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摘要：随着数字技术的迅速发展，微控制器在社会的各个领域得到了广泛的应用，由于数字系统有着模拟系统所没有的优势，如抗干扰性强、便于和PC机相联、系统易于升级维护，所以数字控制系统更适合用来设计仓库温度控制系统。
本设计的主要内容是根据仓库的温度调节排气扇的转速从而达到控制仓库温度的作用。同时本系统还要实现用数码管显示仓库温度，当仓库温度达到报警温度时系统报警和继电器控制电机启动的功能，方便工作人员对仓库的温度和情况进行监控。设计中利用数字测温计DS18B20测温、用市场上常见的AT89C2051单片机作为控制器、采用易于和数字系统连接的继电器控制电机动作。整个系统采用的都是数字芯片，因此系统工作稳定，升级维护方便。
关键词：DS18B20；单片机AT89S52；温度控制；
Abstract: with the rapid development of digital technology, microcontroller in social fields has been widely used, due to the digital system have the advantage of simulation system is not as strong anti-interference, facilitate and PC connected, system to upgrade maintenance, so the digital control system is more suited for warehouse temperature control system design.
The main content of this design is according to the warehouse temperature adjust exhaust fan speed so as to achieve control role of temperature in the warehouse. At the same time the system implemented with a digital pipe display the warehouse temperature, when the alarm temperature is reached when the warehouse temperature system and relay control of motor start alarm function, convenient staff to monitor the temperature and condition of the warehouse. Used in the design of digital thermometer DS18B20 temperature measurement, using common on the market of AT89C2051 single-chip microcomputer as the controller, using easily and the digital system connection relay control motor action. The whole system adopts are digital chip, so the system work stable, maintenance is convenient.
Key words: DS18B20; Single-chip microcomputer AT89S52 devices; Temperature control;
中图分类号： S379.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
第一章 温度控制系统总体设计
该仓库温度控制系统主要是利用集成温度传感器DS18B20来测量仓库内的温度，将测量的数据读取到单片机并与设定值进行比较，然后根据比较结果通过继电器来控制排风扇电机是否启动，以此来控制仓库内温度。
1.1系统工作原理
控制系统一般可以分为四个部分：
1.控制器：它是各类控制系统的核心部分，由AT89C2051来实现控制器的作用。
2.执行结构：本设计的执行机构为直流电机。
3.被控对象：本设计的被控对象是仓库。
4.检测变送装置：检测变送装置是集成温度传感器DS18B20 。
系统原理框图如图1-1所示。
图1-1 系统原理框图
本系统将仓库内需要保持的正常温度对应的电压量作为给定量，将集成温度传感器DS18B20检测到的仓库内温度对应的电压信号作为反馈信号，在与给定量进行比较后的差值送入控制器，然后通过继电器控制直流电机是否启动运转，以达到控制仓库内温度的目的。
本设计采用模块化设计思想，整个系统由五大模块组成，分別是继电器控制模块、电机模块、测温模块、显示模块、单片机控制模块。
各个模块之间的关系如图1-2所示。本设计的工作原理是，首先由测温电路实时测量仓库内的温度，再利用单片机将此温度储存起来：一方面传给数码管，由0.56寸的三位共阳极数码管显示温度值；另一方面要对测量的温度值和预先设定的温度值进行比较。如设定报警的温度为20ºC，则当环境温度达到21ºC时，报警发光二极管发光，同时继电器动作，驱动直流电机运转，降低仓库温度。如果不需要对温度控制（报警），可以将报警温度值设置高些。如果控制的是某局部的温度，可将DS18B20用引线引出，但距离不宜过大，注意其引脚绝缘。设计中为了使工作人员更好的操作系统，设置了工作状态指示灯，AN1、AN2和AN3键供操作人员来查看和设定上限温度值。
图1-2系统结构图
1.2 AT89C2051单片机
AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能8位单片机，片内含2K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C2051单片机在电子类产品中有广泛的应用[[
第二章 系统硬件设计
2.1 测温电路模块
在本设计中，由于使用了数字芯片，为了使测温电路的接口简单化，所以测温器件采用了单线数字温度传感器DS18B20，不需要专用A/D转换电路来实现温度量由模拟量到数字量的变换，并可与单片机直接连接。
2.1.1 DS18B20简介
温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。DS18B20的优势是单片机技术和开发温度相关的小产品的最佳选择。
DS18B20的主要特征：
1.最高12位分辨率，精度可达0.5摄氏度。2.12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。3.可选择寄生工作方式。4.检测温度范圍为–55°C ~+125°C (–67°F ~+257°F)5.内置EPROM，限温报警功能。6.64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。7.多样封装形式，适应不同硬件系统。
独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。
无须外部器件。
可通过数据线供电，电压范围为3.0～5.5V。
零待机功耗。
温度以9或12位数字存储。
负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。DS18B20的存储器资源，分别是：ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56位的CRC码（冗余校验）。DS18B20共64位ROM。RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据信息。第3、4个字节是用户（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EPROM 非易失性记忆体[6]，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据。DS18B20共3位EPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。
当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625°C／LSB式表示。表2-1为温度与数据的转换关系。
表2-1 温度/数据关系
控制器对DS18B20操作流程：
1． 复位：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给DS18B20单总线至少480的低电平信号。当DS18B20接到此复位信号后则会在15~60后回发一个芯片的存在脉冲。
2. 存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在15~60后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60~240的低电平信号。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与DS18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。
3. 控制器发送ROM指令：双方打完了招呼之后要进行交流了，ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别是读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。ROM指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的ID号来区别，一般只挂接单个DS18B20芯片时可以跳过ROM指令（注意：此处指的跳过ROM指令并非不发送ROM指令，而是用特有的一条“跳过指令”）。
4. 控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给DS18B20之后，紧接着（不间断）就是发送存储器操作指令。操作指令同样为8位，共6条，存储器操作指令分别是写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EPROM、温度转换、将EPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换。存储器操作指令的功能是命令DS18B20做什么样的工作，是芯片控制的关键。
5. 执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器（单片机）必须等待DS18B20执行其指令，一般转换时间为500。如执行数据读写指令则需要严格遵循DS18B20的读写时序来操作。
当符号位S＝0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。
操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。具体过程如下所述。
1.初始化。单总线的所有处理均从初始化开始。初始化过程是主机通过向作为从机的DS18B20芯片发一个有时间宽度要求的初始化脉冲实现的。初始化后，才可进行读写操作。
2.ROM操作命令。总线主机检测到DS18B20的存在，便可以发出ROM操作命令之一。
对DS18B20操作，先跳过ROM，即是启动DS18B20进行温度变换，之后通过匹配ROM 再逐一地读回每个DS18B20的温度数据。在DS18B20组成的测温系统中，主机在发出跳过ROM命令之后，再发出统一的温度转换启动码44H，就可以实现所有DS18B20的统一转换，再经过250ms后，就可以用很少的时间去逐一读取。这种方式使其T值往往小于传统方式。
2.1.2 测温电路设计
传感器数据采集电路主要指DS18B20温度传感器与单片机的接口电路。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，如图2-1所示，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，考虑到实际应用中寄生电源供电方式适应能力差且易损坏，此处采用电源供电方式，I/O口接单片机的P2.2口。
图2-1 电源供电方式
由于设计中要求温度显示（和控制）的范围为：-55ºC到125 ºC之间，精度为1ºC，也就是显示整数。如果控制的是某局部的温度，可将DS18B20用引线引出，但距离不宜过大，注意其引脚绝缘。测温电路如图2-2所示。
图2-2 测温电路
2.2电机模块
定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
直流电机由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成[7]。
本设计采用直流5V电动机。由于单片机I/O口输出的电压太小因此不能将电机直接接在单片机上，因此需要加驱动电路，驱动电路有以下三种方案。
方案一：采用继电器对電动机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，市场上继电器种类齐全，价格也比较便宜。缺点是继电器的响应时间慢、寿命较短。
方案二：采用专用小型直流电机驱动芯片。这个方案的优点是驱动电路简单，驱动电路功耗相对较小，缺点是芯片的价格较高，需要外加供电电路。
方案三：采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术[8]。
因为方案一采用继电器，能够使电路简单，且工作稳定，本设计采用的是继电器驱动直流电机。
2.3继电器模块
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中。它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
本设计用的继电器型号为JRC-21F小功率继电器。它具有一组转换触点形式，1A触点切换能力、体积小、性能优良、价格便宜等优点，因此可用于工业自动装置，通讯设备以及无线电遥控，声控玩具等电子控制系统。
2.4数码管显示模块
本设计中应用四位数码管，其中一位共阳极数码管LED1用来显示摄氏温度符号，三位共阳极数码管LED2用来显示仓库温度。
2.4.1 数码管显示原理
LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....。LED数码管根据LED的接法不同分为共阴极和共阳极两类。图3-5和图3-6是共阴极和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。我们最常用的是七段式和八段式LED数码管，八段比七段多了一个小数点，其他的基本相同。所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起。图2-3为数码管引脚定义。
图2-3 数码管引脚定义
LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。
静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O口进行驱动，或者使用BCD码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O口多，如驱动5个数码管静态显示则需要=40根I/O口来驱动。故实际应用时必须增加驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。
动态显示驱动：数码管动态显示界面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp ”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，相应的数码管就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，而且能够节省大量的I/O口，功耗更低。数码管显示电路和系统实物如图2-4和图2-5所示。
图2-4 数码管显示电路
图2-5 系统实物图
3.5本章小结
本章主要是对系统的硬件进行设计，包括测温模块，电机模块，继电器模块和数码管显示模块所用器件的分析和电路设计。
结论
随着数字系统的飞速发展，以微控制器为核心的数字调速系统是目前调速系统的发展趋势，本设计就是从微处理器到各种功能芯片都是数字形式的，无需进行数模转换，让信号保持为数字形式其最大优点就是可将噪声影响降到最小。论文通过详细的分析和规划，对仓库温度控制系统进行了初步设计。例如系统要求能实时监测仓库内温度，设置报警温度并且当仓库内温度超过报警温度后系统能够报警，同时启动排气风扇来降低仓库温度。在设计过程中，借阅了各种单片机控制类书籍，查阅相关资料后仔细设计完成了该温度控制系统，并且系统完全符合设计的要求。
当今社会科技日新月异，数字系统的更新换代速度不断加快，而本设计就是据此，重新设计了仓库排气扇监控系统，将其原来的模拟系统改为数字系统，为的就是其便于和整个仓库控制系统相连接，特别是PC机的连接，当然最重要的是便于其随着整个系统的维护升级，因此其必然会有广阔的市场前景。
参考文献
[1] 余发山.单片机原理与应用技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003:121-125.
[2] 徐爱钧.8051单片机实践教程[M].北京:电子工业出版社,2006:50-65.
[3] 周润景,张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006:100-120.
[4] 蒋辉平,周国雄.基于PROTEUS的单片机系统设计与仿真实例[M].北京:机械工业出版社,2009:123-133.
[5] 李泉溪.单片机原理与应用实例仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009:200-210.
[6] 汤竞南, 沈国琴.51单片机C语言开发与实例[M].北京:人民邮电出版社,2008:125-128.
[7]A E Fitzgerald,Charles Kingsley Jr,Stephen D Umans.Electric Machinery.Sixth Edition. [M].New York:
Mcgraw-Hill,2003:32 -33.
[8] 戴佳,戴卫恒,刘博文.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京:电子工业出版社,2008:30-45.
本设计的主要内容是根据仓库的温度调节排气扇的转速从而达到控制仓库温度的作用。同时本系统还要实现用数码管显示仓库温度，当仓库温度达到报警温度时系统报警和继电器控制电机启动的功能，方便工作人员对仓库的温度和情况进行监控。设计中利用数字测温计DS18B20测温、用市场上常见的AT89C2051单片机作为控制器、采用易于和数字系统连接的继电器控制电机动作。整个系统采用的都是数字芯片，因此系统工作稳定，升级维护方便。
关键词：DS18B20；单片机AT89S52；温度控制；
Abstract: with the rapid development of digital technology, microcontroller in social fields has been widely used, due to the digital system have the advantage of simulation system is not as strong anti-interference, facilitate and PC connected, system to upgrade maintenance, so the digital control system is more suited for warehouse temperature control system design.
The main content of this design is according to the warehouse temperature adjust exhaust fan speed so as to achieve control role of temperature in the warehouse. At the same time the system implemented with a digital pipe display the warehouse temperature, when the alarm temperature is reached when the warehouse temperature system and relay control of motor start alarm function, convenient staff to monitor the temperature and condition of the warehouse. Used in the design of digital thermometer DS18B20 temperature measurement, using common on the market of AT89C2051 single-chip microcomputer as the controller, using easily and the digital system connection relay control motor action. The whole system adopts are digital chip, so the system work stable, maintenance is convenient.
Key words: DS18B20; Single-chip microcomputer AT89S52 devices; Temperature control;
中图分类号： S379.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
第一章 温度控制系统总体设计
该仓库温度控制系统主要是利用集成温度传感器DS18B20来测量仓库内的温度，将测量的数据读取到单片机并与设定值进行比较，然后根据比较结果通过继电器来控制排风扇电机是否启动，以此来控制仓库内温度。
1.1系统工作原理
控制系统一般可以分为四个部分：
1.控制器：它是各类控制系统的核心部分，由AT89C2051来实现控制器的作用。
2.执行结构：本设计的执行机构为直流电机。
3.被控对象：本设计的被控对象是仓库。
4.检测变送装置：检测变送装置是集成温度传感器DS18B20 。
系统原理框图如图1-1所示。
图1-1 系统原理框图
本系统将仓库内需要保持的正常温度对应的电压量作为给定量，将集成温度传感器DS18B20检测到的仓库内温度对应的电压信号作为反馈信号，在与给定量进行比较后的差值送入控制器，然后通过继电器控制直流电机是否启动运转，以达到控制仓库内温度的目的。
本设计采用模块化设计思想，整个系统由五大模块组成，分別是继电器控制模块、电机模块、测温模块、显示模块、单片机控制模块。
各个模块之间的关系如图1-2所示。本设计的工作原理是，首先由测温电路实时测量仓库内的温度，再利用单片机将此温度储存起来：一方面传给数码管，由0.56寸的三位共阳极数码管显示温度值；另一方面要对测量的温度值和预先设定的温度值进行比较。如设定报警的温度为20ºC，则当环境温度达到21ºC时，报警发光二极管发光，同时继电器动作，驱动直流电机运转，降低仓库温度。如果不需要对温度控制（报警），可以将报警温度值设置高些。如果控制的是某局部的温度，可将DS18B20用引线引出，但距离不宜过大，注意其引脚绝缘。设计中为了使工作人员更好的操作系统，设置了工作状态指示灯，AN1、AN2和AN3键供操作人员来查看和设定上限温度值。
图1-2系统结构图
1.2 AT89C2051单片机
AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能8位单片机，片内含2K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C2051单片机在电子类产品中有广泛的应用[[
第二章 系统硬件设计
2.1 测温电路模块
在本设计中，由于使用了数字芯片，为了使测温电路的接口简单化，所以测温器件采用了单线数字温度传感器DS18B20，不需要专用A/D转换电路来实现温度量由模拟量到数字量的变换，并可与单片机直接连接。
2.1.1 DS18B20简介
温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。DS18B20的优势是单片机技术和开发温度相关的小产品的最佳选择。
DS18B20的主要特征：
1.最高12位分辨率，精度可达0.5摄氏度。2.12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。3.可选择寄生工作方式。4.检测温度范圍为–55°C ~+125°C (–67°F ~+257°F)5.内置EPROM，限温报警功能。6.64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。7.多样封装形式，适应不同硬件系统。
独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信。
无须外部器件。
可通过数据线供电，电压范围为3.0～5.5V。
零待机功耗。
温度以9或12位数字存储。
负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。
DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。DS18B20的存储器资源，分别是：ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56位的CRC码（冗余校验）。DS18B20共64位ROM。RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据信息。第3、4个字节是用户（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。EPROM 非易失性记忆体[6]，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据。DS18B20共3位EPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。
当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625°C／LSB式表示。表2-1为温度与数据的转换关系。
表2-1 温度/数据关系
控制器对DS18B20操作流程：
1． 复位：首先我们必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给DS18B20单总线至少480的低电平信号。当DS18B20接到此复位信号后则会在15~60后回发一个芯片的存在脉冲。
2. 存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在15~60后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60~240的低电平信号。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与DS18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。
3. 控制器发送ROM指令：双方打完了招呼之后要进行交流了，ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别是读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。ROM指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的ID号来区别，一般只挂接单个DS18B20芯片时可以跳过ROM指令（注意：此处指的跳过ROM指令并非不发送ROM指令，而是用特有的一条“跳过指令”）。
4. 控制器发送存储器操作指令：在ROM指令发送给DS18B20之后，紧接着（不间断）就是发送存储器操作指令。操作指令同样为8位，共6条，存储器操作指令分别是写RAM数据、读RAM数据、将RAM数据复制到EPROM、温度转换、将EPROM中的报警值复制到RAM、工作方式切换。存储器操作指令的功能是命令DS18B20做什么样的工作，是芯片控制的关键。
5. 执行或数据读写：一个存储器操作指令结束后则将进行指令执行或数据的读写，这个操作要视存储器操作指令而定。如执行温度转换指令则控制器（单片机）必须等待DS18B20执行其指令，一般转换时间为500。如执行数据读写指令则需要严格遵循DS18B20的读写时序来操作。
当符号位S＝0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位S＝1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（CRC）。主机ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。
操作协议为：初使化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。具体过程如下所述。
1.初始化。单总线的所有处理均从初始化开始。初始化过程是主机通过向作为从机的DS18B20芯片发一个有时间宽度要求的初始化脉冲实现的。初始化后，才可进行读写操作。
2.ROM操作命令。总线主机检测到DS18B20的存在，便可以发出ROM操作命令之一。
对DS18B20操作，先跳过ROM，即是启动DS18B20进行温度变换，之后通过匹配ROM 再逐一地读回每个DS18B20的温度数据。在DS18B20组成的测温系统中，主机在发出跳过ROM命令之后，再发出统一的温度转换启动码44H，就可以实现所有DS18B20的统一转换，再经过250ms后，就可以用很少的时间去逐一读取。这种方式使其T值往往小于传统方式。
2.1.2 测温电路设计
传感器数据采集电路主要指DS18B20温度传感器与单片机的接口电路。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，如图2-1所示，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式，考虑到实际应用中寄生电源供电方式适应能力差且易损坏，此处采用电源供电方式，I/O口接单片机的P2.2口。
图2-1 电源供电方式
由于设计中要求温度显示（和控制）的范围为：-55ºC到125 ºC之间，精度为1ºC，也就是显示整数。如果控制的是某局部的温度，可将DS18B20用引线引出，但距离不宜过大，注意其引脚绝缘。测温电路如图2-2所示。
图2-2 测温电路
2.2电机模块
定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
直流电机由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成[7]。
本设计采用直流5V电动机。由于单片机I/O口输出的电压太小因此不能将电机直接接在单片机上，因此需要加驱动电路，驱动电路有以下三种方案。
方案一：采用继电器对電动机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，市场上继电器种类齐全，价格也比较便宜。缺点是继电器的响应时间慢、寿命较短。
方案二：采用专用小型直流电机驱动芯片。这个方案的优点是驱动电路简单，驱动电路功耗相对较小，缺点是芯片的价格较高，需要外加供电电路。
方案三：采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术[8]。
因为方案一采用继电器，能够使电路简单，且工作稳定，本设计采用的是继电器驱动直流电机。
2.3继电器模块
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中。它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
本设计用的继电器型号为JRC-21F小功率继电器。它具有一组转换触点形式，1A触点切换能力、体积小、性能优良、价格便宜等优点，因此可用于工业自动装置，通讯设备以及无线电遥控，声控玩具等电子控制系统。
2.4数码管显示模块
本设计中应用四位数码管，其中一位共阳极数码管LED1用来显示摄氏温度符号，三位共阳极数码管LED2用来显示仓库温度。
2.4.1 数码管显示原理
LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....。LED数码管根据LED的接法不同分为共阴极和共阳极两类。图3-5和图3-6是共阴极和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。我们最常用的是七段式和八段式LED数码管，八段比七段多了一个小数点，其他的基本相同。所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起。图2-3为数码管引脚定义。
图2-3 数码管引脚定义
LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。
静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O口进行驱动，或者使用BCD码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O口多，如驱动5个数码管静态显示则需要=40根I/O口来驱动。故实际应用时必须增加驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。
动态显示驱动：数码管动态显示界面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp ”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，相应的数码管就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，而且能够节省大量的I/O口，功耗更低。数码管显示电路和系统实物如图2-4和图2-5所示。
图2-4 数码管显示电路
图2-5 系统实物图
3.5本章小结
本章主要是对系统的硬件进行设计，包括测温模块，电机模块，继电器模块和数码管显示模块所用器件的分析和电路设计。
结论
随着数字系统的飞速发展，以微控制器为核心的数字调速系统是目前调速系统的发展趋势，本设计就是从微处理器到各种功能芯片都是数字形式的，无需进行数模转换，让信号保持为数字形式其最大优点就是可将噪声影响降到最小。论文通过详细的分析和规划，对仓库温度控制系统进行了初步设计。例如系统要求能实时监测仓库内温度，设置报警温度并且当仓库内温度超过报警温度后系统能够报警，同时启动排气风扇来降低仓库温度。在设计过程中，借阅了各种单片机控制类书籍，查阅相关资料后仔细设计完成了该温度控制系统，并且系统完全符合设计的要求。
当今社会科技日新月异，数字系统的更新换代速度不断加快，而本设计就是据此，重新设计了仓库排气扇监控系统，将其原来的模拟系统改为数字系统，为的就是其便于和整个仓库控制系统相连接，特别是PC机的连接，当然最重要的是便于其随着整个系统的维护升级，因此其必然会有广阔的市场前景。
参考文献
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