí)為若干月，會(huì)引起明顯的累積時(shí)間誤差(關(guān)于RTC精度及電池壽命和溫度關(guān)系的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)溫度記錄器的數(shù)據(jù)資料)。

溫度誤差

溫度誤差說(shuō)明實(shí)際溫度與實(shí)測(cè)溫度之間的溫度偏差。對(duì)于大多數(shù)情況，DS1921系列記錄器的最大誤差為±1°C。高分辨率模式下，DS1922L記錄器在-15°C至+65°C范圍內(nèi)的最大誤差為±0.5°C。誤差取決于記錄器型號(hào)和實(shí)際溫度(參見(jiàn)器件的數(shù)據(jù)資料)。

溫度(或濕度)報(bào)警門(mén)限(任務(wù)參數(shù))

記錄器的目的是監(jiān)測(cè)對(duì)象的溫度和/或濕度是否保持在特定限值范圍之內(nèi)。合適的范圍由高溫報(bào)警和低溫報(bào)警門(mén)限表示。記錄器iButtons具有儲(chǔ)存這些門(mén)限的寄存器。工作期間，記錄值超出相應(yīng)范圍時(shí)，置位對(duì)應(yīng)的寄存器位，發(fā)出報(bào)警指示。讀取報(bào)警位是檢查任務(wù)是否在用戶(hù)規(guī)定限值范圍內(nèi)的快速方式。如果超出門(mén)限，必須下載和處理整個(gè)任務(wù)的數(shù)據(jù)才能找出發(fā)生的時(shí)間及長(zhǎng)度，這一點(diǎn)適用于所有iButtons。DS1921系列記錄器具有獨(dú)立的報(bào)警存儲(chǔ)器，以壓縮格式記錄報(bào)警定時(shí)信息。

直方圖功能和溫度報(bào)警記錄(僅限D(zhuǎn)S1921系列)

有兩種截然不同的數(shù)據(jù)記錄方式。A：可隨測(cè)量值記錄首次測(cè)量的時(shí)間標(biāo)記。然后，以規(guī)定的采樣率，僅記錄測(cè)量值。這種方法產(chǎn)生隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)特性。B：可記錄首次測(cè)量的時(shí)間標(biāo)記，對(duì)于每次測(cè)量，增加與該值相關(guān)的計(jì)數(shù)。結(jié)果以直方圖顯示，表示特定值在工作期間發(fā)生的頻度。DS1921系列記錄器同時(shí)提供這兩種方法。直方圖隨每次采樣連續(xù)更新，無(wú)論是否允許反轉(zhuǎn)或數(shù)據(jù)記錄器是否已填滿(mǎn)。然而，直方圖法不記錄測(cè)得特定溫度值的時(shí)間。只要溫度保持在相應(yīng)范圍之內(nèi)，時(shí)間信息丟失將不會(huì)成為問(wèn)題。溫度變化明顯時(shí)，例如制冷系統(tǒng)癱瘓，則完全不同。如果在設(shè)置任務(wù)時(shí)正確定義溫度報(bào)警的上限和下限門(mén)限，報(bào)警記錄就能發(fā)揮作用。溫度達(dá)到或超過(guò)報(bào)警門(mén)限時(shí)，DS1921系列記錄器記錄報(bào)警時(shí)間標(biāo)記(等于發(fā)生報(bào)警時(shí)的采樣點(diǎn)數(shù)量)，然后利用計(jì)數(shù)器記錄報(bào)警條件的持續(xù)時(shí)間(采樣點(diǎn)數(shù)量)。報(bào)警記錄支持12個(gè)上限報(bào)警和12個(gè)下限報(bào)警事件，即使數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器已寫(xiě)滿(mǎn)。

時(shí)鐘(RTC)報(bào)警(僅限D(zhuǎn)S1921系列，任務(wù)參數(shù))

除溫度報(bào)警外，DS1921系列記錄器也支持時(shí)鐘報(bào)警。時(shí)鐘報(bào)警功能與任務(wù)無(wú)關(guān)；首次發(fā)生報(bào)警時(shí)，寄存器中的相應(yīng)位置位。如果記錄器連接至遠(yuǎn)端主控制器，則時(shí)鐘報(bào)警非常有利。主控制器可設(shè)置在規(guī)定的時(shí)間以無(wú)線方式發(fā)送記錄，然后啟動(dòng)新任務(wù)。這允許主控制器在大多數(shù)時(shí)間處于休眠狀態(tài)，節(jié)約電能。主控制器喚醒時(shí)，檢查DS1921的時(shí)鐘報(bào)警。如果沒(méi)有時(shí)鐘報(bào)警，主控制器立即返回休眠。否則，清除時(shí)鐘報(bào)警狀態(tài)，根據(jù)設(shè)置處理任務(wù)數(shù)據(jù)。通常情況下，記錄器在任務(wù)期間不連接至主控制器。這種情況下，可忽略時(shí)鐘報(bào)警功能。

SUTA (僅限D(zhuǎn)S1922/3，任務(wù)參數(shù))

SUTA是“Start (Mission) Upon Temperature Alarm" (發(fā)生溫度報(bào)警時(shí)啟動(dòng)任務(wù))的縮寫(xiě)。該功能可節(jié)省存儲(chǔ)器空間，如果使用高分辨率溫度記錄，也可節(jié)省電池電量。如果選擇SUTA，記錄器將等待到超過(guò)任務(wù)啟動(dòng)延時(shí),然后開(kāi)始以規(guī)定的采樣率、低分辨率測(cè)量溫度。器件在溫度值達(dá)到或超過(guò)規(guī)定的溫度報(bào)警門(mén)限之前將丟棄測(cè)量的溫度值，記錄的第一個(gè)溫度是發(fā)生報(bào)警時(shí)的溫度值。下次采樣時(shí)，記錄任務(wù)時(shí)間標(biāo)記，器件繼續(xù)以所選擇的分辨率進(jìn)行記錄。

最小實(shí)用采樣率

溫度記錄器iButtons具有固有的溫度特性，iButton完全適應(yīng)突變溫度所需要的最長(zhǎng)時(shí)間為10分鐘。因此，如果采樣率快于5分鐘，則不能獲得與環(huán)境有關(guān)的任何有意義的數(shù)據(jù)。收集的唯一有意義數(shù)據(jù)是溫度何時(shí)開(kāi)始變化。選擇任務(wù)的采樣率時(shí)，應(yīng)考慮這一因素。

選擇任務(wù)參數(shù)

采樣率

首先選擇記錄器型號(hào)，然后確定哪種溫度分辨率合適。采集數(shù)據(jù)用于科學(xué)研究時(shí)，推薦使用高分辨率。大多數(shù)情況下，低分辨率即可滿(mǎn)足要求。然后從表1獲得采樣點(diǎn)容量(CAP)。接下來(lái)的重要信息是任務(wù)的持續(xù)時(shí)間(D，以天表示)。

有兩種方法可確定采樣率。方法1依賴(lài)于簡(jiǎn)單的采樣率計(jì)算器程序，可免費(fèi)下載。查找以“TempLoggerCalc”開(kāi)始的ZIP文件。下載ZIP文件，然后雙擊setup.exe文件安裝程序。

安裝之后，選擇記錄器型號(hào)和分辨率。然后緩慢移動(dòng)“minutes”滑動(dòng)塊，讀取對(duì)應(yīng)的任務(wù)持續(xù)時(shí)間。如果以天為單位的持續(xù)時(shí)間等于或略微長(zhǎng)于所需的持續(xù)時(shí)間，讀取滑塊位置。這是設(shè)置任務(wù)時(shí)使用的以分鐘為單位的采樣率。對(duì)于DS1922和DS1922，計(jì)算器允許指定小時(shí)、分鐘和秒數(shù)，以精調(diào)采樣率。從選擇小時(shí)數(shù)開(kāi)始，然后選擇分鐘，再然后選擇秒數(shù)。計(jì)算的持續(xù)時(shí)間與任務(wù)的持續(xù)時(shí)間一致時(shí)，讀取以秒為單位的持續(xù)時(shí)間，然后在設(shè)置任務(wù)時(shí)輸入。通過(guò)計(jì)算器獲得采樣率雖然快速、方便，但會(huì)造成“滾動(dòng)采樣時(shí)間”。例如，假設(shè)采樣率為17分鐘，任務(wù)從14:00準(zhǔn)確開(kāi)始。采樣時(shí)間將為：

采用滾動(dòng)采樣時(shí)間時(shí)，可能要求對(duì)任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，以研究重復(fù)模式。

方法2開(kāi)始時(shí)類(lèi)似于采樣率計(jì)算器。在隨后的迭代過(guò)程中，修改初始計(jì)算的采樣率，以確保在每個(gè)小時(shí)的相同分鐘進(jìn)行測(cè)量(每小時(shí)多個(gè)采樣點(diǎn))，或者在每天的相同時(shí)間進(jìn)行測(cè)量(每小時(shí)的采樣點(diǎn)少于1個(gè))。圖1所示為方法2的流程圖。

圖1. 方法2采樣率流程圖

例1：

CAP = 2048個(gè)采樣點(diǎn)；D = 12天
SRC = 8.4375，小于60，即每小時(shí)多個(gè)采樣點(diǎn)。
SPH = 7.11 (非整數(shù))
SRM = 9

SPH = 6.666 (非整數(shù))
SRM = 10

SPH = 6

完成；采樣率 = SRM = 10

結(jié)果：每小時(shí)6次采樣，每10分鐘一個(gè)采樣點(diǎn)。寫(xiě)滿(mǎn)存儲(chǔ)器之前，任務(wù)可持續(xù)的天數(shù)= SRM × CAP/1440 = 14.22天。

例2：

CAP = 8192個(gè)采樣點(diǎn)；D = 365天(1年)
SRC = 64.16，大于60，即每小時(shí)的采樣點(diǎn)小于一個(gè)。
SPD = 22.44 (非整數(shù))
SRM = 65

SPD = 22.15 (非整數(shù))
SRM = 66，等等。
...
SRM = 80

SPD = 18

完成，采樣率 = SRM = 80

結(jié)果：每天18次采樣，每80分鐘一個(gè)采樣點(diǎn)。寫(xiě)滿(mǎn)存儲(chǔ)器之前，任務(wù)可持續(xù)的天數(shù) = SRM × CAP/1440 = 455天。

例3：

CAP = 8192個(gè)采樣點(diǎn)；D = 6天
SRC = 1.0546875，小于60，即每小時(shí)多個(gè)采樣點(diǎn)。
SPH = 56.8889 (非整數(shù))
SRM = 2

SPH = 30

完成；采樣率 = SRM = 2

結(jié)果：每小時(shí)30次采樣，每2分鐘一個(gè)采樣點(diǎn)。寫(xiě)滿(mǎn)存儲(chǔ)器之前，任務(wù)可持續(xù)的天數(shù) = SRM × CAP/1440 = 11.37天。可選擇較低的采樣率，不損失精度。

啟動(dòng)延時(shí)

為了立即啟動(dòng)任務(wù)，采用0延時(shí)啟動(dòng)。否則，指定現(xiàn)在和任務(wù)預(yù)期啟動(dòng)時(shí)間差，單位為分鐘。如果將多個(gè)記錄器用于長(zhǎng)期任務(wù)，需要非零延時(shí)啟動(dòng)，以確保寫(xiě)滿(mǎn)第一個(gè)記錄器的數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)器時(shí)，第二個(gè)記錄器啟動(dòng)，依次類(lèi)推。

反轉(zhuǎn)

如果最新的數(shù)據(jù)比任務(wù)開(kāi)始時(shí)的數(shù)據(jù)更重要，允許反轉(zhuǎn)。多個(gè)記錄器用于長(zhǎng)期任務(wù)時(shí)，不要允許反轉(zhuǎn)(參見(jiàn)啟動(dòng)延時(shí)說(shuō)明)。

報(bào)警門(mén)限

為充分利用溫度報(bào)警記錄功能(DS1921系列)或SUTA功能(DS1922系列和DS1923)，需要設(shè)置門(mén)限，一個(gè)用于低溫報(bào)警，另一個(gè)用于高溫報(bào)警。實(shí)際門(mén)限值取決于被監(jiān)測(cè)對(duì)象及任務(wù)期間可接受的溫度范圍(無(wú)報(bào)警)。

SUTA (僅限D(zhuǎn)S1922系列和DS1923)

只有正確設(shè)置溫度報(bào)警門(mén)限時(shí)，才使能該功能。否則，任務(wù)期間將不收集任何數(shù)據(jù)。大多數(shù)情況下，不使能SUTA功能。

RTC報(bào)警(DS1921系列記錄器)

除非RTC報(bào)警功能有利于應(yīng)用，一般不需要使能時(shí)鐘報(bào)警。

總結(jié)

對(duì)于許多首次使用記錄器的用戶(hù)，針對(duì)任務(wù)進(jìn)行設(shè)置是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。本應(yīng)用筆記用簡(jiǎn)樸的語(yǔ)言首先介紹了iButton記錄器中使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)。然后從采樣率開(kāi)始，介紹如何選擇其余的任務(wù)參數(shù)?？墒褂妹赓M(fèi)的采樣率計(jì)算器計(jì)算采樣率，也可由算法確定。提供示例，便于用戶(hù)熟悉采樣率算法。

審核編輯：郭婷