一種溫濕度傳感器的記錄數據保存方法

最原始的數據記錄都是依靠人工去完成的，每隔一段時間記錄一次數據。在科學實驗室里，科技人員經常拿著筆和紙記錄當時觀察的數據，這種工作既單調又枯燥，還不能及時。于是人們想到一種辦法，讓機器來定時采集和記錄，然后將采集的數據保存到FLASH中。當我們需要的時候，再從FLASH中讀出來，供我們使用。可見，機器記錄數據既保證了實時性和效率，還節省了人工成本。

我們先回顧一下人工記錄的方法：先在一張空白的紙上制作一個表格，里面有：序號，內容，時間，簽字人姓名，核驗時間。同理、機器記錄也需要首先要有一個空白的數據記錄區，而且掉電再上電還要保證數據繼續存在。于是我們會很快想到FLASH存儲器，FLASH通常有兩種：I2C通訊的EEPROM和SPI通訊的FLASH。EEPROM最大的分區為頁，限制了EEPROM的容量擴展；其次跨頁寫入時，EEPROM需要發送重啟條件；再次I2C抗干擾能力差。SPI通訊的FLASH支持扇區讀、寫和擦除，同時支持塊擦除，容量大，性價比高。因此，SPI通訊的FLASH是我們的首選。

W25Q128容量為16M字節，共計4096個扇區，每個扇區為4*1024個字節，地址為24位。扇區擦除后，里面的數據全部是0xFF。

1、保存對象

溫度1(float型)，溫度2(float型)，濕度1(u8型)，濕度2(u8型)，狀態數據(u8型)

1、數據保存周期

規定每5分鐘保存一次。這樣，每天保存的信息數量為：24*60/5=288條。

2、消息格式

1)、時間：

用秒表示，32位數值，使用16進制的ASCii碼表示，需要占用8個字節。

若用0表示2000年1月1日00:00:00，則：

全為平年，最大年數為0x100000000/3600/24/365=4294967296=136.19年

全為閏年，最大年數為0x100000000/3600/24/366=4294967296=135.82年

從2023年算起，還可以支持112年，這個時間數值夠用了。

2)、u32和單精度浮點數：

單精度浮點數為32位數值，使用16進制的ASCii碼表示，需要占用8個字節。

3)、整型數：

u16型數值，使用16進制的ASCii碼表示，需要占用4個字節，用D表示。

u8型數值，使用16進制的ASCii碼表示，需要占用2個字節，用d表示。

4)、校驗碼：

校驗碼為u8型數值，使用16進制的ASCii碼表示，需要占用2個字節。

5)、起始符號和結束符號：

起始符號’(’，使用ASCii碼表示，需要占用1個字節。

結束符號’)’，使用ASCii碼表示，需要占用1個字節。

6)、上傳狀態：

0xFF表示沒有上傳，需要執行斷網續傳；字符’Y’表示已上傳，無需續傳。需要占用1個字節。

7)、消息格式：(上傳狀態/時間/f1/f2/d1/d2/d3/校驗碼)

每條信息為3*8+3*2+5=35個字節。

1個時間數據，3個浮點數，3個u8型數值。

舉例:

(Y000000003F0000003F0000004B4B00XX)

Y表示該信息已經上傳

時間：00000000通過換算得到時間為2000-01-01 00:00:00

溫度1為浮點字符串數值3F000000，合為十進制數為0.5度

溫度2為浮點字符串數值3F000000，合為十進制數為0.5度

濕度1為u8型字符串數值4B，合為十進制數為75

濕度2為u8型字符串數值4B，合為十進制數為75

溫度1，溫度2，濕度1和濕度2狀態值為u8型字符串數值00，合為十進制數為0。

3、扇區規劃

1)、每個扇區的前兩個字節，用來記錄扇區的狀態：

分別用SectorXByte[0]和SectorXByte[1]表示，其中-1

SectorXByte[0]=0xFF且SectorXByte[1]=0xFF表示該扇區為空白扇區；

SectorXByte[0]=’1’且SectorXByte[1]=0xFF表示該扇區可以繼續保存信息；

SectorXByte[0]=’1’且SectorXByte[1]=’1’表示該扇區滿，不能再保存信息；

SectorXByte[0]=0xFF且SectorXByte[1]=’1’表示該扇區損壞了，不能保存信息；

這么規定的目的，可以告訴我們當前寫到哪個扇區了，同時，可以避免將數據寫入壞扇區。

舉例：

Sector0Byte[0]=0xFF且Sector0Byte[1]=0xFF表示扇區0為空白扇區；

Sector0Byte[0]=’1’且Sector0Byte[1]=0xFF表示扇區0可以繼續保存信息；

Sector0Byte[0]=’1’且Sector0Byte[1]=’1’表示扇區0滿，不能再保存信息；

Sector0Byte[0]=0xFF且Sector0Byte[1]=’1’表示扇區0損壞了，不能保存信息；

2)、每個扇區的信息數量

(4096-2)/35=116.9條，按照116條/扇區計算，損失34個字節。

3)、規定信息寫入，不得跨越扇區。因此最后34個字節為0xFF，不使用。這么設計的目的，就是為了保證扇區前兩個字節用作記錄扇區的狀態，不被改變，同時，也是為了扇區具有可讀性。

4、W25Q64JV(8M容量的FLASH)

1)、最大信息數量

116*2048=237568條數據

2)、最多天數

237568/288=824天，因此8M的FLASH可以保存2.2年的數據。

5、W25Q128JV(16M容量的FLASH)

1)、最大信息數量

116*4096=475136條數據

2)、最多天數

475136/288=1649天，因此16M的FLASH可以保存4.5年的數據。

6、總結

通過上述對FLASH得規劃，實現數據記錄就很容易實現了。

審核編輯 黃宇