芯耀
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在《2024 DigiKey 汽車應用創(chuàng)意挑戰(zhàn)賽》中，設計一個創(chuàng)新的汽車座椅和方向盤加熱系統是一個非常有潛力的方向，也是我接下來需要完成的項目任務。
下面是一些創(chuàng)意設計思路和技術實現方案，詳細的介紹。
一、項目名稱：
基于樹莓派PI5汽車座椅方向盤加熱系統
二、項目概述
本項目是利用樹莓派PI5作為核心處理器，結合多種傳感器和執(zhí)行器，包含多個加溫控制模塊，風扇等，，實現一個智能化的汽車座椅和方向盤加熱系統。系統通過AHT10溫濕度傳感器實時監(jiān)測環(huán)境溫濕度，利用STO21加熱片模塊進行加熱，并通過Motor Module直流電機控制風扇散熱，確保系統在舒適和安全的環(huán)境下運行。串口屏用于顯示系統狀態(tài)和用戶交互。
下面主要的功能以一組為示例進行講解與操作。
系統組成
STO21加熱片模塊：用于座椅和方向盤的加熱。GPIO4
Motor Module直流電機：用于控制風扇散熱。GPIO17
串口屏：用于顯示系統狀態(tài)和用戶交互。TX(GPIO15),RX(GPIO14)
系統功能
溫濕度監(jiān)測：通過AHT10傳感器實時監(jiān)測車內溫濕度。
加熱控制：根據用戶設置和環(huán)境溫度，控制STO21加熱片模塊進行加熱。
散熱控制：通過Motor Module直流電機控制風扇，確保系統不過熱。
用戶交互：通過串口屏顯示系統狀態(tài)，用戶可以通過觸摸屏進行設置和操作。
硬件連接
AHT10傳感器：通過I2C接口連接到樹莓派PI5。
STO21加熱片模塊：通過GPIO口控制，連接到樹莓派PI5。
Motor Module直流電機：通過PWM控制，連接到樹莓派PI5。
串口屏：通過UART接口連接到樹莓派PI5。
軟件設計
系統初始化：
初始化I2C、GPIO、PWM和UART接口。
初始化AHT10傳感器、STO21加熱片模塊、Motor Module直流電機和串口屏。
溫濕度讀取：
通過I2C接口讀取AHT10傳感器的溫濕度數據。
將數據存儲在變量中，用于**處理。
加熱控制：
根據用戶設置和環(huán)境溫度，控制STO21加熱片模塊的開關。
通過GPIO口輸出高低電平控制加熱片。
散熱控制：
根據系統溫度，控制Motor Module直流電機的轉速。
通過PWM信號調節(jié)電機轉速。
用戶交互：
通過串口屏顯示當前溫濕度、加熱狀態(tài)和風扇狀態(tài)。
用戶可以通過觸摸屏設置加熱溫度和風扇轉速。
主循環(huán)：
循環(huán)讀取溫濕度數據。
根據數據調整加熱和散熱控制。
更新串口屏顯示內容。
三、實物圖
AHT10傳感器：
AHT10 傳感器特性
測量范圍：
溫度：-40°C ~ 85°C
濕度：0% ~ 100% RH
精度：
溫度：±0.3°C
濕度：±2% RH
通信接口：I2C（默認地址：0x38）
供電電壓：2.2V ~ 5.5V
封裝：DFN（小型化封裝）
STO21加熱片模塊：
【品名】:加熱片模塊
【規(guī)格】:41.6x12.1x11.6mm(長x寬x高)
【顏色】:藍色
【PCB 材質】:軍工級別雙面PCB 板
【工作電壓】:5V
【工作溫度】:-40~85°℃
【工作方式】:輸入低電平或接地信號，加熱片工作【產品特點】:
1、采用 5VPTC 恒溫發(fā)熱片
2、放置在容器外部進行加熱使用，切勿將加熱片置于液體之中進行使用
3、自帶電源指示燈
4、提供 3mm 固定安裝螺絲孔
Motor Module直流電機：
參數簡介
工作電壓:3.3V-5V
信號電平:0V-5V最大轉速:3500RPM
工作溫度:-20℃-80℃定位方式:M3螺絲重量:50.88g
模塊尺寸:40mm*30mm(手工測量)
串口屏：
系列&尺寸
X2 6.2時
型號
TJC3696X262_011C_l
比例1:3
分辨率360x960
亮度(nit)300
工作電壓(V)4.65-6.5
休眠電流(mA)93
flash容量(Bytes)16M
運行內存(Bytes)512K
觸摸類型 N:無觸摸/C:電容式
TFT類型IPS
有效顯示尺寸(mm)147.46(L)x55.30(W)
工作電流(mA)340
工作溫度(°C)20~+70
掉電存儲容量(Bytes)1K
串口指令緩存區(qū)(Bytes)4K
四、軟件工作流程
軟件控制說明：
初始化
開始
初始化控制器（CONTROLLER類）
初始化風扇（GPIO17，默認關閉）
初始化加熱板（GPIO4，默認關閉）
初始化AHT10傳感器
讀取當前溫度
向串口屏發(fā)送初始溫度顯示值（t2.txt="20"）
設置目標溫度（aim = 20）
主循環(huán)
循環(huán)開始
讀取串口屏數據
從串口屏讀取目標溫度值（target）
如果讀取到新數據：
更新目標溫度（aim = target[-4]）
讀取當前溫度
調用AHT10.read_data()獲取當前溫度（temp）
顯示當前溫度
格式化溫度值為字符串（temp_str = "{0:.2f}".format(temp)）
向串口屏發(fā)送當前溫度值（t2.txt="temp_str"）
溫度控制邏輯
如果當前溫度 < 目標溫度
進入加熱模式：
關閉風扇（fan.off()）
打開加熱板（heat_board.off()）
更新串口屏顯示加熱圖標（p3.pic=1）
如果當前溫度 > 目標溫度
進入散熱模式：
打開風扇（fan.on()）
關閉加熱板（heat_board.on()）
更新串口屏顯示散熱圖標（p3.pic=2）
如果當前溫度 = 目標溫度
進入待機模式：
保持當前狀態(tài)（device.init()）
更新串口屏顯示待機圖標（p3.pic=3）
延時
短暫延時（time.sleep(0.05）
主循環(huán)延時（time.sleep(0.9）
循環(huán)結束
五、點亮效果圖
屏點亮效果
PI5控制軟件代碼：
連接圖：
六、代碼
class AHT10:
def __init__(self, bus=1, address=0x38):
self.bus = smbus2.SMBus(bus)
self.address = address
def read_data(self):
self.bus.write_i2c_block_data(self.address, 0xAC, [0x33, 0x00])
time.sleep(0.1)
data = self.bus.read_i2c_block_data(self.address, 0x00, 6)
if not (data[0] & 0x80):
raise RuntimeError("Device not ready")
raw_temp = ((data[3] & 0x0F) << 16) | (data[4] << 8) | data[5]
temperature = (raw_temp * 200.0 / 1048576) - 50
return temperature
class CONTROLLER:
def __init__(self):
self.temp = 0
# 正向控制 on是開 off是關
self.fan = LED(17)
# 反向控制 off是開 on是關 是否加熱從硬件外觀是看不出的 加熱比較慢 耐心等待
self.heat_board = LED(4)
self.aht10 = AHT10()
self.init()
def init(self):
self.fan.off()
self.heat_board.on()
self.temp = self.aht10.read_data()
def heat(self):
self.fan.off()
self.heat_board.off()
self.temp = self.aht10.read_data()
def cool(self):
self.fan.on()
self.heat_board.on()
self.temp = self.aht10.read_data()
ser = serial.Serial("/dev/ttyAMA0", 9600)
device = CONTROLLER()
device.init()
ser.write('t2.txt="20"'.encode("GB2312"))
ser.write(bytes.fromhex("ff ff ff"))
aim = 20
while 1:
target = ser.read_all()
print("---------------")
if target != b"":
aim = target[-4]
print(aim)
temp = device.temp
print(temp, aim)
temp_str = "{0:.2f}".format(temp)
if int(temp) < aim:
device.heat()
ser.write("p3.pic=1".encode("GB2312"))
ser.write(bytes.fromhex("ff ff ff"))
elif int(temp) > aim:
device.cool()
ser.write("p3.pic=2".encode("GB2312"))
ser.write(bytes.fromhex("ff ff ff"))
else:
device.init()
ser.write("p3.pic=3".encode("GB2312"))
ser.write(bytes.fromhex("ff ff ff"))
time.sleep(0.05)
ser.write('t2.txt="{}"'.format(temp_str).encode("GB2312"))
ser.write(bytes.fromhex("ff ff ff"))
time.sleep(0.9)七、屏軟件操作界面
整體界面
多組選擇菜單：
模塊圖：
八、計劃框架圖
主要是多級控制時的一個架構圖：
軟件控制操作圖：
九、原理圖：
十、視頻講解：
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