本發(fā)明涉及車燈溫度控制，具體涉及一種基于pid算法的車燈溫度控制方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、led是當(dāng)前車燈的主流光源，隨著近年來(lái)led在車燈運(yùn)用的越來(lái)越廣泛，led的數(shù)量不斷增加，功率日益增大，車燈燈具的散熱的效能問(wèn)題也顯得越來(lái)越重要。然而由于國(guó)內(nèi)地區(qū)間氣候帶種類多，南北氣溫相差大，led亮度受到環(huán)境溫度影響大，復(fù)雜多變的環(huán)境溫度使得led工作時(shí)的亮度的穩(wěn)定性難以得到保證。

2、現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)采用以恒定功率轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)扇是目前l(fā)ed車燈的主流散熱的方法，但它傳統(tǒng)上是開(kāi)環(huán)控制，從控制的角度來(lái)看，這種對(duì)溫度的散熱方式對(duì)溫度控制無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)法對(duì)溫度進(jìn)行精細(xì)化控制，受環(huán)境溫度影響led結(jié)溫的波動(dòng)會(huì)使led亮度不穩(wěn)定(參考圖1所示)，影響車燈照明的效果。而且由于南北氣溫差異大，燈具的風(fēng)扇在不考慮環(huán)境溫度影響下的持續(xù)全功率輸出，不僅會(huì)增加不必要的能耗，也會(huì)增大噪聲。也即，現(xiàn)有技術(shù)中存在如下技術(shù)缺陷：

3、(1)無(wú)法根據(jù)車燈的實(shí)時(shí)溫度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)散熱強(qiáng)度。

4、(2)溫度控制精度低，易產(chǎn)生溫度震蕩使led亮度不穩(wěn)定。

5、(3)能耗較高，噪音控制不理想。

6、(4)難以實(shí)現(xiàn)精確的恒溫控制。

7、上述問(wèn)題是目前亟待解決的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，提供了一種基于pid算法的車燈溫度控制方法和系統(tǒng)。

2、一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于pid算法的車燈溫度控制方法，所述方法包括：步驟s1、設(shè)定燈具目標(biāo)溫度值st，以及pid算法中的比例系數(shù)kp、積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd；步驟s2、通過(guò)采集置于車燈中的溫度傳感器當(dāng)前時(shí)刻的電壓值vntc，利用預(yù)設(shè)的電壓-電阻公式計(jì)算得到當(dāng)前車燈的電阻值rntc；步驟s3、根據(jù)計(jì)算出的當(dāng)前車燈的電阻值rntc，通過(guò)ntc電阻值與溫度值對(duì)應(yīng)表得到當(dāng)前時(shí)刻的溫度值x；步驟s4、根據(jù)所述目標(biāo)溫度值st，比例系數(shù)kp，積分系數(shù)ki，微分系數(shù)kd以及預(yù)設(shè)的pid計(jì)算公式得到輸出值out，所述預(yù)設(shè)的pid計(jì)算公式為：

3、out＝((kp×ek)+(ki×sk)+(kd×dk))+out0；

4、ek＝st–xk；

5、sk＝e1+e2+e3+...+ek-2+ek-1+ek；

6、dk＝ek-ek-1；

7、式中，ek為溫度偏差，xk為第k次采樣的溫度值，out0為基準(zhǔn)輸出量，ek為當(dāng)前誤差，sk為累計(jì)誤差，dk為誤差變化率；

8、步驟s5、以所述輸出值out作為pwm的高電平寬度，周期性的輸出pwm值驅(qū)動(dòng)mos管開(kāi)關(guān)，進(jìn)而調(diào)節(jié)燈具風(fēng)扇輸出功率；步驟s6、根據(jù)風(fēng)扇輸出功率控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)車燈溫度到目標(biāo)溫度值st；步驟s7、循環(huán)步驟s1-s6，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整車燈溫度，使其穩(wěn)定在目標(biāo)溫度值st。

9、進(jìn)一步的，所述步驟s4還包括：

10、所述預(yù)設(shè)的pid計(jì)算公式為：

11、out＝pout+iout+dout；

12、pout＝(kp×ek)+out0；

13、iout＝(kp×((1/ti)×sk×t))+out0；

14、dout＝kp×(td×dk/t)+out0；

15、令：

16、ki＝kp×((1/ti)×t)；

17、kd＝kp×(td/t)；

18、式中，ti為積分時(shí)間常數(shù)，t為采樣周期，td為微分時(shí)間常數(shù)。

19、進(jìn)一步的，所述電壓-電阻公式為：

20、vntc＝3.3＊rntc/(r1+rntc)；

21、式中，r1為分壓電阻，單位為歐姆。

22、進(jìn)一步的，所述步驟s2通過(guò)采集置于車燈中的溫度傳感器當(dāng)前時(shí)刻的電壓值vntc，利用預(yù)設(shè)的電壓-電阻公式計(jì)算得到當(dāng)前車燈的電阻值rntc包括：通過(guò)ntc熱敏電阻溫度檢測(cè)電路得到當(dāng)前車燈的電阻值rntc；所述ntc熱敏電阻溫度檢測(cè)電路包括：電源通過(guò)第三電阻r3連接到ntc熱敏電阻的一端，ntc熱敏電阻的另一端接地，構(gòu)成一個(gè)分壓電路，輸出溫度傳感器當(dāng)前時(shí)刻的電壓值vntc；運(yùn)算放大器的反相輸入端-in接地，同相輸入端+in通過(guò)第二電容c2接地，同時(shí)還連接到ntc熱敏電阻與第三電阻r3的分壓節(jié)點(diǎn)，用于獲取ntc熱敏電阻分壓后的電壓信號(hào)vntc；運(yùn)算放大器輸出端電壓vadc1_ntc等于運(yùn)算放大器同相輸入端+in電壓vntc，vntc經(jīng)過(guò)第四電阻r4和第六電阻r6分壓進(jìn)入控制器adc1引腳，控制器adc1引腳讀出此電壓值vadc1_ntc，根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓-電阻公式計(jì)算出此時(shí)的ntc熱敏電阻的電阻值rntc。

23、進(jìn)一步的，所述方法還包括：通過(guò)穩(wěn)壓電路對(duì)第三電阻r3和溫度傳感器ntc的分壓進(jìn)行供電以及為運(yùn)算放大器提供供電電壓；所述穩(wěn)壓電路中集成有穩(wěn)壓芯片u1，所述穩(wěn)壓芯片u1的參考極連接到由第九電阻r9、第十電阻r10、第十一電阻r11和第十二電阻r12組成的分壓電路節(jié)點(diǎn)上，通過(guò)電阻分壓來(lái)設(shè)定穩(wěn)壓芯片u1的輸出電壓，穩(wěn)壓芯片u1的陽(yáng)極接地，陰極通過(guò)第八電阻r8連接到電源線路，同時(shí)輸出3.3v電壓。

24、進(jìn)一步的，所述步驟s5、以所述輸出值out作為pwm的高電平寬度，周期性的輸出pwm值驅(qū)動(dòng)mos管開(kāi)關(guān)，進(jìn)而調(diào)節(jié)燈具風(fēng)扇輸出功率包括：以所述輸出值out作為pwm的高電平寬度，通過(guò)散熱風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路調(diào)節(jié)燈具風(fēng)扇輸出功率；所述散熱風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路包括mos管q1和二極管d1，pwm信號(hào)通過(guò)第一電阻r1連接到mos管q1的柵極，用于控制mos管q1的導(dǎo)通與截止，下拉電阻電阻r2連接在mos管q1的柵極和地之間，二極管d1反向并聯(lián)在mos管q1的漏極和源極之間，用于保護(hù)mos管q1。

25、進(jìn)一步的，所述方法還包括：通過(guò)設(shè)置可配置的pwm信號(hào)周期參數(shù)t，限定所述步驟s4中的輸出值out小于或等于0.9t。

26、進(jìn)一步的，所述方法還包括：當(dāng)連續(xù)n個(gè)采樣周期計(jì)算得到的溫度變化率均超過(guò)預(yù)設(shè)的變化率閾值，則由pid控制工作模式切換至異常保護(hù)工作模式；所述異常保護(hù)工作模式為強(qiáng)制輸出100％占空比pwm信號(hào)。

27、進(jìn)一步的，所述步驟s5、以所述輸出值out作為pwm的高電平寬度，周期性的輸出pwm值驅(qū)動(dòng)mos管開(kāi)關(guān)，進(jìn)而調(diào)節(jié)燈具風(fēng)扇輸出功率包括：將所述輸出值out轉(zhuǎn)換為占空比，d＝(out/t)×100％，t為pwm信號(hào)周期，單位為ms，d為占空比，單位為百分比；基于所述占空比生成pwm信號(hào)驅(qū)動(dòng)mos管；通過(guò)mos管的柵極電壓控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

28、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基于pid算法的車燈溫度控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)采用上述的基于pid算法的車燈溫度控制方法實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括：控制器，適用于設(shè)定燈具目標(biāo)溫度值st，以及pid算法中的比例系數(shù)kp、積分系數(shù)ki和微分系數(shù)kd；通過(guò)采集置于車燈中的溫度傳感器當(dāng)前時(shí)刻的電壓值vntc，利用預(yù)設(shè)的電壓-電阻公式計(jì)算得到當(dāng)前車燈的電阻值rntc；根據(jù)計(jì)算出的當(dāng)前車燈的電阻值rntc，通過(guò)ntc電阻值與溫度值對(duì)應(yīng)表得到當(dāng)前時(shí)刻的溫度值x；根據(jù)所述目標(biāo)溫度值st，比例系數(shù)kp，積分系數(shù)ki，微分系數(shù)kd以及預(yù)設(shè)的pid計(jì)算公式得到輸出值out，所述預(yù)設(shè)的pid計(jì)算公式為：

29、out＝((kp×ek)+(ki×sk)+(kd×dk))+out0；

30、ek＝st–xk；

31、sk＝e1+e2+e3+...+ek-2+ek-1+ek；

32、dk＝ek-ek-1；

33、式中，ek為溫度偏差，xk為第k次采樣的溫度值，out0為基準(zhǔn)輸出量，ek為當(dāng)前誤差，sk為累計(jì)誤差，dk為誤差變化率；以所述輸出值out作為pwm的高電平寬度，周期性的輸出pwm值驅(qū)動(dòng)mos管開(kāi)關(guān)，進(jìn)而調(diào)節(jié)燈具風(fēng)扇輸出功率；ntc熱敏電阻溫度檢測(cè)電路，適用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燈具溫度，并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出至控制器中；散熱風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路，適用于根據(jù)控制器輸出的pwm信號(hào)控制風(fēng)扇的通斷和轉(zhuǎn)速，使車燈溫度到目標(biāo)溫度值st；風(fēng)扇，適用于根據(jù)mos管的控制進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)散熱；存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)ntc電阻值與溫度對(duì)應(yīng)表、目標(biāo)溫度值st、pid參數(shù)、pwm信號(hào)周期參數(shù)t、預(yù)設(shè)的變化率閾值、積分時(shí)間常數(shù)ti、采樣周期t以及微分時(shí)間常數(shù)td中的一種或其組合。

34、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種電子設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的基于pid算法的車燈溫度控制方法。

35、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)所述存儲(chǔ)介質(zhì)中的指令由電子設(shè)備的處理器執(zhí)行時(shí)，使得電子設(shè)備能夠執(zhí)行上述的基于pid算法的車燈溫度控制方法。

36、本發(fā)明的有益效果是：

37、(1)通過(guò)檢測(cè)燈具溫度傳感器兩端的電阻值實(shí)時(shí)獲得此刻燈具的溫度值，通過(guò)對(duì)比目標(biāo)溫度與當(dāng)前溫度值的偏差以及輸入pid參數(shù)，計(jì)算獲得輸出的pwm值，通過(guò)pwm值周期性調(diào)節(jié)風(fēng)扇輸出功率，對(duì)溫度進(jìn)行閉環(huán)控制，燈具溫度到達(dá)到目標(biāo)溫度并繼續(xù)穩(wěn)定燈具穩(wěn)定，降低其波動(dòng)幅度，有效減少了因led結(jié)溫波動(dòng)導(dǎo)致的led相對(duì)亮度的波動(dòng)，從而提升并穩(wěn)定了led燈的整體照明效果。

38、(2)本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)成本較低，適用于各種類型的燈具散熱應(yīng)用。