CN109907371B - 基于加热不燃烧卷烟中的自适应温度电路的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于加热不燃烧卷烟中的自适应温度电路的控制方法，包括如下步骤：设定第一电控开关，第二电控开关二者以t为一个周期交替打开工作；通过每个周期的加热时间计算当前周期加热丝的温度值，以设定值为标准对下个周期的加热丝的加热时间进行调整；MCU实时监测每个周期内的加热时间以及当前周期的发热丝的温度值，判断是否抽吸以及抽吸的次数；当抽吸次数等与设定次数相等时，MCU控制调整设定的温度在随后的每次抽气所在的周期内均进行升温处理。本发明通过分时处理不燃烧烟中加热丝的温度控制方法对其进行温度控制，使人员在抽吸时，能够自动监测抽吸的口数，从而能够解决不燃烧烟中加热丝的烟气浓度随着口数增而降低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及加热不燃烧卷烟中温度控制技术领域，尤其涉及基于加热不燃烧卷烟中的自适应温度电路的控制方法。
背景技术
目前，加热不燃烧卷烟是新型烟草制品的一种，具有“加热烟丝或烟草提取物而非燃烧烟丝”的特点，吸食时需要有加热器具和“烟弹”。它通过器具的特殊加热源对“烟弹”中的烟丝进行加热，从而挥发烟丝中的尼古丁及香味物质，产生烟气来满足吸烟者需求。但是，现有的加热不燃烧卷烟在具体使用时，由于用户在抽吸时“烟弹”中的可挥发物质浓度会随着抽吸口数的增加而逐渐下降，而此时如果加热源温度一直保持恒定那么“烟弹”产生的烟气浓度也会逐渐变淡，从而对用户人员口感上会慢慢感觉到下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于加热不燃烧卷烟中的自适应温度电路的控制方法，能够解决现有加热不燃烧卷烟随着抽吸口味变淡的问题。
本发明采用的技术方案为：
一种基于加热不燃烧卷烟中的自适应温度电路的控制方法，所述加热不燃烧卷烟中的自适应温度控制电路，包括MCU、分压电阻、锂电池电源、复位按键和第一电控控制开关，所述的第一电控控制开关和分压电阻串联在发热丝和锂电池电源之间，还包括有第二电控控制开关，所述的第二控制开关并联在第一电控控制开关和分压电阻串联后的电路两端；所述的第二控制开关、分压电阻和发热丝三者接触点通过导线与PLC的第一模拟量输入端口，第一控制开关与分压电阻的接触点通过导线与MCU的第二模拟量输入端口；包括如下步骤：
A：按下按键K, 启动温度控制电路，设定第一电控开关U3，第二电控开关U4二者以t(10ms)为一个周期交替打开工作，其中加热时间为t1、计算时间为t2，闲置时间为t3，其中t= t1+ t2+t3；
B：通过每个周期的加热时间计算当前周期加热丝的温度值，以设定值为标准对下个周期的加热丝的加热时间进行调整，使加热丝的温度值与设置定相等；
C：MCU实时监测每个周期内的加热时间以及当前周期的发热丝的温度值，根据二者的变化判断是否抽吸以及抽吸的次数；
D，当抽吸次数等与设定次数时，MCU发送控制信号，控制调整设定的温度在随后的每次抽气所在的周期内均进行升温处理，且升温的周期与随后抽吸的次数一致，直至达到发热丝的最大温度值。
所述的步骤D中，MCU根据二者的变化判断是否抽吸以及抽吸的次数，具体判断过程为：
D1，当初期加热丝的温度值自动调节后，进入稳定器，即首次出现连续多个周期的加热时间相同，且加热时间占比周期的时间低于20%，则表明发热丝已经调整好发热数据到设定温度值，且一直在待机状态；
D2当在周期t抽1检测的发热丝的温度值具有首次下降，且下降后的多个周期经过调整后发热丝的温度稳定为设定值时，则表明正在抽吸，当在周期t抽1’检测的发热丝的温度值具有首次升高降，且升高降后的多个周期经过调整后发热丝的温度稳定为设定值时，则表明正在抽吸结束，此时MCU计算由所述的周期t抽1和周期t抽1’之间的周期数，且记此时间内为抽吸的第一口；
D3重复上述步骤，依次可以判断抽吸的第二口、第三口、……以及第N口。
所述的步骤B具体包括如下步骤：
B1：第一个周期t内，设定加热时间t1=t-t2，然后计算t1时间内DSP/MCU根据ADC1和ADC2输入口采集到的Va和Vb的值，计算出发热丝的当前电阻：发热丝的当前电阻:Rt=(R1*Vb)/ (Va-Vb)Ω，利用当前电阻的温度和电阻关系曲线，计算得出当前发热丝的温度值T1；
B2：如果T1的值与设定值相同，则下个加热周期可以按照此加热周期中的加热时间和闲置时间的分配比准进行周期加热，从而完成温度控制；否则，如果T1的值与设定值不相同，则需要调整单个周期内的加热时间和闲置时间的比重，然后进行下一个周期加热；
B3：当前周期的加热过程按照上个周期调整后得到时间和闲置时间的比重进行加热和停止，最后再进行加热电阻的温度测量，将得到测量的温度值与设定值比较，再次比较；如果测量的温度值与设定值相同，则不用调整时间和闲置时间的比重，继续下个周期的加热；如果测量的温度值与设定值不相同，则再次调整个周期内的加热时间和闲置时间的比重，然后进行下一个周期加热；
B4：重复步骤B3，直至完成最后整个发热丝的温度控制过程。
所述的周期t为10ms。
所述的计算时间t2为0.2ms。
所述的步骤C中的调整加热时间采用比例调整法，具体包括为：通过如下公式计算t1’=（1-(T1-T/T)）*t1，t1’为加热时间为t1的周期所在下个周期的运行加热时间。
所述的分压电阻为碳膜电阻。
本发明通过分时处理不燃烧烟中加热丝的温度控制方法对其进行温度控制，从而使人员在抽吸时，能够自动监测抽吸的口数，从而对不燃烧烟抽吸口数增加到一定值时进行升温处理，从而能够解决不燃烧烟中加热丝的烟气浓度随着口数增而降低的问题，进而方便采取随着抽烟口数而使加热源的温度升高。
附图说明
图1为本发明的电路原理图；
图2为本发明加热状态下所述控制信号B的波形图；
图3为本发明加热状态下所述控制信号A的波形图；
图4为本发明保温状态下所述控制信号B的波形图；
图5为本发明用户抽吸时气流的流量变化波形图；
图6为本发明抽吸结束时所述控制信号B的波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2和3所示，本发明所述加热不燃烧卷烟中的自适应温度控制电路，包括MCU、分压电阻、锂电池电源、复位按键和第一电控控制开关，所述的第一电控控制开关和分压电阻串联在发热丝和锂电池电源之间，还包括有第二电控控制开关，所述的第二控制开关并联在第一电控控制开关和分压电阻串联后的电路两端；所述的第二控制开关、分压电阻和发热丝三者接触点通过导线与PLC 的第一模拟量输入端口，第一控制开关与分压电阻的接触点通过导线与MCU的第二模拟量输入端口；包括如下步骤：
A：按下按键K, 启动温度控制电路，设定第一电控开关U3，第二电控开关U4二者以t(10ms)为一个周期交替打开工作，其中加热时间为t1、计算时间为t2，闲置时间为t3，其中t= t1+t2+t3；
B：通过每个周期的加热时间计算当前周期加热丝的温度值，以设定值为标准对下个周期的加热丝的加热时间进行调整，使加热丝的温度值与设置定相等；所述的步骤B具体包括如下步骤：
B1：第一个周期t内，设定加热时间t1=t-t2，然后计算t1时间内DSP/MCU根据ADC1和ADC2输入口采集到的Va和Vb的值，计算出发热丝的当前电阻：发热丝的当前电阻:Rt=(R1*Vb)/(Va-Vb)Ω，利用当前电阻的温度和电阻关系曲线，计算得出当前发热丝的温度值T1；
B2：如果T1的值与设定值相同，则下个加热周期可以按照此加热周期中的加热时间和闲置时间的分配比准进行周期加热，从而完成温度控制；否则，如果T1的值与设定值不相同，则需要调整单个周期内的加热时间和闲置时间的比重，然后进行下一个周期加热；
B3：当前周期的加热过程按照上个周期调整后得到时间和闲置时间的比重进行加热和停止，最后再进行加热电阻的温度测量，将得到测量的温度值与设定值比较，再次比较；如果测量的温度值与设定值相同，则不用调整时间和闲置时间的比重，继续下个周期的加热；如果测量的温度值与设定值不相同，则再次调整个周期内的加热时间和闲置时间的比重，然后进行下一个周期加热；
B4：重复步骤B3，直至完成最后整个发热丝的温度控制过程。
C：MCU实时监测每个周期内的加热时间以及当前周期的发热丝的温度值，根据二者的变化判断是否抽吸以及抽吸的次数；
D，当抽吸次数等与设定次数时，MCU发送控制信号，控制调整设定的温度在随后的每次抽气所在的周期内均进行升温处理，且升温的周期与随后抽吸的次数一致，直至达到发热丝的最大温度值。
所述的步骤D中，MCU根据二者的变化判断是否抽吸以及抽吸的次数，具体判断过程为：
D1，当初期加热丝的温度值自动调节后，进入稳定器，即首次出现连续多个周期的加热时间相同，且加热时间占比周期的时间低于20%，则表明发热丝已经调整好发热数据到设定温度值，且一直在待机状态；
D2当在周期t抽1检测的发热丝的温度值具有首次下降，且下降后的多个周期经过调整后发热丝的温度稳定为设定值时，则表明正在抽吸，当在周期t抽1’检测的发热丝的温度值具有首次升高降，且升高降后的多个周期经过调整后发热丝的温度稳定为设定值时，则表明正在抽吸结束，此时MCU计算由所述的周期t抽1和周期t抽1’之间的周期数，且记此时间内为抽吸的第一口；
D3重复上述步骤，依次可以判断抽吸的第二口、第三口、……以及第N口。
所述的周期t为10ms，周期的长短理论上越小越好，这样每个周期内的闲置时间就会变小，从而使计算得到的温度值更加接近真实值，闲置时间过长，温度会回落，误差增大。但是过小的话由于需要给加热的时间以及加热调整时间进行空余，所以过小可能加热调整局限性比较大。
所述的计算时间t2为0.2ms，此时间为MCU的运算时间，具体的与MCU的运算能力以及程序的设计优劣有关。
所述的步骤C中的调整加热时间采用比例调整法，具体包括为：通过如下公式计算t1’=（1-(T1-T/T)）*t1，t1’为加热时间为t1的周期所在下个周期的运行加热时间。
所述的分压电阻为碳膜电阻。采用普通的碳膜电阻即可实现温控和温测，成本低廉。具体的本发明在实际使用过程中具体以实际例子进行解释说明：装置从启动开始大致分为以下几个阶段：
第一段：预热温度段时间20s，MCU软件温度设置温度350℃加热15s，最后5s控制发热丝的温度在280℃。这样做是为了缩短预热时间。
第二段抽吸第一口到第六口时，发热丝的温度控制在280℃，卷烟中的可挥发物质浓度基本不变，每一口的烟气浓度都接近。
第三段：从第六口开始，由于卷烟中的可挥发物质浓度下降，为了达到抽吸时每一口的烟气浓度都接近，每抽一口，发热源的控制加热温度升高5℃，直到330℃，这样保证整个抽吸过程口感一致。
分时处理技术是指电控开关U3，U4以t(10ms)为一个周期交替打开工作，当按键K按下,在一个t(10ms)周期内，控制信号B控制U4打开,此时控制信号A控制U3一直关断，时长是 t2（9.8ms），
此时间内发热丝处于工作状态。接下来，控制信号B控制U4关断，控制信号A控制U3打开，时长是 t1（0.2ms），此时间内MCU在测量发热丝的当前电阻，并通过计算得出发热丝的当前温度。
发热丝从常温状态开始加热时，发热丝9.8ms内都在工作如图3，是全功率加热。经过20个周期左右的加热，发热丝便达到预设温度280℃，这时保持发热丝的温度只需要很小的功率即可。控制信号A不变，而控制信号B的工作波形如图5所示：
发热丝在9.8ms内，工作加热时间3ms（t2），其余7.6ms不工作，0.2ms测量时间不变。
具体抽吸口数的判断原理：
当用户抽吸时，用户抽吸气流量如下图6，抽吸时间持续5s至6s。由于吸气带走热量，发热丝温度会短暂下降1℃，这时MCU测量到发热丝的温度下降，就调整发热丝的工作时间，经过10至15个周期后，发热丝的温度重新稳定在初始温度280℃，这时控制信号B的工作波形如图6所示在每个周期内发热丝工作加热时间为9ms（t2）, 因此当发热丝的工作时间由3ms加大到9ms时（约15个周期，150ms），就判断抽吸开始。
当客户抽吸结束后，由于气流消失，发热丝的温度会短暂升高2℃，这时MCU测量到发热丝的温度升高，就调整发热丝的工作时间，经过10至15个周期后，发热丝的温度重新稳定在初始温度280℃，这时控制信号B的工作波形又恢复到图5所示，据此MCU判断抽吸结束。从抽吸开始到抽吸结束时间大于1.5s就是抽吸了一口。
本发明通过抽吸口数的精确判断，从而使MCU可以根据抽吸的口数对不燃烧烟丝的加热丝进行针对性的升温控制，从而避免或者降低由于抽吸口数增加，烟气浓度降低的现象。
Claims (5)
1.一种基于加热不燃烧卷烟中的自适应温度电路的控制方法，所述加热不燃烧卷烟中的自适应温度控制电路，包括MCU、分压电阻、锂电池电源、复位按键和第一电控控制开关，所述的第一电控控制开关和分压电阻串联在发热丝和锂电池电源之间，还包括有第二电控控制开关，所述的第二控制开关并联在第一电控控制开关和分压电阻串联后的电路两端；所述的第二控制开关、分压电阻和发热丝三者接触点通过导线与PLC的第一模拟量输入端口，第一控制开关与分压电阻的接触点通过导线与MCU的第二模拟量输入端口；其特征在于：包括如下步骤：
A：按下按键K, 启动温度控制电路，设定第一电控控制开关，第二电控控制开关二者以t为一个周期交替打开工作，其中加热时间为t1、计算时间为t2，闲置时间为t3，其中t= t1+t2+t3；
B：通过每个周期的加热时间计算当前周期加热丝的温度值，以设定值为标准对下个周期的加热丝的加热时间进行调整，使加热丝的温度值与设定值相等；
C：MCU实时监测每个周期内的加热时间以及当前周期的发热丝的温度值，根据二者的变化判断是否抽吸以及抽吸的次数；
D，当抽吸次数等于设定次数时，MCU发送控制信号，控制调整设定的温度在随后的每次抽吸所在的周期内均进行升温处理，且升温的周期与随后抽吸的次数一致，直至达到发热丝的最大温度值；所述的步骤D中，MCU根据二者的变化判断是否抽吸以及抽吸的次数，具体判断过程为：
D1，当初期加热丝的温度值自动调节后，进入稳定期，即首次出现连续多个周期的加热时间相同，且加热时间占比周期的时间低于20%，则表明发热丝已经调整好发热数据到设定温度值，且一直在待机状态；
D2当在周期t抽1检测的发热丝的温度值具有首次下降，且下降后的多个周期经过调整后发热丝的温度稳定为设定值时，则表明正在抽吸，当在周期t抽1’检测的发热丝的温度值具有首次升高降，且升高降后的多个周期经过调整后发热丝的温度稳定为设定值时，则表明正在抽吸结束，此时MCU计算由所述的周期t抽1和周期t抽1’之间的周期数，且记此时间内为抽吸的第一口；
D3重复上述步骤，依次可以判断抽吸的第二口、第三口、……以及第N口。
2.根据权利要求1所述的基于加热不燃烧卷烟中的自适应温度电路的控制方法，其特征在于：所述的步骤B具体包括如下步骤：
B1：第一个周期t内，t3=0，设定加热时间t1=t-t2，然后计算t1时间内DSP/MCU根据ADC1和ADC2输入口采集到的Va和Vb的值，计算出发热丝的当前电阻：发热丝的当前电阻:Rt=(R1*Vb)/ (Va-Vb)Ω，利用当前电阻的温度和电阻关系曲线，计算得出当前发热丝的温度值T1；
B2：如果T1的值与设定值相同，则下个加热周期可以按照此加热周期中的加热时间和闲置时间的分配比准进行周期加热，从而完成温度控制；否则，如果T1的值与设定值不相同，则需要调整单个周期内的加热时间和闲置时间的比重，然后进行下一个周期加热；
B3：当前周期的加热过程按照上个周期调整后得到加热时间和闲置时间的比重进行加热和停止，最后再进行加热电阻的温度测量，将得到测量的温度值与设定值比较，再次比较；如果测量的温度值与设定值相同，则不用调整加热时间和闲置时间的比重，继续下个周期的加热；如果测量的温度值与设定值不相同，则再次调整个周期内的加热时间和闲置时间的比重，然后进行下一个周期加热；
B4：重复步骤B3，直至完成最后整个发热丝的温度控制过程。
3.根据权利要求2所述的基于加热不燃烧卷烟中的自适应温度电路的控制方法，其特征在于：所述的周期t为10ms。
4.根据权利要求3所述的基于加热不燃烧卷烟中的自适应温度电路的控制方法，其特征在于：所述的计算时间t2为0.2ms。
5.根据权利要求4所述的基于加热不燃烧卷烟中的自适应温度电路的控制方法，其特征在于：所述的分压电阻为碳膜电阻。
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