引言
随着工业化技术的不断发展，疫苗、生物制剂和药品等对温度敏感的商品在加工、储存、运输、销售等过程中，需要对各个过程中的温度参数进行记录跟踪，以保证产品质量，这就是冷链体系。药品冷链由冷冻加工、冷冻贮藏、冷藏运输及配送、冷冻销售4个方面构成，而在冷藏运输及配送环节zui容易出现问题。药品冷藏运输及配送需要温度保持在2～8℃范围内，而原有监测技术手段滞后是zui大的技术瓶颈。为了保证在药品冷藏运输及配送环节实现温度监控，克服实时性差、监管脱节、取证和责任界定困难的不足，本文设计了一种可实现温度数据自动存储、非接触式读出的冷链温度记录仪。
1、系统总体结构及功能
1．1系统总体结构
冷链温度记录仪主要由温度传感器、微控制器和数据存储器组成，如图1所示。整个系统基本工作流程是：首先温度传感器利用内部a／d转换器将采集的温度值转换后得到相对应的数字量，接收到微控制器发出的串行时钟脉冲（scl）和读数据指令后通过i2c总线将数据传送至微控制器，微控制器对温度传感器传送的数据进行相应处理，然后微控制器向存储器发出串行时钟脉冲（scl）和写数据指令，通过i2c总线将数据存储于数据存储器内。
1．2系统功能
冷链温度记录仪应用在药品冷藏运输及配送环节，需要考虑产品的耐温性能、续航时间、数据存储能力，因此器件选择需要考虑器件适用温度范围、数据传输方式和速度、功耗等多方面因素。温度记录仪应当具有以下功能：
◆测量温度范围2～8℃，测量精度±0．5℃。
◆系统功耗低，续航时间长。
◆数据存储空间大，数据读取方便。
◆体积小，便于安装。
◆更换电池方便，价格低，可循环使用。
2、硬件电路设计
2．1器件选型
（1）温度传感器
温度传感器选用st（意法半导体）公司生产的stts75数字温度传感器，它内置一个9～12位a／d转换器，温度测量范围-55～125℃，供电电压为2．7～5．5v，在3．3v电压下工作电流为75ma。stts75有8个引脚，a2、a1、a0三个引脚可实现8个传感器共用同一条总线而不会发生地址冲突（地址为1001a2a1a0），scl、sda通过i2c总线可以将传感器配置为比较模式、中断模式、关闭模式和单发模式。在单发模式下，通过对数据的间歇性采集，可以达到降低功耗的目的。首先将传感器设置为关闭模式（shut-upmode，电流只有1μa），当微控制器发送信号启动单发模式后采集一次温度数据，数据采集完成后自动进入关闭模式，即传感器处于休眠状态。
（2）微控制器
微控制器选用st公司的8位低功耗单片机stm8l101f3，它具有16mhzrc振荡器和38khzrc振荡器，8kbflash，3种低功耗模式，具有自动唤醒功能，供电电压1．65～3．6v。stm8l101f3具有5．1μa低功耗工作模式、3．0μa低功耗等待模式、1．2μa暂停模式、350na停止模式4种电源管理模式。在暂停模式下可以利用自动唤醒单元（awu）设置自动唤醒时间间隔。
（3）数据存储器
数据存储器选用st公司2010年新推出的m24lr64，它是一款内置标准i2c串口和iso15693标准rf接口的eeprom存储器，供电电压1．8～5．5v，具有64位*标识符（uid），i2c传输频率为400khz，rf传输载波频率13．56mhz，存储器容量64kb，采集数据可保留40年。m24lr64有8个引脚，scl、sda通过i2c总线实现数据的存储，e1、e0为器件选择码（b2b1位），在不接的情况下默认为0，ac0、ac1为天线线圈连接端。m-24lr64提供一个iso15693标准的rf接口，可与rfid阅读器进行无线通信。iso15693是一种无源rfid标准，能同时从rf系统获取电能和数据。在rf模式下，读写m24lr64不需要电源，从而节省板上电源，轻松、便捷地无线存取电子产品参数。
2．2硬件系统工作原理
冷链温度记录仪由温度传感器、微控制器和数据存储器组成，硬件电路如图2所示。温度传感器stts75、微控制器stm8l101f3和数据存储器m24lr64都是低功耗产品，3v纽扣电池即可实现冷链温度记录仪系统供电。系统上电后，微控制器stm8l101f3首先实现初始化操作，通过i2c总线向stts75内部配置寄存器（configurationregister）写入配置信息，使其工作模式为关闭模式、模／数转换为9位模式，然后stm8l101f3向配置寄存器写入数据使stts75处于单发模式。stts75进行一次温度数据采集，在数据转换完成后将自动进入关闭模式，等待下一次唤醒。接着stm8l101f3从温度寄存器（temperatureregister）内读取温度数据，进行数据处理，继而通过i2c总线将处理后的数据写入m24lr64内，zui后进入暂停模式。经过awu设置的延时时间后，stm8l101f3将自动唤醒，向stts75发送配置信息使其进入单发模式，然后读取数据、处理数据，并将处理后数据存入m24lr64的下一空间内，接着进入暂停模式。周而复始即可实现温度数据在固定时间间隔内的采集、处理和存储。
3、软件设计
软件开发环境选用stvisualdevelop（stvd）ide，软件设计采取模块化思想，主要由温度数据采集、数据处理和数据存储3个部分组成。系统上电后首先进行传感器和m24lr64的初始化，然后对传感器进行配置，数据转换结束后进行数据读取，然后将数据存储于m24lr64内，数据存储完成后进人暂停模式，awu功能启用，延时一段时间后将自动唤醒微控制器重复以上操作，具体流程如图3所示。
冷链温度记录仪程序主要由传感器初始化函数、m24lr64初始化函数、传感器配置函数、读传感器数据函数、温度数据处理函数和写m24lr64程序组成。在程序起始的时候需要定义i2c传输速度，声明传感器和m24lr64的地址以及m24lr64写入数据的起始地址。传感器配置函数主要进行adc输出数据位数（9，10，12）和传感器模式（shutdown，one-shot）配置。
部分主要代码如下：
结语
本文设计了一种由低功耗微控制器stm8l101f3、数字温度传感器stts75和数据存储器m24lr64构成的冷链温度记录仪。经测试表明：记录仪测量精度为±0．5℃，记录时间间隔可自行设置（1s～255min），可以记录8192组温度数据，由3v纽扣锂电池供电，在记录间隔设置在10s以上的情况下，可以使用1年（室温环境）、3个月（冷藏环境）。与传统的冷链温度记录仪利用rs-232、i2c、sd卡、usb方式读取数据相比，利用m24lr64实现的冷链温度记录仪具有电路硬件少、结构简单、低功耗、低成本、高稳定性、自行设定数据采集间隔、存储空间大、rf方式读取数据、电池更换方便、可循环利用、不需要打开包装、易于管理等诸多优点，可以广泛应用在食品、药品、鲜花等物品的冷藏运输及配送环节，并且将stts75的工作方式稍加修改就可以用于恒温箱的温度监控系统中，具有广泛的实际应用前景。