几年前，我设计了一款带液晶屏的产品。一般情况下，液晶显示屏的工作温度为常温型0-50，宽温型-20-70，超宽温型-30-80。 　　

　　

　　众所周知，俄罗斯和北欧国家冬天冰雪覆盖，地面冻得冰凉。即使在白天，气温也可能低至零下50摄氏度。 　　

　　

　　所以要求这款产品的工作温度在-40-70，也就是说液晶屏在-40下仍能正常工作。 　　

　　

　　我们的解决方案是通过NTC检测温度，用PWM驱动功率电阻产生热量进行加热。 　　

　　

　　好在产品体积比较小，电路板和液晶屏都密封在外壳里，只需要消耗少量的电量就能达到很好的加热效果。 　　

　　

　　其实在这个产品之前，公司也有别人设计的类似产品。最初的方案是根据阈值控制功率电阻的导通或断开，即： 　　

　　

　　当检测到的温度低于-15时，MCU的IO口输出高电平，开启NMOS，给功率电阻供电，使其发热； 　　

　　

　　当检测到的温度高于-5C时，输出低电平以关闭NMOS并停止功率电阻器的加热。 　　

　　

　　这种简单的模糊控制方式不仅浪费电能，而且无法在低温下为电子元器件和液晶屏提供-10的恒温工作环境。 　　

　　

　　恶劣的工作环境影响了这些设备的心情。也许他们会罢工或提前退休。 　　

　　

　　作为一个有几十年工作经验的工程师，我深知“细节决定成败”的真谛，所以在这个供暖方案上做了一些创新：电路还是那个电路，器件还是那个器件； 　　

　　

　　温度检测和电阻加热电路原理图 　　

　　

　　温度检测相对简单。3.3V的参考电压经NTC和R2分压后送到单片机的ADC端口。 　　

　　

　　MCU的PWM口受R4限制，R5的漏电控制NMOS Q1驱动10欧姆的电源电阻R3发热。 　　

　　

　　采用控制NMOS的端口由普通的IO口改到PWM频率为1KHz、占空比为0%-100%可调的PWM信号驱动NMOS，使功率电阻R3产生可调热量； 　　

　　

　　将编写MCU程序实现增量式PID控制，并根据PID算法计算的数值设定PWM的占空比温度设置为-10 　　

　　

　　从ADC端口读取对应于当前温度的ADC值。 　　

　　

　　计算设定温度和当前温度之间的差值。 　　

　　

　　从其内存中读取预设的比例和积分系数，并计算控制量。 　　

　　

　　增量式PID控制算法 　　

　　

　　对比例系数、积分系数进行整定.在PID参数的设定上非常考虑能力和经验，我的经验是先设定比例系数，先断开控制的闭环，测试当整个系统中的输入为一个单位时，受控输出可以变化多少个单位。选择比例因子，使得单个输入可以使输出改变大约0.1个单位。 　　

　　

　　接下来选择积分系数，积分系数大约是比例系数的1/20，可以根据测试结果用二分法连续调整。使控制效果最佳，既不会产生振荡，也不会导致系统反应过慢。 　　

　　

　　增量式PID控制算法如下：void PID _ init (void) {int32m _ LCF，m _ LCI，m _ lcurupidcon . m _ iDU=(int 16)pidcon . m _ ui setad-(int 16)pidcon . m _ ui curad；m _ lCF=(int 32)pidcon . m _ uiKP * pidcon . m _ iDU；m _ lCI=(int 32)pidcon . m _ uiKI * pidcon . m _ iDU；m _ lCurU=m _ lCF m _ lCIpidcon . m _ ul curu=m _ lcu ru；} # define HT _ AD _ CURU _ MIN 0 # define HT _ AD _ CURU _ MAX((int 32)HT _ PWM _ PERIOD * 512)void PID _ cal(void){ int 16m _ iDU，m _ iDDUINT32 m_lCF，m_lCI，m _ lCurUm _ iDU=(int 16)pidcon . m _ ui setad-(int 16)pidcon . m _ ui curad；m _ iDDU=m _ iDU-pidcon . m _ iDU；pidcon.m _ iDU=m _ iDUm _ lCF=(int 32)pidcon . m _ uiKP * m _ iDDU；m _ lCI=(int 32)pidcon . m _ uiKI * m _ iDU；m _ lCurU=m _ lCF m _ lCIpidcon . m _ ul curu=m _ lcu ru；if(pidcon . m _ ul CURU HT _ AD _ CURU _ MIN){ pidcon . m _ ul CURU=HT _ AD _ CURU _ MIN；} if(pidcon . m _ ul CURU HT _ AD _ CURU _ MAX){ pidcon . m _ ul CURU=HT _ AD _ CURU _ MAX；} } void PID _ conduty(void){ U32 lduty；lduty=0；PID con . m _ ui duty=0；if(pidcon . m _ ul curu 0){ lduty=(U32)pidcon . m _ ul curu/512；} if(lduty=HT _ PWM _ PERIOD){ PID con . m _ ui duty=HT _ PWM _ PERIOD；} else { pidcon . m _ ui duty=(U16)lduty；} update duty(pidcon . m _ ui duty)；}最后的效果很完美。将产品放入高低温试验箱，并将温度设置为-30c。产品外壳内部的温度曲线测量如下： 　　

　　

　　温度变化曲线，实现完美跟踪。