iButton温度记录器系统构成及其在冷链物流中的应用

1 概述

iButton(Information Button)即信息钮扣，也称TM卡，是一种适应恶劣环境，便于随身携带，且经久耐用的温度记录器，它由Dalias公司于90年代初发明。iButton将高性能集成电路密封在直径16 mm，厚度3 mm或5 mm的不锈钢壳内(其外形及安装示意如图1所示)，可保证其电气及机械寿命超过10年，且其读写次数几乎不受机械特性限制。每个iButton有全球唯一的、工厂激光刻度的64位ROM ID码(可将每个iButton的地址看作URL)，即281 000 000 000 000种不同组合的全球唯一标识。iButton的64位ID码提供简单、安全的方式来标识每个温度记录器的身份，以保证跟踪记录对象的唯一性。iButton温度记录器高度集成了一个温度记录系统所要求的一切组件，包括：温度传感器、实时时钟RTC、非易性数据存储器、微处理器和电池等元件，能够自动完成温度测量任务的起动，温度记录和数据传输。

无论如何挤压或摔打iButton、或将其投入水中，都无须担心该器件被损坏。该器件还具有防磁、防尘、抗静电、耐腐蚀、耐磨损、耐严寒酷暑等特性。iBunon温度记录器能够经受得起恶劣的室内外环境。试验表明，坚固耐用的iButton温度记录器最多可使用10年，而传统的纸质温度记录器无法具有这些优点，即使目前有些公司设计的温度记录器模块也很难达到上述的物理特性，其一般使用寿命只有一年左右。除了坚固耐用之外，iButton温度记录器使用非常方便。iButton很容易附着在钥匙链、货物塑料标签或直接固定在货物的包装箱体上，在到达运输目的地后取下，通过计算机读取温度记录数据，或者直接在现场通过手持终端设备(如PDA)读取温度数据，使用非常灵活方便。

iButton采用新颖的数字串行通信技术一单总线1-Wire接口，该串行接口与目前多数标准串行数据通信方式。如SPI／I2C／MICROWIRE不同，它是采用单根信号线，既传输数据位，又传输数据位的定时同步信号，而且是双向数据传输。且无需额外的供电电源，直接从单总线上获得足够的电源电流(即寄生供电)进行数据通信。因此，除参考地外，访问iButton仅需要一条物理／电气连接线。这样，读写iButton的设备可将所有电路密封在内部，仅露出两个电触点即可。基于如此简单的连接，可将坚固的、抗污染和潮湿的探头装配在各种设备表面。

2 iButton温度记录器

针对不同应用，Dalias提供不同温度测量精度，以及带有湿度测量的iButton温度记录器。当然，测量精度要求越高，测量数据记录越多，成本也越高。以下详细描述目前主要应用于冷链物流的几款iButton温度记录器，表1为iButton存储器的类型号。

2．1 DSl921G简介

DSl921G是提供温度测量精度±1℃的iButton温度记录器，其主要特性：数字温度计以O．5℃分辨率测量温度；在一30℃～+70℃范围内精度保持±1℃；内置实时时钟(RTC)和定时器，在0℃～45℃温度范围内具有每月±2min的精度；放于DS9107 iButton套中可抗水或防水(超过了3 ATM防水要求)；根据用户设定的间隔(1~255min)自动唤醒并测量温度；在受保护的非易失(NV)存储器中纪录多达2 048个连续测量的温度：以2．0℃的分辨率记录长期温度直方图；可编程实现高温和低温报警门限；当温度超出温度报警规定的范围,记录多达24个时间标记和持续时间；512字节的通用读/写非易失存储器；使用1一Wire协议，通过单条数字信号以15.4Kb／s或125 Kb／s的速率与主机通信。

2．2 DSl922L简介

DSl922L是提供温度测量精度±0．5℃的iButton温度记录器，其主要特性：自动唤醒并测量温度，以8位或16位格式在8 KB数据记录存储器中保存数据；数字温度计以8位(0．5℃)或11位(0．062 5℃)分辨率测量温度；经软件校准后，DSl922L的精度在一10℃～+65℃范围内优于±0．5℃；放于DS9107 iButton套中可抗水或防水(超过3 ATM防水要求)；取样速度从1 s～273 h；可编程为经一定延迟时间之后启动记录，或在温度告警被触发后启动记录；温度告警具有可编程的高和低触发点；通过1一Wire的条件检索功能可快速找到告警器件：512字节通用加上64字节校准存储器；所有存储器与配置寄存器具有两级密码保护；利用l一Wire协议，通过单条数字信号与主机通信，标准速度可达15．4 KB／s，高速模式下可达125 KB／s：工作温度范围为一40℃～+85℃。

2．3 DSl923简介

DSl923是带有湿度记录的iButton温度记录器：其主要特性：数字湿度计以8位(0．6％RH)或12位(0．04％RH)的分辨率测量湿度；工作范围为一20℃～+85℃，O％～100％的相对湿度；自动唤醒，测量温度与／或湿度，并以8位或16位格式在8 KB数据记录存储器中保存数据；数字温度计以8位(0.5℃)或11位(0.062 5℃)分辨率测量温度；利用软件修正，一10℃～+65℃范围内的温度精度优于±0.50℃；内置湿度传感器实现温度与湿度的同步记录；电容式聚合体湿度测量单元；防水滤波器保护传感器避免灰尘、污垢、潮湿与污染；采样间隔从1 s～273 h：可编程为经一定延迟时间后启动记录，或在温度告警被触发后启动记录；温度与湿度告警具有可编程的高、低触发点；通过1一Wire的条件检索功能可快速访问告警器件；512字节通用存储器加上64字节校准存储器；为所有存储器与配置寄存器提供两级加密保护；利用1一Wire协议，通过单条数字信号与主机通信，标准速度可达15．4 KB／s，高速模式下可达125 KB／s：在NIST可溯的实验室分别独立校准；温度与湿度的校准系数由工厂编程写入非易失(NV)存储器。

3 iButton温度记录器系统构成及应用

iButton采用单线1一Wire接口，极大简化机械和电气连接，降低iButton读写器的成本；通过PC或网络工作站插入的专用RS一232串口l—Wire适配器DS9097U一009或USB接口的DS9490R，连接一个iButton读写头DSl402D一DR8，构成一个完整的适用于冷链物流的温度记录管理系统，如图2所示。通过该硬件平台，用户可完成温度记录任务的设置，以及在完成温度记录任务后的温度记录数据的读入和管理。

除了基于台式设备，也可采用一些手持终端设备。(如PDA)连接iButton读写器构成iButton温度记录器数据采集系统，方便工作人员在现场起动温度记录任务、读入温度记录数据，现场检验温度记录有无超出规定的温度范围等操作。

在有些冷链物流应用中，可能会要求不受蒸汽、酒精等其他液体的侵蚀，或者测量记录有一定液位深度的物体温度时，需要为iButton温度记录器安装防护罩，建议采用DS9107，该器件具有阻燃性和优异的抗化学性能(与蒸汽、强碱、燃料以及酸呈惰性反应)。

4 结论

iButton以其优越的防水、防磁、防尘、抗静电、抗冲击、耐腐蚀、耐磨损、耐严寒酷暑等特性，能够经受得起恶劣的室内或室外环境，且坚固耐用的iButton至少可使用10年以上，在许多方面的性能远远超出目前已有的温度记录产品。iButton正在凭借其优秀的性能价格比，推动温度记录器产品在冷链应用中的迅速发展，很好地满足了监测食品和医药在储藏运输中的温度要求，保证了生产商的产品质量，为冷链物流公司提供了保证客户产品质量的工具。