對于許多首次使用溫度記錄器的用戶，針對具體任務(wù)設(shè)置記錄器是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。本應(yīng)用筆記介紹溫度記錄iButton中的常見術(shù)語。此外，提供一種算法，幫助用戶選擇必要的輸入?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。盡管免費提供的評估軟件使用非常簡單，而且文件齊全，但在選擇和輸入時仍然困難。本應(yīng)用筆記介紹溫度記錄iButton中的常見術(shù)語，以及這些術(shù)語之間的關(guān)聯(lián)。此外，提供一種算法，幫助用戶選擇必要的輸入?yún)?shù)，包括根據(jù)用戶需求及可用于儲存數(shù)據(jù)的存儲器選擇采樣率。

術(shù)語

任務(wù)

該術(shù)語表示從將記錄器設(shè)置為收集數(shù)據(jù)到收集完全部相關(guān)數(shù)據(jù)并停止進一步收集數(shù)據(jù)之間的時間間隔。

任務(wù)參數(shù)

該術(shù)語表示與記錄器按照用戶意圖實施任務(wù)相關(guān)的全部數(shù)據(jù)元素。

數(shù)據(jù)記錄存儲器

指用于儲存任務(wù)期間所收集數(shù)據(jù)的存儲器。DS1921系列記錄器具有2048字節(jié)的存儲器，可儲存多達2048個溫度值。DS1922系列記錄器和DS1923具有8192字節(jié)的數(shù)據(jù)記錄存儲器。數(shù)據(jù)記錄存儲器與512字節(jié)通用用戶存儲器無關(guān)，也與DS1921系列的直方圖和報警存儲器無關(guān)。數(shù)據(jù)記錄存儲器不可擦除，新任務(wù)開始時，只是用新數(shù)據(jù)進行覆蓋。iButton中的“任務(wù)采樣計數(shù)器”表示有效項的數(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”，一個通道工作在高分辨率，另一個通道工作在低分辨率。表1中為每個器件在規(guī)定分辨率下可儲存的采樣點數(shù)量。高分辨率模式具有完全的溫度精度，但所需的存儲器空間多達2倍，功耗多8倍。濕度通道(僅限D(zhuǎn)S1923)的功耗與分辨率無關(guān)。典型濕度誤差5%時，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，必須確保任務(wù)期間采集的采樣點數(shù)量適合數(shù)據(jù)記錄存儲器。如果任務(wù)的時間長于預(yù)期，記錄器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)多于存儲器可儲存的數(shù)量。反轉(zhuǎn)選項允許用戶選擇寫滿存儲器時記錄器的動作。

如果選擇禁止反轉(zhuǎn)，寫滿存儲器時，不再儲存數(shù)據(jù)；其余的數(shù)據(jù)丟失，但是儲存從任務(wù)開始到存儲器末尾的全部數(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)語采樣率說明任務(wù)期間連續(xù)測量(記錄項)之間的時間。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。

實時時鐘(RTC)

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

任務(wù)啟動延時(任務(wù)參數(shù))

設(shè)置記錄器時，可指定從將任務(wù)參數(shù)寫入至記錄器(“now”)到第一次測量(記錄項)之間的延遲時間。實際開始記錄之前需要設(shè)置多個記錄器時，啟動延時非常方便。如果立即開始任務(wù)，啟動延時為0。

如果某項任務(wù)執(zhí)行時間太長，單個記錄器不能儲存全部數(shù)據(jù)，可使用多個記錄器監(jiān)測任務(wù)，啟動延時就是一項關(guān)鍵功能。這種情況下，禁用反轉(zhuǎn)非常重要。完成任務(wù)時，用戶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，以供進一步處理。

注：不同系列記錄器的啟動延時范圍(以分鐘測量)不同。DS1921系列器件的最大延時為65536分鐘或45.5天。DS1922/3系列的最大延時為1.6777千萬分鐘或約31年。由于記錄器的RTC在極高或極低溫度下每月會延遲多達8分鐘，如果啟動延時為若干月，會引起明顯的累積時間誤差(關(guān)于RTC精度及電池壽命和溫度關(guān)系的更多信息，請參見溫度記錄器的數(shù)據(jù)資料)。

溫度誤差

溫度誤差說明實際溫度與實測溫度之間的溫度偏差。對于大多數(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和實際溫度(參見器件的數(shù)據(jù)資料)。

溫度(或濕度)報警門限(任務(wù)參數(shù))

記錄器的目的是監(jiān)測對象的溫度和/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警和低溫報警門限表示。記錄器iButtons具有儲存這些門限的寄存器。工作期間，記錄值超出相應(yīng)范圍時，置位對應(yīng)的寄存器位，發(fā)出報警指示。讀取報警位是檢查任務(wù)是否在用戶規(guī)定限值范圍內(nèi)的快速方式。如果超出門限，必須下載和處理整個任務(wù)的數(shù)據(jù)才能找出發(fā)生的時間及長度，這一點適用于所有iButtons。DS1921系列記錄器具有獨立的報警存儲器，以壓縮格式記錄報警定時信息。

直方圖功能和溫度報警記錄(僅限D(zhuǎn)S1921系列)

有兩種截然不同的數(shù)據(jù)記錄方式。A：可隨測量值記錄首次測量的時間標記。然后，以規(guī)定的采樣率，僅記錄測量值。這種方法產(chǎn)生隨時間變化的數(shù)據(jù)特性。B：可記錄首次測量的時間標記，對于每次測量，增加與該值相關(guān)的計數(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系列記錄器同時提供這兩種方法。直方圖隨每次采樣連續(xù)更新，無論是否允許反轉(zhuǎn)或數(shù)據(jù)記錄器是否已填滿。然而，直方圖法不記錄測得特定溫度值的時間。只要溫度保持在相應(yīng)范圍之內(nèi)，時間信息丟失將不會成為問題。溫度變化明顯時，例如制冷系統(tǒng)癱瘓，則完全不同。如果在設(shè)置任務(wù)時正確定義溫度報警的上限和下限門限，報警記錄就能發(fā)揮作用。溫度達到或超過報警門限時，DS1921系列記錄器記錄報警時間標記(等于發(fā)生報警時的采樣點數(shù)量)，然后利用計數(shù)器記錄報警條件的持續(xù)時間(采樣點數(shù)量)。報警記錄支持12個上限報警和12個下限報警事件，即使數(shù)據(jù)記錄存儲器已寫滿。

時鐘(RTC)報警(僅限D(zhuǎn)S1921系列，任務(wù)參數(shù))

除溫度報警外，DS1921系列記錄器也支持時鐘報警。時鐘報警功能與任務(wù)無關(guān)；首次發(fā)生報警時，寄存器中的相應(yīng)位置位。如果記錄器連接至遠端主控制器，則時鐘報警非常有利。主控制器可設(shè)置在規(guī)定的時間以無線方式發(fā)送記錄，然后啟動新任務(wù)。這允許主控制器在大多數(shù)時間處于休眠狀態(tài)，節(jié)約電能。主控制器喚醒時，檢查DS1921的時鐘報警。如果沒有時鐘報警，主控制器立即返回休眠。否則，清除時鐘報警狀態(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，可忽略時鐘報警功能。

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

SUTA是“Start (Mission) Upon Temperature Alarm" (發(fā)生溫度報警時啟動任務(wù))的縮寫。該功能可節(jié)省存儲器空間，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任務(wù)啟動延時,然后開始以規(guī)定的采樣率、低分辨率測量溫度。器件在溫度值達到或超過規(guī)定的溫度報警門限之前將丟棄測量的溫度值，記錄的第一個溫度是發(fā)生報警時的溫度值。下次采樣時，記錄任務(wù)時間標記，器件繼續(xù)以所選擇的分辨率進行記錄。

最小實用采樣率

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時間為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)是溫度何時開始變化。選擇任務(wù)的采樣率時，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，然后確定哪種溫度分辨率合適。采集數(shù)據(jù)用于科學研究時，推薦使用高分辨率。大多數(shù)情況下，低分辨率即可滿足要求。然后從表1獲得采樣點容量(CAP)。接下來的重要信息是任務(wù)的持續(xù)時間(D，以天表示)。

有兩種方法可確定采樣率。方法1依賴于簡單的采樣率計算器程序，可免費下載。查找以“TempLoggerCalc”開始的ZIP文件。下載ZIP文件，然后雙擊setup.exe文件安裝程序。

安裝之后，選擇記錄器型號和分辨率。然后緩慢移動“minutes”滑動塊，讀取對應(yīng)的任務(wù)持續(xù)時間。如果以天為單位的持續(xù)時間等于或略微長于所需的持續(xù)時間，讀取滑塊位置。這是設(shè)置任務(wù)時使用的以分鐘為單位的采樣率。對于DS1922和DS1922，計算器允許指定小時、分鐘和秒數(shù)，以精調(diào)采樣率。從選擇小時數(shù)開始，然后選擇分鐘，再然后選擇秒數(shù)。計算的持續(xù)時間與任務(wù)的持續(xù)時間一致時，讀取以秒為單位的持續(xù)時間，然后在設(shè)置任務(wù)時輸入。通過計算器獲得采樣率雖然快速、方便，但會造成“滾動采樣時間”。例如，假設(shè)采樣率為17分鐘，任務(wù)從14:00準確開始。采樣時間將為：

采用滾動采樣時間時，可能要求對任務(wù)數(shù)據(jù)進行后處理，以研究重復模式。

方法2開始時類似于采樣率計算器。在隨后的迭代過程中，修改初始計算的采樣率，以確保在每個小時的相同分鐘進行測量(每小時多個采樣點)，或者在每天的相同時間進行測量(每小時的采樣點少于1個)。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個采樣點；D = 12天
SRC = 8.4375，小于60，即每小時多個采樣點。
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6次采樣，每10分鐘一個采樣點。寫滿存儲器之前，任務(wù)可持續(xù)的天數(shù)= SRM × CAP/1440 = 14.22天。

例2：

CAP = 8192個采樣點；D = 365天(1年)
SRC = 64.16，大于60，即每小時的采樣點小于一個。
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分鐘一個采樣點。寫滿存儲器之前，任務(wù)可持續(xù)的天數(shù) = SRM × CAP/1440 = 455天。

例3：

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

SPH = 30

完成；采樣率 = SRM = 2

結(jié)果：每小時30次采樣，每2分鐘一個采樣點。寫滿存儲器之前，任務(wù)可持續(xù)的天數(shù) = SRM × CAP/1440 = 11.37天?？蛇x擇較低的采樣率，不損失精度。

啟動延時

為了立即啟動任務(wù)，采用0延時啟動。否則，指定現(xiàn)在和任務(wù)預(yù)期啟動時間差，單位為分鐘。如果將多個記錄器用于長期任務(wù)，需要非零延時啟動，以確保寫滿第一個記錄器的數(shù)據(jù)記錄存儲器時，第二個記錄器啟動，依次類推。

反轉(zhuǎn)

如果最新的數(shù)據(jù)比任務(wù)開始時的數(shù)據(jù)更重要，允許反轉(zhuǎn)。多個記錄器用于長期任務(wù)時，不要允許反轉(zhuǎn)(參見啟動延時說明)。

報警門限

為充分利用溫度報警記錄功能(DS1921系列)或SUTA功能(DS1922系列和DS1923)，需要設(shè)置門限，一個用于低溫報警，另一個用于高溫報警。實際門限值取決于被監(jiān)測對象及任務(wù)期間可接受的溫度范圍(無報警)。

SUTA (僅限D(zhuǎn)S1922系列和DS1923)

只有正確設(shè)置溫度報警門限時，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報警(DS1921系列記錄器)

除非RTC報警功能有利于應(yīng)用，一般不需要使能時鐘報警。

總結(jié)

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

審核編輯：郭婷