概述
隨著工業化技術的不斷發展，疫苗、生物製劑和藥品等對溫度敏感的商品在加工、儲存、運輸、銷售等過程中，需要對各個過程中的溫度參數進行記錄跟蹤，以保證產品質量，這就是冷鏈體系。藥品冷鏈由冷凍加工、冷凍貯藏、冷藏運輸及配送、冷凍銷售4個方面構成，而在冷藏運輸及配送環節最容易出現問題。藥品冷藏運輸及配送需要溫度保持在2～8℃範圍內，而原有監測技術手段滯後是最大的技術瓶頸。為了保證在藥品冷藏運輸及配送環節實現溫度監控，克服實時性差、監管脫節、取證和責任界定困難的不足，特設計了一種可實現溫度數據自動存儲、非接觸式讀出的冷鏈溫度記錄儀，即冷鏈溫度記錄儀。
構成及功能
溫度記錄儀硬體包括溫度數據採集、數據讀取及處理、數據存儲3個部分，其功能分別由數字溫度感測器STT$75、低功耗微控制器STM8L101F3，以及具有I2C和RF雙接口的數據存儲器M24LR64完成。軟體編程採用模組化思想，通過對STTS75、STM8L101F3工作模式配置可以實現系統低功耗運。
系統結構及功能
系統總體結構冷鏈溫度記錄儀主要由溫度感測器、微控制器和數據存儲器組成，如圖1所示。整個系統基本工作流程是：首先溫度感測器利用內部A/D轉換器將採集的溫度值轉換後得到相對應的數字量，接收到微控制器發出的串列時鐘脈衝(SCL)和讀數據指令後通過I2C匯流排將數據傳送至微控制器，微控制器對溫度感測器傳送的數據進行相應處理，然後微控制器向存儲器發出串列時鐘脈衝(SCL)和寫數據指令，通過I2C匯流排將數據存儲於數據存儲器內。
系統功能冷鏈溫度記錄儀套用在藥品冷藏運輸及配送環節，需要考慮產品的耐溫性能、續航時間、數據存儲能力，因此器件選擇需要考慮器件適用溫度範圍、數據傳輸方式和速度、功耗等多方面因素。溫度記錄儀應當具有以下功能：
◆測量溫度範圍2～8℃，測量精度±0．5℃。
◆系統功耗低，續航時間長。
◆數據存儲空間大，數據讀取方便。
◆體積小，便於安裝。
◆更換電池方便，價格低，可循環使用。
硬體電路設計
器件選型(1)溫度感測器
溫度感測器選用ST(意法半導體)公司生產的STTS75數字溫度感測器，它內置一個9～12位A/D轉換器，溫度測量範圍-55～125℃，供電電壓為2．7～5．5 V，在3．3 V電壓下工作電流為75 mA。STTS75有8個引腳，A2、A1、A0三個引腳可實現8個感測器共用同一條匯流排而不會發生地址衝突(地址為1001A2A1A0)，SCL、SDA通過I2C匯流排可以將感測器配置為比較模式、中斷模式、關閉模式和單發模式。在單發模式下，通過對數據的間歇性採集，可以達到降低功耗的目的。首先將感測器設定為關閉模式(shut-up mode，電流只有1μA)，當微控制器傳送信號啟動單發模式後採集一次溫度數據，數據採集完成後自動進入關閉模式，即感測器處於休眠狀態。
(2)微控制器
微控制器選用ST公司的8位低功耗單片機STM8L101F3，它具有16 MHz RC振盪器和38 kHzRC振盪器，8 KB Flash，3種低功耗模式，具有自動喚醒功能，供電電壓1．65～3．6 V。STM8L101F3具有5．1μA低功耗工作模式、3．0μA低功耗等待模式、1．2μA暫停模式、350 nA停止模式4種電源管理模式。在暫停模式下可以利用自動喚醒單元(awu)設定自動喚醒時間間隔。
(3)數據存儲器
數據存儲器選用ST公司2010年新推出的M24LR64，它是一款內置標準I2C串口和ISO15693標準RF接口的EEPROM存儲器，供電電壓1．8～5．5V，具有64位唯一標識符(UID)，I2C傳輸頻率為400kHz，RF傳輸載波頻率13．56MHz，存儲器容量64KB，採集數據可保留40年。M24LR64有8個引腳，SCL、SDA通過I2C匯流排實現數據的存儲，E1、E0為器件選擇碼(b2b1位)，在不接的情況下默認為0，AC0、AC1為天線線圈連線端。M-24LR64提供一個ISO15693標準的RF接口，可與rfid閱讀器進行無線通信。ISO15693是一種無源RFID標準，能同時從RF系統獲取電能和數據。在RF模式下，讀寫M24LR64不需要電源，從而節省板上電源，輕鬆、便捷地無線存取電子產品參數。
冷鏈溫度記錄儀由溫度感測器、微控制器和數據存儲器組成，硬體電路如圖2所示。溫度感測器STTS75、微控制器STM8L101F3和數據存儲器M24LR64都是低功耗產品，3 V紐扣電池即可實現冷鏈溫度記錄儀系統供電。系統上電後，微控制器STM8L101F3首先實現初始化操作，通過I2C匯流排向STTS75內部配置暫存器(Configuration Register)寫入配置信息，使其工作模式為關閉模式、模/數轉換為9位模式，然後STM8 L101F3向配置暫存器寫入數據使sTTS75處於單發模式。STTS75進行一次溫度數據採集，在數據轉換完成後將自動進入關閉模式，等待下一次喚醒。接著STM8L101F3從溫度暫存器(Temperature Register)內讀取溫度數據，進行數據處理，繼而通過I2C匯流排將處理後的數據寫入M24LR 64內，最後進入暫停模式。經過AWU設定的延時時間後，STM8L101F3將自動喚醒，向STTS75傳送配置信息使其進入單發模式，然後讀取數據、處理數據，並將處理後數據存入M24LR64的下一空間內，接著進入暫停模式。周而復始即可實現溫度數據在固定時間間隔內的採集、處理和存儲。
軟體開發環境選用ST Visual Develop(STVD)IDE，軟體設計採取模組化思想，主要由溫度數據採集、數據處理和數據存儲3個部分組成。系統上電後首先進行感測器和M24LR64的初始化，然後對感測器進行配置，數據轉換結束後進行數據讀取，然後將數據存儲於M24LR64內，數據存儲完成後進人暫停模式，AWU功能啟用，延時一段時間後將自動喚醒微控制器重複以上操作。
冷鏈溫度記錄儀程式主要由感測器初始化函式、M24LR64初始化函式、感測器配置函式、讀感測器數據函式、溫度數據處理函式和寫M24LR64程式組成。在程式起始的時候需要定義I2C傳輸速度，聲明感測器和M24LR64的地址以及M24LR64寫入數據的起始地址。感測器配置函式主要進行ADC輸出數據位數(9，10，12)和感測器模式(shutdown，one-shot)配置。
冷鏈溫度記錄儀的特點
1、具有體積小，外型美觀，操作簡單，性能可靠，價格實惠，使用壽命長等特點。
2、整機功耗小：記錄儀整機使用內置高能鋰電池（扣式電池）供電，電池壽命長（視使用情況可達一年以上）。
3、軟體功能強大，數據查看方便，可將記錄儀的保存的數據任意轉換成圖表形式、WORD或EXCEL文檔查看、並可將圖表或報表列印出來，也可將數據保存為Access格式，資料庫可以保存幾年的數據。
4、記錄時間間隔從10秒至24小時任意連續可調，十分方便。
5、記錄溫度數據無法修改，能在疫苗出現問題時提供強有力的調查證據及索賠證據。
