1.本发明涉及烟草产品技术领域，尤其涉及一种加热烟具校准方法以及系统。


背景技术：

2.加热烟具的温度控制对消费者的抽吸感受影响很大，温度控制的精度和稳定性是烟具控制的核心。此外，使用者的抽吸口数、抽吸持续时间、抽吸间隔时间、抽吸容量等参数信息，可为烟具的精确控制提供相关参数信息。
3.当前对于烟具加热的温度控制策略多是对发热体电阻阻值变化进行检测，根据发热体的温度电阻关系计算出发热体的温度，再与设定目标温度进行比较，通过控制器对加热单元的输出功率进行相应调节以期达到调控温度的目的。这种温度计算需要进行较为复杂的运算，由于成本规制因素下烟具芯片的算力较差，计算过程存在延迟，因此难以实时检测出精确的温度值，检测精度只能达到
±
2.5℃。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种加热烟具校准方法以及系统。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一方面，构造一种加热烟具校准方法，所述烟具用于在测温时获取采样电阻的压降和发热器件的压降并计算压降比值，从预先存储的温度对照表中查表找到所述压降比值所对应的烟具温度，所述方法用于对所述温度对照表进行校准，所述方法包括：控制装置在烟具工作温度范围内以固定的温度梯度为间隔，确定多个温度值；依次取各个温度值作为指定温度执行温度校准操作得到各个温度值对应的压降比值；利用得到的各个温度值及其对应的压降比值形成温度对照表存储到所述烟具中。
6.优选地，所述温度校准操作包括：启动红外热成像测温仪实时采集烟具的热像数据；对实时采集的热像数据进行图像处理后测定出所述烟具的温度值；根据实时测得的温度值控制所述烟具加热至实时测得的温度值达到指定温度；当实时测得的温度值稳定在指定温度时，通知所述烟具上报实时测得的所述发热器件和采样电阻的压降比值。
7.其中，烟具工作时，在检测出的烟具温度下降超过预设温度差且持续时间超过预设时间长度范围中的某一预设值时，判定发生了一口抽吸，根据每一口烟所测得所述压降比值的变化极大值，在所述抽吸容量对照表中查询找到当前口抽吸所对应的抽吸容量，根据抽吸口数、抽吸持续时间、抽吸间隔时间、抽吸容量值对烟具的温控参数进行优化；所述方法还包括抽吸容量校准步骤，所述抽吸容量校准步骤包括：将烟具接入到吸烟机的抽吸通道中，控制装置启动所述烟具；
在预设抽吸容量范围内，以固定的容量梯度改变吸烟机的抽吸容量并均执行如下步骤得到各个抽吸容量与所述压降比值的变化极大值的对应关系：所述烟具加热到预设温度并保持稳定后，发送实时测得的所述压降比值到所述控制装置，控制装置在所述烟具温度达到稳定后，启动吸烟机按预设的抽吸参数完成一口抽吸，所述抽吸参数包括抽吸容量、流量峰型、抽吸时长；在吸烟机完成前述一口的抽吸时间内，烟具向控制装置实时发送所测得的所述压降比值，控制装置记录所述压降比值的变化极大值以及对应的吸烟机当前的抽吸容量；控制装置将各抽吸容量及所述压降比值的变化极大值的对应关系形成抽吸容量对照表写入到烟具的可读存储单元中。
8.二方面，构造一种加热烟具校准方法，所述烟具用于在测温时获取采样电阻的压降和发热器件的压降并计算压降比值，从预先存储的温度对照表中查表找到所述压降比值所对应的烟具温度，所述方法包括测温校准步骤，所述测温校准步骤包括：控制装置在烟具工作温度范围内选取若干个温度值，依次取各个温度值作为指定温度执行温度校准操作得到各个温度值对应的压降比值；根据各个温度值对应的压降比值，基于计算式rl=r1*v1/vl计算出各个温度值对应的发热器件的阻值，其中v1/vl表示压降比值，r1表示采样电阻的阻值；根据各个温度值对应的发热器件的阻值，得到发热器件的阻值与温度值在烟具工作温度范围内的拟合方程；在烟具工作温度范围内以固定的温度梯度为间隔确定多个温度值，根据所述拟合方程计算各个温度值对应的发热器件的阻值；根据采样电阻的阻值和各个温度值对应的发热器件的阻值，基于计算式v1/vl=rl/r1计算得到各个温度值对应的压降比值；利用得到的各个温度值及其对应的压降比值形成温度对照表存储到所述烟具中。
9.优选地，所述温度校准操作包括：启动红外热成像测温仪实时采集烟具的热像数据；对实时采集的热像数据进行图像处理后测定出所述烟具的温度值；根据实时测得的温度值控制所述烟具加热至实时测得的温度值达到指定温度；当实时测得的温度值稳定在指定温度时，通知所述烟具上报实时测得的所述发热器件和采样电阻的压降比值。
10.优选地，所述的根据各个温度值对应的发热器件的阻值，得到发热器件的阻值与温度值在烟具工作温度范围内的拟合方程，包括：按照温度值大小排序，任意相邻的两个温度值的数据按照tcr定义式进行一次计算得到一个tcr平均值：tcr（平均）=（rl（t2）
‑ꢀ
rl（t1））/（rl（t2）*（t2
‑ꢀ
t1）），式中，t1、t2是代表相邻的两个温度值；将所有得到的tcr平均值中的最小值、最大值去掉，剩下tcr平均值进行求平均得到tcr值。
11.优选地，所述的根据所述拟合方程计算各个温度值对应的发热器件的阻值，包括：通过计算或者实验方式先确定所有温度值中的某个温度值对应的发热器件的阻值，再利用所述某个温度值及其对应的发热器件的阻值、所述tcr值和所述tcr定义式计算出计算各个
温度值对应的发热器件的阻值。
12.三方面，构造一种加热烟具校准系统，用于实现如权利要求1
‑
7任一项所述方法，所述校准系统包括控制装置和红外热成像测温仪，烟具和红外热成像测温仪分别与所述控制装置通讯连接。
13.优选地，所述控制装置为电脑，红外热成像测温仪与电脑之间usb通信，烟具与电脑之间串口通信。
14.本发明的加热烟具校准方法以及系统，具有以下有益效果：本发明中，烟具是通过查表方式直接锁定温度，如此减少计算延迟，提高检测精度，由于温度对照表对查温结果影响很大，为了保证结果的准确性，本发明提出对温度对照表进行校准，如此可以极大的提高测温结果的精度和可靠性；进一步地，本发明还可以在对温度进行校准的基础上，进一步地对抽吸容量进行校准。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：图1是烟具的电路结构示意图；图2是本发明加热烟具校准系统的结构示意图；图3是实施例一的测温校准步骤的流程图；图4是实施例二的测温校准步骤的流程图；图5是实施例三的抽吸容量校准步骤的流程图。
具体实施方式
16.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
17.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
18.本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。
19.参考图1，在介绍本发明的校准方法前，先介绍本发明的烟具。
20.本发明的烟具包括控制电路、分时加热和测温电路、电压采样电路。所述控制电路
包括mcu、复位按键sw，所述电压采样电路包括采样电阻r1、两个0db增益（1倍增益）的差分运算放大器u5和u6，采样电阻r1是精密电阻。分时加热和测温电路包括加热开关和测温开关。
21.其中，一个所述差分运算放大器u6的两个输入端连接于所述采样电阻r1的两端，另一个所述差分运算放大器u5的两个输入端连接于烟具的发热器件rl的两端，两个所述差分运算放大器u5、u6的输出端分别连接所述mcu的两个adc引脚adc2和adc1。
22.加热开关主要是在接收pwm信号时控制发热器件的发热，测温开关主要是在导通时辅助mcu实现测温操作，如果要加热则启用加热开关、禁用测温开关，反之，如果要测温则启用测温开关、禁用加热开关。具体的，加热开关和测温开关受控于所述mcu周期性的交替工作，所述mcu在接收到启动信号时（比如复位按键被按下产生的信号），交替进入加热周期和测温周期，在加热周期时发送pwm信号给所述加热开关工作、并断开所述测温开关，在测温周期时断开所述加热开关并导通所述测温开关。所述mcu在每一个测温周期内执行测温操作，并在检测出的烟具温度低于设定温度值时降低下一个加热周期的pwm信号的占空比，在检测出的烟具温度高于设定温度值时提高下一个加热周期的pwm信号的占空比，在检测出的烟具温度达到设定温度值时维持下一个加热周期的pwm信号的占空比不变。
23.具体的，所述发热器件rl的第一端连接所述加热电源的正极，具体是4.2v电池的正极，所述发热器件rl的第二端连接所述采样电阻r1的第一端，所述采样电阻r1的第二端经由所述测温开关（即u3）连接所述加热电源的负极，具体是4.2v电池的负极，u3的控制端连接mcu的一个io脚。所述发热器件rl的第二端还经由所述加热开关（即u4）连接所述加热电源的负极，u4的控制端连接mcu的一个输出pwm信号的pwm引脚，此处u4的控制端并非直接连接mcu的pwm引脚，而是经由u2连接mcu，u2是u4的前级开关，具体的，u4的控制端连接u2的输出端（也即u2的源极），u4的控制端还经由下拉电阻r2（r2为普通碳膜电阻）接加热电源的负极，u2的输入端连接mcu的pwm引脚，u2的控制端与u3的控制端共接到mcu的同一个io脚。
24.通过两个差分运算放大器直接得到采样电阻的两端电压的差值v1=va
‑
vl，和加在发热器件上的两端电压的差值vl=va
‑
v1，减少一次减法运算，差分运算放大器又能有效抑制电源引起的共模电压干扰，极大地提高了采样精度。假设，室温t1时发热丝的电阻rl(t1)，其tcr值为tcr(t1)，根据公式：v1/r1=vl/rl(t)
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（1）；t=t1+[rl(t)
‑
rl(t1)]/[rl(t1)*tcr(t1)] （2）；将式（1）代入式（2），则得到：t=t1+[r1*vl/v1
‑
rl(t1)]/[rl(t1)*tcr(t1)] （3）；式（3）中，rl(t1)、tcr(t1)、r1都是已知的，可见t与vl/v1是线性相关的。但是，此公式计算量非常大，比如说假设t1是25℃，tcr(t1)=0.003/℃，r1=1ω，rl(t1)=0.7ω ，代入式（3），则得到：t=476*(v1/vl)
‑
308 （4）；式（4）运算时476倍的乘法运算会产生运算误差，对mcu的运算能力要求较高，因此为了减少mcu的计算量和计算延迟，提升mcu的处理速度，减少计算误差，所述mcu中预存有温度对照表，所述温度对照表中记录了以固定的温度梯度增加的多个温度值以及各个温度值所对应的所述发热器件和采样电阻的压降比值vl/v1。mcu的测温操作包括：获取所述采
样电阻的压降和所述发热器件的压降并计算压降比值vl/v1，从预先存储的温度对照表中查表找到所述压降比值vl/v1所对应的烟具温度。例如，一个具体的示例中，烟具工作温度范围是220℃至260℃，每间隔1℃（220℃，221℃
……
259℃，260℃）记录一个vl/v1，见表1，与双差分运算放大器采样技术一起实现精准控制温度，温度测定和控制精度提高到
±
1℃以内。
[0025]
表1 温度和vl/v1对照表由于发热器件材料本身特性决定了其tcr曲线多为非线性的，生产中由于加热元件的tcr值是3000ppm
±
10%，用标准tcr值3000ppm计算有可能会引入
±
10%的误差，这也是温度测定误差的来源之一。为了减少这种误差，本发明提出对温度对照表进行校准，对tcr值及温度和vl/v1关系进行校准测定，以实测校准结果对温度和vl/v1的表及tcr曲线进行修正，并将修正过的温度对照表写入到该烟具的可读存储单元中。烟具使用时以修正过的温度对照表反馈温度实测值给mcu进行温度控制，从而进一步减少控温误差。
[0026]
参考图2，本发明实现加热烟具校准方法的校准系统，包括控制装置和红外热成像测温仪，烟具和红外热成像测温仪分别与所述控制装置通讯连接。具体的，所述控制装置为台式电脑，红外热成像测温仪与电脑之间usb通信，烟具与电脑之间串口通信。
[0027]
下面介绍本发明的加热烟具校准方法的两个实施例。
[0028]
实施例一参考图3，本实施例的方法包括测温校准步骤，所述测温校准步骤包括：s301：控制装置在烟具工作温度范围内以固定的温度梯度为间隔，确定多个温度值，具体的，温度值取整数，固定的温度梯度是1℃，比如说烟具工作温度范围是200
‑
400℃，则多个温度值是：200、201、202、
…
、398、399、400℃。
[0029]
s302：依次取各个温度值作为指定温度执行温度校准操作得到各个温度值对应的压降比值；s303：利用得到的各个温度值及其对应的压降比值形成温度对照表存储到所述烟具中。
[0030]
其中，s302中所述温度校准操作包括：1）启动红外热成像测温仪实时采集烟具的热像数据；2）对实时采集的热像数据进行图像处理后测定出所述烟具的温度值，具体的，对实时采集的热像数据进行图像处理后确定有效测温区域，计算效测温区域的温度平均值，将计算出的温度平均值作为所述烟具的温度值。
[0031]
3）根据实时测得的温度值控制所述烟具加热至实时测得的温度值达到指定温度；4）当实时测得的温度值稳定在指定温度时，通知所述烟具上报实时测得的所述发热器件和采样电阻的压降比值。
[0032]
实施例二参考图4，本实施例的方法同样是包括测温校准步骤，所述测温校准步骤包括：s401：控制装置在烟具工作温度范围内选取若干个温度值，依次取各个温度值作为指定温度执行温度校准操作得到各个温度值对应的压降比值。具体的，若干个温度值均是取整数。
[0033]
其中，s401中所述温度校准操作包括：1）启动红外热成像测温仪实时采集烟具的热像数据；2）对实时采集的热像数据进行图像处理后测定出所述烟具的温度值，具体的，对实时采集的热像数据进行图像处理后确定有效测温区域，计算效测温区域的温度平均值，将计算出的温度平均值作为所述烟具的温度值。
[0034]
3）根据实时测得的温度值控制所述烟具加热至实时测得的温度值达到指定温度；4）当实时测得的温度值稳定在指定温度时，通知所述烟具上报实时测得的所述发热器件和采样电阻的压降比值。
[0035]
s402：根据各个温度值对应的压降比值，基于计算式rl=r1*v1/vl计算出各个温度值对应的发热器件的阻值，其中v1/vl表示压降比值，r1表示采样电阻的阻值；s403：根据各个温度值对应的发热器件的阻值，得到发热器件的阻值与温度值在烟具工作温度范围内的拟合方程；具体的，按照温度值大小排序，任意相邻的两个温度值的数据按照tcr定义式进行一次计算得到一个tcr平均值：tcr（平均）=（rl（t2）
‑ꢀ
rl（t1））/（rl（t2）*（t2
‑ꢀ
t1）），式中，t1、t2是代表相邻的两个温度值；然后，将所有得到的tcr平均值中的最小值、最大值去掉，剩下tcr平均值进行求平均得到tcr值。
[0036]
比如说，s401总共选定了10个温度值，步骤s402得到了10个温度值对应的10个发热器件的阻值。则第1、2个温度值和第1、2个发热器件的阻值代入上述tcr定义式得到一个tcr平均值，再将第2、3个温度值和第2、3个发热器件的阻值代入上述tcr定义式得到一个tcr平均值，以此类推，总共可以得到9个tcr平均值，去掉最小值、最大值，剩下tcr平均值进行求平均得到tcr值。
[0037]
s404：在烟具工作温度范围内以固定的温度梯度为间隔确定多个温度值，根据所述拟合方程计算各个温度值对应的发热器件的阻值。
[0038]
具体的，温度值取整数，固定的温度梯度是1℃。比如说烟具工作温度范围是200
‑
400℃，则多个温度值是：200、201、202、
…
、398、399、400℃。
[0039]
所述的根据所述拟合方程计算各个温度值对应的发热器件的阻值，包括：1）通过计算或者实验方式先确定所有温度值中的某个温度值对应的发热器件的阻值。
[0040]
比如说，可以选取此前s401中的任一个指定温度作为某个温度值，根据s402得到的所述某个温度值的压降比值，以及采样电阻的阻值，根据v1/vl=rl/r1计算出所述某个温度值时发热器件的阻值。
[0041]
再比如说，还可以直接选定一个温度值，然后通过上述温度校准操作得到该温度值对应的压降比值，也就可以得到该温度值时发热器件的阻值。
[0042]
2）再利用所述某个温度值及其对应的发热器件的阻值、所述tcr值和所述tcr定义式计算出计算各个温度值对应的发热器件的阻值。
[0043]
比如说，假设步骤1）中得到了200℃时发热器件的阻值，则将200℃作为t1，200℃时发热器件的阻值作为rl（t1）代入tcr定义式的右边，s403得到的tcr值代入tcr定义式的左边，针对每一个温度值，将其分别作为t2代入tcr定义式的右边，如此计算出rl（t2）就相当于是每一个温度值的对应的发热器件的阻值。
[0044]
s405：根据采样电阻的阻值和各个温度值对应的发热器件的阻值，基于计算式v1/vl=rl/r1计算得到各个温度值对应的压降比值；s406：利用得到的各个温度值及其对应的压降比值形成温度对照表存储到所述烟具中。
[0045]
本发明提供两种校准方法，第一种校准方法精度相对更高，第二种校准方法工作量相对较小。
[0046]
实施例三当烟具启动并加热到预设的工作温度后，用户可进行烟支的抽吸，抽吸动作发生时，外部空气经烟具的气道流经烟支和发热器件，由于气流的冷却作用，烟支和发热器件的热量被所流经的气体带走，造成发热器件温度降低，发热器件温度降低相应的tcr值发生变化，最终反映为烟具检测到的v1/vl值发生改变。因前面提到，本发明可精确测定温度， mcu在检测出的烟具温度下降超过预设温度差（2℃）且持续时间超过预设时间长度范围（300
‑
800ms）中的某一预设值时，判定发生了一口抽吸。
[0047]
基于烟具精确控温，可分析出用户在使用过程中的行为习惯，获取到用户的抽吸口数、抽吸口序、抽吸持续时间、抽吸间隔时间、抽吸容量等抽吸状态参数信息。所获取到的抽吸状态可用于统计分析和优化烟具控制，以用户习惯为参考的个性化改善等方面。比如，mcu可以对测到的温度值t的变化对时间做积分和求导处理，可进一步分析出使用者的抽吸过程参数，温度值t下降的快慢表征抽吸的气流速度流量，温度值t下降的持续时间表征该口次的抽吸持续时间，温度值t与时间的积分面积表征该口的抽吸气体流量，两口抽吸之间的时间间隔为抽吸间隔时间。所检测和分析到的使用者抽吸过程参数信息，可写入到烟具的可读存取单元中，作为统计分析和烟具优化控制的基础数据。
[0048]
其中，优选地，对于抽吸容量的计算，为了提高计算速率，mcu预存了对照表，抽吸容量对照表中记录了以固定的容量梯度增加的多个抽吸容量（比如记录25
‑
60ml/口范围内，以5ml增量增加的多个抽吸容量）以及各个抽吸容量所对应的所述压降比值的变化极大值。mcu在工作过程中，根据每一口烟所测得所述压降比值的变化极大值，在预存的抽吸容量对照表中查询找到当前口抽吸所对应的抽吸容量，根据抽吸口数、抽吸持续时间、抽吸间隔时间、抽吸容量值对烟具的温控参数进行优化。其中的抽吸容量对烟具的控制过程有着较大的影响，本实施例是在实施例一或者实施例二的基础上，进一步增加了抽吸容量校准步骤，可以理解的是，与实施例三对应的校准系统还包括吸烟机，所述吸烟机与电脑之前通过数据线连接。
[0049]
参考图5，所述抽吸容量校准步骤包括：
s501：将烟具接入到吸烟机的抽吸通道中，电脑端启动所述烟具；s502：在预设抽吸容量范围内，以固定的容量梯度改变吸烟机的抽吸容量并均执行如下步骤得到各个抽吸容量与所述压降比值的变化极大值的对应关系：所述烟具加热到预设温度并保持稳定后，发送实时测得的所述压降比值到所述电脑端，电脑端在所述烟具温度达到稳定后，启动吸烟机按预设的抽吸参数完成一口抽吸，所述抽吸参数包括抽吸容量、流量峰型、抽吸时长；在吸烟机完成前述一口的抽吸时间内，烟具向电脑端实时发送所测得的所述压降比值，电脑端记录所述压降比值的变化极大值以及对应的吸烟机当前的抽吸容量；s503：将各抽吸容量及所述压降比值的变化极大值的对应关系形成抽吸容量对照表写入到烟具的可读存储单元中。
[0050]
烟具工作时，在检测出的烟具温度下降超过预设温度差且持续时间超过预设时间长度范围中的某一预设值时，判定发生了一口抽吸，进而就可以得到抽吸口数、抽吸持续时间、抽吸间隔时间，至于抽吸容量，则是根据每一口烟所测得所述压降比值的变化极大值，在所述抽吸容量对照表中查询找到当前口抽吸所对应的抽吸容量，根据抽吸口数、抽吸持续时间、抽吸间隔时间、抽吸容量值对烟具的温控参数进行优化。
[0051]
综上所述，本发明的加热烟具校准方法以及系统，具有以下有益效果：本发明中，烟具是通过查表方式直接锁定温度，如此减少计算延迟，提高检测精度，由于温度对照表对查温结果影响很大，为了保证结果的准确性，本发明提出对温度对照表进行校准，如此可以极大地提高测温结果的精度和可靠性；进一步地，本发明还实现了对抽吸容量进行校准。
[0052]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。