對于許多首次使用溫度記錄器的用戶，針對具體任務設置記錄器是一項具有挑戰性的工作。本應用筆記介紹溫度記錄iButton中的常見術語。此外，提供一種算法，幫助用戶選擇必要的輸入參數，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。本應用筆記介紹溫度記錄iButton中的常見術語，以及這些術語之間的關聯。此外，提供一種算法，幫助用戶選擇必要的輸入參數，包括根據用戶需求及可用于儲存數據的存儲器選擇采樣率。

術語

任務

該術語表示從將記錄器設置為收集數據到收集完全部相關數據并停止進一步收集數據之間的時間間隔。

任務參數

該術語表示與記錄器按照用戶意圖實施任務相關的全部數據元素。

數據記錄存儲器

指用于儲存任務期間所收集數據的存儲器。DS1921系列記錄器具有2048字節的存儲器，可儲存多達2048個溫度值。DS1922系列記錄器和DS1923具有8192字節的數據記錄存儲器。數據記錄存儲器與512字節通用用戶存儲器無關，也與DS1921系列的直方圖和報警存儲器無關。數據記錄存儲器不可擦除，新任務開始時，只是用新數據進行覆蓋。iButton中的“任務采樣計數器”表示有效項的數量。

分辨率(僅限DS1922/3，任務參數)

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中為每個器件在規定分辨率下可儲存的采樣點數量。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DS1923)的功耗與分辨率無關。典型濕度誤差5%時，DS1923應設置為低分辨率濕度記錄。

表1. 數據記錄采樣點容量
Logger Model	Samples Capacity
	Low Resolution	High Resolution	Diverse Resolution
DS1921 series	2048	N/A	N/A
DS1922 series, DS1923 (single-channel operation)	8192	4096	N/A
DS1923 (dual-channel operation)	4096	2048	2560

反轉(任務參數)

設置記錄器時，必須確保任務期間采集的采樣點數量適合數據記錄存儲器。如果任務的時間長于預期，記錄器產生的數據多于存儲器可儲存的數量。反轉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，寫滿存儲器時，不再儲存數據；其余的數據丟失，但是儲存從任務開始到存儲器末尾的全部數據。如果選擇允許反轉，繼續記錄，但丟失任務開始的數據，用新數據覆蓋。

采樣率(任務參數)

記錄器iButton數據資料利用術語采樣率說明任務期間連續測量(記錄項)之間的時間。通常以分鐘為單位規定采樣率。DS1922/3系列記錄器也支持快采樣率，以秒為單位規定采樣率。

實時時鐘(RTC)

每個記錄器都具有時鐘，與任務參數一起，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，記錄器從工廠發貨時停止(暫停)時鐘。為節約電能，建議在執行任務后停止時鐘。為了在執行任務期間，為記錄數據提供定時基準，任何情況下都要首先啟動時鐘并將其設置為正確的時間。

任務啟動延時(任務參數)

設置記錄器時，可指定從將任務參數寫入至記錄器(“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置多個記錄器時，啟動延時非常方便。如果立即開始任務，啟動延時為0。

如果某項任務執行時間太長，單個記錄器不能儲存全部數據，可使用多個記錄器監測任務，啟動延時就是一項關鍵功能。這種情況下，禁用反轉非常重要。完成任務時，用戶可下載不同記錄器的任務數據，然后在電子表格中按正確的順序將其重新組合，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(關于RTC精度及電池壽命和溫度關系的更多信息，請參見溫度記錄器的數據資料)。

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(參見器件的數據資料)。

溫度(或濕度)報警門限(任務參數)

記錄器的目的是監測對象的溫度和/或濕度是否保持在特定限值范圍之內。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，記錄值超出相應范圍時，置位對應的寄存器位，發出報警指示。讀取報警位是檢查任務是否在用戶規定限值范圍內的快速方式。如果超出門限，必須下載和處理整個任務的數據才能找出發生的時間及長度，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DS1921系列)

有兩種截然不同的數據記錄方式。A：可隨測量值記錄首次測量的時間標記。然后，以規定的采樣率，僅記錄測量值。這種方法產生隨時間變化的數據特性。B：可記錄首次測量的時間標記，對于每次測量，增加與該值相關的計數。結果以直方圖顯示，表示特定值在工作期間發生的頻度。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更新，無論是否允許反轉或數據記錄器是否已填滿。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范圍之內，時間信息丟失將不會成為問題。溫度變化明顯時，例如制冷系統癱瘓，則完全不同。如果在設置任務時正確定義溫度報警的上限和下限門限，報警記錄就能發揮作用。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(等于發生報警時的采樣點數量)，然后利用計數器記錄報警條件的持續時間(采樣點數量)。報警記錄支持12個上限報警和12個下限報警事件，即使數據記錄存儲器已寫滿。

時鐘(RTC)報警(僅限DS1921系列，任務參數)

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無關；首次發生報警時，寄存器中的相應位置位。如果記錄器連接至遠端主控制器，則時鐘報警非常有利。主控制器可設置在規定的時間以無線方式發送記錄，然后啟動新任務。這允許主控制器在大多數時間處于休眠狀態，節約電能。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，根據設置處理任務數據。通常情況下，記錄器在任務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DS1922/3，任務參數)

SUTA是“Start (Mission) Upon Temperature Alarm" (發生溫度報警時啟動任務)的縮寫。該功能可節省存儲器空間，如果使用高分辨率溫度記錄，也可節省電池電量。如果選擇SUTA，記錄器將等待到超過任務啟動延時,然后開始以規定的采樣率、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生報警時的溫度值。下次采樣時，記錄任務時間標記，器件繼續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，則不能獲得與環境有關的任何有意義的數據。收集的唯一有意義數據是溫度何時開始變化。選擇任務的采樣率時，應考慮這一因素。

選擇任務參數

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。采集數據用于科學研究時，推薦使用高分辨率。大多數情況下，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的持續時間(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，讀取對應的任務持續時間。如果以天為單位的持續時間等于或略微長于所需的持續時間，讀取滑塊位置。這是設置任務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，以精調采樣率。從選擇小時數開始，然后選擇分鐘，再然后選擇秒數。計算的持續時間與任務的持續時間一致時，讀取以秒為單位的持續時間，然后在設置任務時輸入。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，假設采樣率為17分鐘，任務從14:00準確開始。采樣時間將為：

Sample number	Sample time
1	14:00
2	14:17
3	14:34
4	14:51
5	15:08
6	15:25, etc.

采用滾動采樣時間時，可能要求對任務數據進行后處理，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

Legend
Name	Explanation
CAP	Samples capacity of the logger as obtained from Table 1
D	Duration of the mission in days
SRC	Calculated sample rate in minutes, by dividing the mission duration (in days) by the samples capacity of the logger at the given resolution
SPH	Samples per hour
SPD	Samples per day
SRM	Modified sample rate
INTGR	Any positive number that doesn't have a fraction, e.g., 1, 2, 3, 4, 5, etc.

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)
SRM = 9

SPH = 6.666 (非整數)
SRM = 10

SPH = 6

完成；采樣率 = SRM = 10

結果：每小時6次采樣，每10分鐘一個采樣點。寫滿存儲器之前，任務可持續的天數= 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)
SRM = 65

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

SPD = 18

完成，采樣率 = SRM = 80

結果：每天18次采樣，每80分鐘一個采樣點。寫滿存儲器之前，任務可持續的天數 = 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)
SRM = 2

SPH = 30

完成；采樣率 = SRM = 2

結果：每小時30次采樣，每2分鐘一個采樣點。寫滿存儲器之前，任務可持續的天數 = SRM × CAP/1440 = 11.37天。可選擇較低的采樣率，不損失精度。

啟動延時

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

反轉

如果最新的數據比任務開始時的數據更重要，允許反轉。多個記錄器用于長期任務時，不要允許反轉(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測對象及任務期間可接受的溫度范圍(無報警)。

SUTA (僅限DS1922系列和DS1923)

只有正確設置溫度報警門限時，才使能該功能。否則，任務期間將不收集任何數據。大多數情況下，不使能SUTA功能。

RTC報警(DS1921系列記錄器)

除非RTC報警功能有利于應用，一般不需要使能時鐘報警。

總結

對于許多首次使用記錄器的用戶，針對任務進行設置是一項具有挑戰性的工作。本應用筆記用簡樸的語言首先介紹了iButton記錄器中使用的技術術語。然后從采樣率開始，介紹如何選擇其余的任務參數。可使用免費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