一、項目名稱:
智能方向盤加熱控制系統(tǒng)——基于Raspberry Pi Pico的恒溫節(jié)能解決方案
二、項目概述:
本項目旨在設計一款低成本、智能化的外置方向盤加熱控制系統(tǒng),通過熱敏電阻實時采集溫度數(shù)據(jù),結合電容式觸摸開關檢測用戶手部狀態(tài),實現(xiàn)恒溫加熱、自動啟停及節(jié)能控制。系統(tǒng)基于Raspberry Pi Pico主控芯片(RP2040),搭配PIM543顯示屏模塊(含用戶按鍵和RGB指示燈)進行人機交互,可自定義溫度檔位,適用于傳統(tǒng)方向盤升級或DIY場景。
1、項目原理:
1)核心功能
溫度智能調(diào)節(jié):通過熱敏電阻(NTC)實時監(jiān)測方向盤表面溫度,使用PID算法動態(tài)調(diào)整加熱膜功率,維持用戶設定的目標溫度。
手部狀態(tài)檢測:電容式觸摸開關檢測用戶是否握持方向盤,若無人操作則自動關閉加熱,切換供電模式,降低功耗。
人機交互界面:通過LCD顯示屏顯示當前溫度、目標溫度及工作狀態(tài),用戶按鍵調(diào)節(jié)溫度檔位,RGB燈指示加熱/待機/異常狀態(tài)。
2)節(jié)能邏輯
開機后,無人操作時(電容開關未觸發(fā)),系統(tǒng)進入低功耗待機模式(預加熱模式)。
檢測到手握后進入加熱模式,同時溫度達到設定值后,采用PWM脈寬調(diào)制動態(tài)控制加熱膜功率,避免持續(xù)全功率加熱。
2、硬件方案
模塊 | 硬件選型/參數(shù) | 功能描述 |
主控芯片 | Raspberry Pi Pico H RP2040 | 負責數(shù)據(jù)處理、算法控制及外設通信。 |
顯示屏模塊 | PIM543 - RP2040 LCD 1.14" | 顯示溫度、狀態(tài),集成4個按鍵和RGB燈。 |
加熱模塊 | 外置加熱膜(模擬) | 通過PWM控制加熱功率,模擬真實加熱。 |
溫度傳感器 | 熱敏電阻(NTC 10K) | 采集方向盤表面溫度,反饋至主控。 |
手部狀態(tài)檢測 | 電容式觸摸開關 | 檢測用戶是否握持方向盤,觸發(fā)加熱啟停。 |
供電模塊 | 5V適配器 | 為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電力輸入。 |
硬件連接示意圖:

3、軟件方案
1)主程序流程
初始化:配置外設(ADC、PWM、GPIO中斷)、加載默認溫度設定。
主循環(huán):
讀取按鍵輸入,更新目標溫度(范圍:20°C–45°C);
通過ADC獲取熱敏電阻溫度值,計算實際溫度。
檢測電容開關狀態(tài),判斷手部是否接觸;
若手部接觸且實際溫度 < 目標溫度:啟動PID算法調(diào)節(jié)PWM占空比,加熱膜工作;
若手部離開:停止加熱,進入預加熱模式;
刷新LCD顯示內(nèi)容,更新RGB燈狀態(tài);
2)關鍵算法
PID溫度控制:根據(jù)設定值與實際溫度差值,動態(tài)調(diào)整PWM輸出,公式:
Output = Kp*e(t) + Ki∫e(t)dt + Kd*de(t)/dt
低通濾波:對ADC采集的溫度數(shù)據(jù)進行濾波處理,消除噪聲干擾。
更新服務:電容開關觸發(fā)中斷,立即更新手部狀態(tài)標志位,響應優(yōu)先級高于主循環(huán)。
4、預期成果
實現(xiàn)溫度設定范圍18°C–40°C,控制精度±1°C。
手部離開后5秒內(nèi)關閉加熱,進入預加熱模式。
5、應用場景
傳統(tǒng)車輛方向盤升級。
冬季戶外設備(如摩托車把手、健身器材)的加熱改造。
智能家居場景(如恒溫杯墊、桌面加熱墊)。
三、作品實物圖



四、演示視頻
【智能方向盤加熱控制系統(tǒng)功能性展示】
https://www.bilibili.com/video/BV1mPXXYvECf/?share_source=copy_web&vd_source=b04da51472e5874aa452f4a273672c46
五、項目文檔
參考附件