Suunnittelijan kannalta olisi erittäin hyödyllistä löytää helppo ja kustannustehokas tapa mitata kehitettävän laitteen lämpötilaa tarkasti. Varsinkin jos olisi mahdollista samalla seurata ja tallentaa tietoa siitä, miten asiakkaat käyttävät tuotetta koko sen elinkaaren aikana. EEPROM-muistilla varustetun digitaalisen lämpöanturin avulla tämä onnistuu.

Nykyään tuotteen käyttöarvon lisääminen on investointien suojaamisen ohella kriittinen tekijä. Tässä artikkelissa selvitetään, kuinka merkittävä etuja on tarjolla, kun käytettävissä on digitaalisella lähdöllä (I2C) varustettuja paikalliskäyttöön soveltuvia lämpöantureita, jotka sisältävät myös EEPROM-muistin mittausdatan tallentamiseksi. Mukana on myös esimerkkejä siitä, miten EEPROM-muistille voidaan laatia yksinkertainen kirjoitussekvenssierityyppisiä sovelluksia varten.

Digitoitua lämpödataa

Digitaalisella I2C-lähdöllä varustetut lämpötila-anturit ovat piipohjaisia integroituja piirejä, joita on myyty miljardeittain niiden markkinoille tulon jälkeen yli 20 vuotta sitten. Sittemmin digitaalinen I2C-lämpöanturi on ollut suosittu lämpötilan valvontaratkaisu lukemattomissa erilaisissa elektroniikkalaitteissa ja -järjestelmissä. Sen avulla järjestelmien suunnittelijat ovat voineet mitata ja hallita tuotteidensa lämpötiloja reaaliaikaisesti ja reagoida välittömästi kaikkiin mahdollisiin lämpötilarajoitusten ylityksiin ja alituksiin.

Ylemmän tason näkökulmasta digitaalinen I2C-lämpöanturi tarjoaa lämpötilan valvontaan täydellisen ratkaisun, joka mittaa omaa sisäistä lämpötilaansa ja muuntaa mitatun tuloksen sen jälkeen digitaaliseksi tiedoksi, joka voidaan helposti lukea I2C-standardin mukaista protokollaa noudattavan liitännän kautta. Anturi tuottaa lähtöönsä digitoitua lämpötiladataa, joten sen tueksi ei tarvita ulkoisia komponentteja kuten AD-muuntimia tai datan jälkikäsittelypiirejä.

Suunnittelijalle tärkeää on myös se, että valmistaja kalibroi lämpötila-anturit jo tehtaalla, jotta ne täyttävät tarkasti määritellyt mittaustarkkuuden vaatimukset tietyllä lämpötila-alueella. Nykyään ei ole harvinaista, että eri toimittajat tarjoavat ± 1°C suurimpaan tarkkuuteen (tai vieläkin parempaan) yltäviä antureita laajalla lämpötila-alueella, esimerkiksi -40°C - 125°C.

Muistilohkosta lisäetuja

Tavanomaisesta poikkeavaa sen sijaan on lämpöanturiin integroitu EEPROM-muisti, johon käyttäjät voivat tallentaa kriittisiä sovelluskohtaisia mittaustietoja parantaakseen tuotteidensa kestävyyttä. EEPROM on erityinen haihtumaton muisti, jota on saatavissa eri kokoisina lohkoina hyödynnettäväksi käyttäjän tietovarastona.

Lyhenne EEPROM tulee sanoista Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, eli kyseessä on sähköisesti pyyhittävä ohjelmoitava lukumuisti. Yksi sen tärkeimmistä ominaisuuksista on, että piirin jokaiseen muistitavuun voidaan kirjoittaa dataa yli miljoona kertaa. Tämän ansiosta se soveltuu mainiosti nopeasti vaihtuvien datamuutosten tallentamiseen lähes kaikissa mahdollisissa tuotteissa ja sovelluksissa.

Kolme hyvää syytä

Integroidun EEPROM-muistin käyttämiseen on kolme tärkeää syytä. Ensinnäkin integroituun muistiin voidaan paikallisesti tallentaa kriittisiä tietoja lämpötila-anturista. Muistiin kirjattavia kriittisiä tietoja ovat esimerkiksi lopputuotteen äärimmäiset lämpötilat, jotka saattavat aiheuttaa järjestelmän sulkemisen tai vikaantumisen. Kriittistä dataa ovat myös päiväys- ja kellonaikatiedot mitatuista äärilämpötiloista, vikatapahtumista, tehonsyötön kestoajoista ja erilaisista tilanteista, joita halutaan välttää.

Suunnittelijan on hyvä miettiä, kuinka paljon tuotteen kehittämistä edesauttaa se, jos on mahdollista tarkastella yksityiskohtaisesti asiakkaan viallisena palauttamaa laitetta helposti lukemalla lämpötila-anturin sisäistä muistia ja näin selvittää päiväyksineen ja kellonaikoineen, kuinka monta kertaa ja milloin laite esimerkiksi on saavuttanut kriittisen lämpötilan. Pelkästään nämä tiedot voivat paljastaa, jos tuotetta on käytetty jatkuvasti liian kovissa lämpöoloissa, jolloin takuuvaatimukset voidaan mitätöidä väärän käytön vuoksi.

Integroitua muistia voitaisiin ajatella vähän samaan tapaan kuin autojen ja lentokoneiden törmäystietojen tallentimia. Tallennetut tiedot voivat myös auttaa parantamaan tuotteiden kehittämistä ja ominaisuuksien parantelua osoittamalla havaittujen lämpötilarikkomusten liittyvän kenties väärin valittuun komponenttiin, jonka suorituskyky on ajan myötä heikentynyt.

Onko tuotetta ehkä ylikellotettu tai käytetty väärin? Siinä tapauksessa on syytä miettiä analysointiprosessiin kohdistuvia vaikutuksia, kun asiakas palauttaa tuotteen vianmääritystä varten. Tallennetut tiedot voivat auttaa löytämään perimmäiset syyt vikatilan syntymiseen ja toisaalta ehkä mitätöimään tuotteen palautuksen, jos tiedot paljastavat käyttämisen esimerkiksi väärissä ympäristöoloissa, mikä vähentää valmistajan vastuuta.

Integroidun muistin hyödyntäminen vähentää myös mahdollisuuksia käyttötietojen peukalointiin. Tallennetun datan perusteella voidaan usein määrittää, ovatko takuuvaatimukset perusteltuja.

Toinen tärkeä syy on se, että integroitu muisti antaa mahdollisuuden seurata, miten loppukäyttäjät hyödyntävät tuotteen eri ominaisuuksia ja toimintoja. Näin voidaan saada selville, käyttävätkö asiakkaat niitä todella ja kuinka tehokkaalla tavalla. Suunnittelijalla voi olla mielessään uusia ominaisuuksia tai toimintoja, joista halutaan saada selville, käyttävätkö asiakkaat niitä todella vai eivät. Mutta miten tämän selvityksen voisi toteuttaa yksinkertaisen kirjoitussekvenssin avulla?

Tämä voitaisiin ratkaista yksinkertaisesti esimerkiksi osoittamalla EEPROM-muistista kaksi tavupaikkaa, joihin voidaan tallentaa kaksi erillistä arvoa. Niistä tiedetään siis jo etukäteen, että juuri näihin muistipaikkoihin tallennetaan tuotteen tietyt ominaispiirteet tai toiminnot. Ensimmäinen tavupaikka voisi esimerkiksi tallentaa lisäysarvon joka kerta, kun kyseistä toimintoa on käytetty. Toista tavupaikkaa voitaisiin taas käyttää päiväyksen ja kellonajan leimaamiseen, jotta tiedetään, milloin on viimeksi käytetty kyseistä ominaisuutta tai toimintoa.

Olisi todella arvokasta, jos asiakkaan käyttötiedoista olisi saatavissa reaaliaikaista dataa, jonka perusteella voitaisiin selvittää, milloin tuotetta on todella käytetty. Tai toisaalta saada selville, että suunnittelijan arvokkaana pitämää ominaisuutta onkin käytetty hyvin harvoin, jos ollenkaan. Nämä tiedot olisivat valtavan paljon arvokkaampia kuin minkään asiakastutkimuksen tai kohderyhmäkyselyn tulokset.

Kolmas hyvä syy käyttää integroitua muistia on kriittisten tietojen tallentaminen tuotteen valmistuslinjalla. Näitä tietoja ovat muun muassa järjestelmän kokoonpanoasetukset ja parametritiedot. Integroitua muistia voidaan käyttää tallentamaan kriittisiä tuotantotestauksen tietoja siitä, miten tuotetta on testattu eri testausohjelmilla.

Testausasetukset ja laitteiden sijainnit sekä parametritiedot voivat auttaa asiakkailta palautettujen tuotteiden selvittelyssä tarjoamalla puolueetonta dataa siitä, millä tavoin tuotetta on testattu valmistuslinjalla. Lisäksi integroitua muistia voidaan käyttää tallentamaan kriittisiä kokoonpanotietoja, jotka helpottavat käynnistys- ja alustusvaiheessa järjestelmän tai tuotteen määrittämistä. Tulevia tuotepäivityksiä voitaisiin tehdä yksinkertaisesti ohjelmoimalla aiemmat konfiguraatiotiedot yksinkertaisella ohjelmointitoiminnolla.

Koko ratkaisu samassa paketissa

Esimerkiksi Microchipin valmistama integroidulla EEPROM-muistilla varustettu I2C-lämpöanturi AT30TSE758A antaa valmistajalle mahdollisuuden hyödyntää kaikkia kolmea edellä mainittua tärkeää etua. Anturipiiriin perustuvassa tarkassa lämpötilan valvontalaitteessa yhdistyvät huipputarkka digitaalinen lämpötila-anturi, ohjelmoitavat korkean ja alhaisen lämpötilan hälytykset, integroidut haihtumattomat rekisterit sekä 8 kilobitin EEPROM-muistilohko samassa kompaktissa kotelossa.

Nämä ominaisuudet tekevät valvontaratkaisusta käyttökelpoisen monenlaisissa sovelluksissa, jotka edellyttävät paikallisten lämpötilojen mittaamista osana järjestelmän toimintaa tai luotettavuusvaatimuksia. Kuvassa 1 nähdään tällaisen ratkaisun arkkitehtuurin rakenne lohkokaaviona.

Kuva 1. Peruslohkokaavio lämpötilan mittausratkaisusta, joka perustuu EEPROM-muistilla varustettuun Microchipin AT30TSE758A-anturipiiriin.

Kuvassa esitetyllä ratkaisulla voidaan mitata lämpötilaa koko -55°C...+125°C lämpötila-alueella ja sen tyypillinen tarkkuus on ±0,5°C mittausalueella nollasta +85 asteeseen. Lämpötilamittausten tulokset tallennetaan digitaalisesti piirin sisäiseen rekisteriin, joka on luettavissa milloin tahansa I2C-sarjaliitännän kautta.

Toinen tapa maksimoida järjestelmän lämmönhallinta on käyttää lämpötila-anturia, joka on varustettu haihtumattomilla rekistereillä. Niiden avulla voidaan tallentaa ja palauttaa laitteen konfiguraatiot ja lämpörajoitusten asetukset aina, kun laite kytketään uudelleen päälle. Tämä poistaa uudelleenkonfiguroinnin tarpeen jokaisen käynnistyksen jälkeen, jolloin laite voi toimia itsenäisesti eikä sen tarvitse olla riippuvainen isäntälaitteesta säilyttääkseen käynnistysvaiheenalustussekvenssin virtaviivaisena.