CN115153108A - 电子烟咪头检测电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子烟咪头检测电路和方法，涉及电子烟领域，包括振荡电路、计数电路、比较输出电路和外部选择电路；振荡电路在设备上电时产生振荡频率，计数电路连接振荡电路，用于检测振荡电路的工作频率；计数电路包括计数组和锁存组，锁存组用于设定基准振荡频率，计数组用于检测周期振荡频率；外部选择电路连接计数电路和比较输出电路，用于设定检测精度；比较输出电路包括加法器和比较器组，用于输出电路的振荡频率差，以及电子烟咪头的吸烟状态。本发明采用最基本的逻辑器件组成检测电路，无需采用控制芯片和算法即可实现电子烟咪头的检测，且能够自动调节和更新电路的检测精度。

Description

电子烟咪头检测电路和方法

技术领域

本申请实施例涉及电子烟领域，特别涉及一种电子烟咪头检测电路和方法。

背景技术

电子烟设备是一种模仿卷烟的电子产品，通过电子雾化等手段，将尼古丁和焦油等变成蒸汽后供给吸食。在电子烟或雾化器等产品中，通常利用电子烟咪头的电容量变化来表示吹吸气流的力度和方向，则可以将电容量转化为携带有频率信息的数字信号，再对该数字信号进行处理，得到电容量及其变化量，从而得到吹吸电流的力度和方向。

相关技术中，检测电路都是采用较为复杂的运算电路，如乘法器、除法器、控制芯片和其他逻辑电路器件等，最终导致电路结构过大，影响电子烟产品的空间布局；此外，相关技术中的检测精度都是采用时钟电路技术检测，需要额外内置电容器，且固定参考频率会导致检测精度下降甚至误判，检测精度不高。

发明内容

本申请实施例提供了一种电子烟咪头检测电路和方法，解决相关技术中检测电路复杂、占用空间，以及检测精度不高的问题；

一方面，本申请提供一种电子烟咪头检测电路，包括振荡电路、计数电路、比较输出电路和外部选择电路；

所述振荡电路在设备上电时产生振荡频率，所述计数电路连接所述振荡电路，用于检测所述振荡电路的工作频率；其中，吸烟状态和非吸烟状态下所述振荡电路的电容值和产生的振荡频率不相同；

所述计数电路包括计数组和锁存组，所述锁存组用于设定基准振荡频率，所述计数组用于检测周期振荡频率；

所述外部选择电路连接所述计数电路和所述比较输出电路，用于设定检测精度；所述比较输出电路包括加法器和比较器组，用于输出电路的振荡频率差，以及电子烟咪头的吸烟状态。

另一方面，本申请提供一种电子烟咪头检测方法，所述方法包括：

设备上电，将计数电路中的计数组和锁存组初始化；

通过所述计数电路对振荡电路进行振荡频率检测，确定基准振荡频率和各个周期内的周期振荡频率；其中，所述振荡电路为RC振荡电路，且连有接咪头传感器，吸烟状态和非吸烟状态下所述振荡电路的电容值和产生的振荡频率不相同；

接收外部选择电路输入的调节指令，设定所述基准振荡频率的检测阈值；其中，所述调节指令用于所述寄存器组对二进制的所述基准振荡频率进行移位，获得所述检测阈值；

通过比较输出电路中的加法器和比较器组计算所述基准振荡频率和所述周期振荡频率的振荡频率差，以及通过所述振荡频率差和所述检测阈值输出比较结果，根据输出结果判断电子烟咪头的吸烟状态。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：通过振荡电路作为起振单元，再通过计数组检测各个周期内的周期振荡频率，同时通过锁存组确定基准振荡频率，该方式无需内置时钟电路，而是通过电路自身和电子烟咪头来进行频率计算，可以减小电路的占用体积；比较输出电路仅使用加法器和比较器组，无需额外引入乘法器和除法器等，又进一步简化的电路的复杂度；而外部选择电路可以根据实际情况调节检测精度，根据精度输出判断结果。相比现有技术中通过时钟电路和逻辑芯片进行处理的方式，可大幅降低电路的复杂度，减小空间布局，还能提高检测精度和速度。

附图说明

图1是本申请实施例提供的电子烟咪头检测电路的结构示意图；

图2是本申请另一实施例提供的电子烟咪头检测电路的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的电子烟咪头检测方法的流程图；

图4是本申请实施例提供的电子烟咪头检测方法的逻辑图；

图5是本申请实施例提供的电子烟咪头检测电路的时序图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

图1是本申请实施例提供的电子烟咪头检测电路的结构示意图。具体包括振荡电路、计数电路、比较输出电路和外部选择电路。振荡电路或振荡模块连接电子烟咪头传感器，电子烟咪头通过气体流量的微弱变化得到电容量的变化量。振荡电路或振荡模块在电子设备正常运行时可以发出规律的振荡频率。本方案采用RC振荡电路作为起振模块，当咪头传感器接入该模块后，可以时刻将用户使用时产生的气流扰动改变为振荡频率变化。

计数电路和振荡电路相连，包括计数组和锁存组。计数组由若干计数组成，具体数量根据周期振荡数值大小决定。锁存组包括若干锁存器，用于设定基准振荡频率，在理想状态下，基准振荡频率即为无气流扰动时检测的周期振荡频率，锁存状态下可以进行对比以及进行后续计算。

比较输出电路包括加法器和比较器组，用于输出基准振荡频率和周期振荡频率的振荡频率差，根据频率差判断是否吸烟。比较器组可以包括若干比较器，根据其输出结果的高低电平值表示吸烟或未吸烟。由于是采用基础逻辑器件组建的检测电路，所以集成度较高、不占用空间、且不需MCU芯片及其他存储芯片参与运算。使用RC振荡电路可以直接根据无源器件或产生振荡，替代传统的晶振电路，因此也无需再额外内置电容器，进一步缩减电路的占用空间。同时为了提高本电路的检测精度，还设置了外部选择电路。外部选择电路由寄存器组成，连接计数电路和比较输出电路。因为计数器计数的数值较高，直接通过差值判断吸烟或不吸烟会产生较大的误差，在实际使用过程中，微小的手指误触或气流扰动都会导致频率值改变，若直接根据差值启动雾化电路会影响用户的使用体验。

而外部选择电路可以设置检测精度，根据精度来设置检测阈值，也即将检测阈值和加法器输出的数值进行比较，根据结果进行判断。可以在出厂前设置寄存器的检测精度，或者是通过外接按钮随时调控检测精度，以此满足不同用户场景的需求。

图2是本申请另一实施例提供的电子烟咪头检测电路的结构示意图。计数器根据设定周期性记录振荡电路的数值，也即数值不唯一。锁存组通过锁存器锁定某一固定数值作为基准振荡频率。该数值由设备每次上电初始化时，根据第一个检测周期的计数值设定，在后续检测过程中，还会根据比较器组输出的结果进一步调整。锁存组输出的结果是固定不变的，计数器通过反相器输出后，再和基准振荡频率值输入到加法器，也即将实时检测的周期振荡频率和基准振荡频率作差，输出即为振荡频率差。

比较器组包括以及比较器和二级比较器，两级比较器输出结果用于判断当前电子烟的吸取状态。外部选择电路包含若干寄存器组，寄存器组根据设定对锁存组的基准数据进行处理。在一些方案中，此部分使用了乘法器或除法器判断，但乘法器和除法器相较于寄存器和加法器的体积更大。且无法调节精度。

本方案中的寄存器组件基准频率值作为二进制表示，通过高位右移动实现除法运算。本申请以两个寄存器分别输出一个检测值为例进行说明。第一寄存器将数值整体向右移1位表示除2，移5位表示除32，移7位表示除128。不同寄存器对二进制数值的移动位数根据外部输入决定。示意性的，调节指令SW_REF[13:0]表示二进制基准振荡频率不移动，SW_REF[13:5]表示右移5位，基准振荡频率数值除32；SW_REF[13:7]表示除128。寄存器右移输出即为寄存组内部选择器选择一定位数输出。本方案的第一寄存器输出为第一检测阈值，第二寄存器输出为第二检测阈值，且第一检测阈值大于第二检测阈值。

比较器组的两级比较目的为判断振荡频率差和第一检测阈值和第二检测阈值的大小关系。本方案中以加法器输出一级比较器负极，第二检测阈值输出正极；一级比较器输出输入到二级比较器负极，第一检测阈值输入二级比较器正极为例。

当输出为00时，表示为处于吸烟状态，当输出为11时，表示未吸烟；当输出为01时，对锁存组清零，重新获取基准频率值。重新获取基准值的目的是为了消除误触的干扰，例如咪头和手指和物体接触影响电容值。

综上所述，本电路结构通过振荡电路作为起振单元，再通过计数组检测各个周期内的周期振荡频率，同时通过锁存组确定基准振荡频率，该方式无需内置时钟电路，而是通过电路自身和电子烟咪头来进行频率计算，可以减小电路的占用体积；比较输出电路仅使用加法器和比较器组，无需额外引入乘法器和除法器等，又进一步简化的电路的复杂度；而外部选择电路可以根据实际情况调节检测精度，根据精度输出判断结果。相比现有技术中通过时钟电路和逻辑芯片进行处理的方式，可大幅降低电路的复杂度，减小空间布局，还能提高检测精度和速度。

图3是本申请实施例提供的电子烟咪头检测方法的流程图，包括如下步骤：

步骤301，设备上电，将计数电路中的计数组和锁存组初始化。

步骤302，通过计数电路对振荡电路进行振荡频率检测，确定基准振荡频率和各个周期内的周期振荡频率。

在初始化后的第一检测周期内，通过计数电路中的计数组计算振荡电路的第一振荡周期。而后再通过锁存组读取第一振荡周期，并将其确定为基准振荡频率。此处的基准振荡频率是在初始化后电路稳定的第一个周期确定的，此后的基准振荡频率将由检测输出结果决定。

步骤303，接收外部选择电路输入的调节指令，设定基准振荡频率的检测阈值。

外部输入的调节指令由寄存器组执行，且过程可以在出厂前设定，或用户手动进行调节。外部选择电路连接有检测精度控制按钮，当用户手动输入调节指令时，寄存器组更新存储的第一指令和第二指令，并根据更新后的第一指令和第二指令分别将二进制表示的基准振荡频率的高位向右移动目标位数，获得第一检测阈值和第二检测阈值。例如第一指令设置为SW_REF[13:5]，第二指令设置为SW_REF[13:7]，该步骤仅需外部的按键即可完成对寄存器的更新。

步骤304，通过比较输出电路中的加法器和比较器组计算基准振荡频率和周期振荡频率的振荡频率差，以及通过振荡频率差和检测阈值输出比较结果，根据输出结果判断电子烟咪头的吸烟状态。

对于各个周期内，计数组检测频率值后，通过反相器对周期振荡频率进行取反，取反后再通过加法器将基准振荡频率和取反后的周期振荡频率进行求和，获得振荡频率差。

本方案将第一检测阈值和振荡频率差值输入比较器组中的一级比较器，将第二检测阈值和一级比较器的输出输入到比较器组中的二级比较器。如此比较器只会产生三种结果，大于第一阈值、小于第二阈值，以及介于两者之间。介于两者之间的情况主要针对误触和咪头沾水及受损导致电容值变化的情况。例如，在汗液或唾液附着在咪头上，其在未吸烟状态时的频率值也会改变，所以就需要反馈结果对寄存组进行清零，重新设定基准振荡频率。同时对于不同场景下，因湿度或风力影响下也可能会导致电容值改变，此时可以通过外部控制调节检测精度，降低误判的概率。

参考图4和图5，在确定调节精度(1/32和1/128)和基准振荡频率(4095)的情况下，检测计数值和基准值之间的差值，在第二周期内，计数值变小至4000，频率差为95，也就是位于第一检测阈值(128)和第二检测阈值(32)之间，输出结果即为01，这一改变说明咪头的电容值改变，例如沾水或汗液导致基准值偏移，此时需要及时对基准值进行校准，确保判断的精准性。

综上所述，本方案将锁存组和比较器组连接，形成电路的负反馈机制，在基准频率值发生改变时，及时对寄存组进行清零初始化，重新将计数组的周期振荡频率作为基准振荡频率，确保电路结构的检测精度能够实时更新，且外部选择电路通过寄存器组进行移位选择，直接采用最原始的逻辑器件完成乘法器和除法器的功能，不仅可以提高处理速度，还能减小电路结构的体积和复杂度，且外部输入的调节指令可直接改变寄存器组的移位数量，进而可以自动调节第一检测阈值和第二检测阈值，适应各种使用场景，提高用户的使用体验。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述；需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容；因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种电子烟咪头检测电路，其特征在于，包括振荡电路、计数电路、比较输出电路和外部选择电路；

所述振荡电路在设备上电时产生振荡频率，所述计数电路连接所述振荡电路，用于检测所述振荡电路的工作频率；其中，吸烟状态和非吸烟状态下所述振荡电路的电容值和产生的振荡频率不相同；

所述计数电路包括计数组和锁存组，所述锁存组用于设定基准振荡频率，所述计数组用于检测周期振荡频率；

所述外部选择电路连接所述计数电路和所述比较输出电路，用于设定检测精度；所述比较输出电路包括加法器和比较器组，用于输出电路的振荡频率差，以及电子烟咪头的吸烟状态。

2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述振荡电路为RC振荡电路，和电子烟咪头的咪头传感器连接；

所述RC振荡电路分别连接所述计数组和所述锁存组；所述计数组包含若干计数器，根据检测周期计数并确定所述RC振荡电路的周期振荡频率；所述锁存组包含有锁存器，根据所述比较输出电路反馈的输出结果进行初始化。

3.根据权利要求2所述的电子烟咪头检测电路，其特征在于，所述计数组输出连接有反相器；所述反相器和所述锁存组的输出连接到所述比较输出电路中所述加法器的输入；所述加法器的输出和所述外部选择电路连接到所述比较器组的输入。

4.根据权利要求3所述的电子烟咪头检测电路，其特征在于，所述外部选择电路中包括寄存器组，所述寄存器组的输入连接所述锁存组的输出，输出连接所述比较器组的输入。

5.根据权利要求4所述的电子烟咪头检测电路，其特征在于，所述比较器组包括一级比较器和二级比较器；所述加法器和所述寄存器组的第一输出连接所述一级比较器的输入，所述一级比较器的输出和所述寄存器组的第二输出连接所述二级比较器的输入；所述比较器组的输出连接到所述锁存器。

6.一种电子烟咪头检测方法，其特征在于，所述方法包括：

设备上电，将计数电路中的计数组和锁存组初始化；

通过所述计数电路对振荡电路进行振荡频率检测，确定基准振荡频率和各个周期内的周期振荡频率；其中，所述振荡电路为RC振荡电路，且连有接咪头传感器，吸烟状态和非吸烟状态下所述振荡电路的电容值和产生的振荡频率不相同；

接收外部选择电路输入的调节指令，设定所述基准振荡频率的检测阈值；其中，所述调节指令用于所述寄存器组对二进制的所述基准振荡频率进行移位，获得所述检测阈值；

通过比较输出电路中的加法器和比较器组计算所述基准振荡频率和所述周期振荡频率的振荡频率差，以及通过所述振荡频率差和所述检测阈值输出比较结果，根据输出结果判断电子烟咪头的吸烟状态。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过所述计数电路对振荡电路进行振荡频率检测，确定基准振荡频率和各个周期内的周期振荡频率，包括：

在初始化的第一检测周期内，通过所述计数电路中的计数组计算所述振荡电路的第一振荡周期；

通过所述锁存组读取所述第一振荡周期，并将其确定为所述基准振荡频率锁存；

所述接收外部选择电路输入的调节指令，设定所述基准振荡频率的检测阈值，包括：

获取所述调节指令中的第一指令，根据所述第一指令将所述基准振荡频率进行一级移位，获得第一检测阈值；获取所述调节指令中的第二指令，根据所述第二指令将所述基准振荡频率进行二级移位，获得第二检测阈值；所述第二检测阈值小于所述第一检测阈值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通过比较输出电路中的加法器和比较器组计算所述基准振荡频率和所述周期振荡频率的振荡频率差，以及通过所述振荡频率差和所述检测阈值判断电子烟咪头的吸烟状态；包括：

通过反相器对所述计数组检测到的所述周期振荡频率进行取反；

通过所述加法器将所述基准振荡频率和取反后的所述周期振荡频率进行求和，获得所述振荡频率差；

将所述第一检测阈值和所述振荡频率差输入所述比较器组中的一级比较器，将所述第二检测阈值和所述一级比较器的输出输入到所述比较器组中的二级比较器；

当所述振荡频率差大于所述第一检测阈值和所述第二检测阈值时，输出结果判断为吸烟状态；当所述振荡频率差小于所述第一检测阈值和所述第二检测阈值时，输出结果判断为未吸烟状态。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述振荡频率差小于所述第一检测阈值且大于所述第二检测阈值时，触发所述锁存组中的锁存器进行初始化，将所述计数组在下一周期采集的所述周期振荡频率确定为所述基准振荡频率，并进行锁存。

10.根据权利要求6至9任一所述的方法，其特征在于，外部选择电路连接有检测精度控制按钮，当用户手动输入调节指令时，寄存器组更新存储的第一指令和第二指令，并根据更新后的第一指令和第二指令分别将二进制表示的所述基准振荡频率的高位向右移动目标位数，获得第一检测阈值和第二检测阈值。

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