阅读说明：本技术 具有气压感应单元的电子雾化装置芯片及其工作方法 (Electronic atomization device chip with air pressure sensing unit and working method thereof ) 是由 林光榕 张夕勇 郑贤彬 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种具有气压感应单元的电子雾化装置芯片及其工作方法,该芯片包括气压感应单元、控制单元、若干辅助电阻、电容和若干引脚,气压感应单元用于检测电子雾化装置内部吸气时产生的气压大小,控制单元中的存储器用于存储相关参数,控制逻辑模块用于控制单元内部电路的逻辑控制,气压感应单元驱动模块用于驱动气压感应单元工作,信号放大模块用于将气压感应单元检测的气压模拟信号进行放大并传送给模数转换模块,模数转换模块将气压模拟信号转换成气压数字信号,数据处理和校准模块将气压数字信号进行处理和校准后转换为气流量数字信号；其有益之处在于,将气压感应功能与空气流量计算功能合二为一,数据传输响应快,控制精度极大提高。(The invention discloses an electronic atomization device chip with an air pressure sensing unit and a working method thereof, the chip comprises the air pressure sensing unit, a control unit, a plurality of auxiliary resistors, a capacitor and a plurality of pins, wherein the air pressure sensing unit is used for detecting the air pressure generated when the inside of an electronic atomization device inhales air, a memory in the control unit is used for storing relevant parameters, a control logic module is used for controlling the logic control of the internal circuit of the control unit, an air pressure sensing unit driving module is used for driving the air pressure sensing unit to work, a signal amplifying module is used for amplifying an air pressure analog signal detected by the air pressure sensing unit and transmitting the air pressure analog signal to an analog-to-digital conversion module, the analog-to-digital conversion module converts the air pressure analog signal into an air pressure digital signal, and a data processing and calibrating module processes; the air pressure sensor has the advantages that the air pressure sensing function and the air flow calculating function are combined into one, the data transmission response is fast, and the control precision is greatly improved.)

具有气压感应单元的电子雾化装置芯片及其工作方法

技术领域

本发明涉及电子雾化装置技术领域，更具体的说，本发明涉及一种具有气压感应单元的电子雾化装置芯片以及该具有气压感应单元的电子雾化装置芯片的工作方法。

背景技术

现有的雾化电子烟通常经过雾化器的加热而将烟液雾化而产生烟雾供吸烟者使用，由于电子烟的烟液中不含有烟焦油，避免了烟焦油对于人们身体的危害，因而电子烟逐渐替代香烟得到广泛使用。

中国申请号为201910269123.8、公开号为109924548A、名称为《可控制摄入剂量的雾化装置及其控制方法》的专利，公开了一种可控制摄入剂量的雾化装置，该雾化装置包括电池、电路控制板、发热电阻、雾化通道、吸嘴、检测气道、气压传感器，电路控制板上设有包括相互电性连接的微控制器、空气流量计算单元、能量统计单元、能量与雾化量转换单元与功率控制单元，空气流量计算单元根据检测气道建模容积以及吸气气压的变化转换成相应的空气流量值，功率控制单元根据空气流量值来控制输出到发热电阻的输出功率，能量统计单元根据输出功率与时间来统计输出能量，能量与雾化量转换单元将能量转换为相应的气溶胶摄入量值，微控制器将其与预设的气溶胶摄入量限定值对比后发出相应的控制信号控制功率控制单元从而控制气溶胶的摄入剂量。该专利公开了通过气压传感器检测吸气气压变化，再通过空气流量计算单元将气压变化转换成空气流量值，最后达到控制气溶胶摄入剂量的目的。

上述专利中，气压传感器、空气流量计算单元分别属于分开的不同元器件和电路单元，电路结构复杂、所占用空间大，信号标准不统一，转换需要较长时间，因此存在两者间的数据传输响应慢、误差大的缺点，同时导致控制精度降低。

发明内容

本发明的目的在于为克服上述技术的不足而提供一种具有气压感应单元的电子雾化装置芯片及其工作方法，该具有气压感应单元的电子雾化装置芯片，将气压感应功能与气流量计算功能合二为一。

本发明的技术方案是这样实现的，一种具有气压感应单元的电子雾化装置芯片，包括电性连接的气压感应单元、控制单元、若干辅助电阻、电容和若干引脚，所述控制单元包括存储器、控制逻辑模块、气压感应单元驱动模块、信号放大模块、模数转换模块、数据处理和校准模块、通讯接口模块和使能信号输入控制电路，所述气压感应单元用于检测电子雾化装置内部吸气时产生的气压，所述存储器用于存储相关参数，所述控制逻辑模块用于控制单元内部电路的逻辑控制，所述气压感应单元驱动模块用于驱动气压感应单元工作，所述信号放大模块用于将气压感应单元检测的气压模拟信号进行放大并传送给所述模数转换模块，所述模数转换模块将气压模拟信号转换成气压数字信号，所述数据处理和校准模块将气压数字信号进行处理和校准并转换为气流量数字信号，所述通讯接口模块用于与外部元件进行通讯连接，所述使能信号输入控制电路用于接收外部使能信号并控制通讯接口模块工作。

优选地，待机时，所述控制单元配置为不工作，所述气压感应单元配置为巡回检测气压，当检测到气压发生变化时，所述控制单元立即进入工作状态。

优选地，所述若干引脚至少包括供电引脚、接地引脚、激活信号输出引脚、内部数据输出引脚、外部数据输入引脚、时钟信号引脚和使能信号输入引脚，所述激活信号输出引脚用于将控制单元产生的激活信号输出到外部控制器以便激活电子雾化装置，所述内部数据输出引脚、外部数据输入引脚和时钟引脚与所述通讯接口模块连接，所述内部数据输出引脚用于将内部数据输出到外部控制器，所述外部数据输入引脚用于输入外部数据，所述时钟信号引脚用于输入时钟信号进行数据读写，所述使能信号输入引脚用于输入使能信号以便控制内部数据输出和外部数据输入。

优选地，所述存储器中预设有气压变化阈值，所述控制单元产生所述激活信号的条件设定为，所述控制单元判断气压数字信号的变化值达到设定的气压变化阈值。

优选地，还包括用于检测电子雾化装置芯片温度的温度感应单元，所述控制单元还包括电路切换模块，所述电路切换模块用于切换所述压力感应单元检测的气压模拟信号和温度感应单元检测的温度模拟信号，并将切换后的气压模拟信号或温度模拟信号依次传送给所述模数转换模块，所述模数转换模块还可将温度模拟信号转换成温度数字信号。

优选地，所述控制单元还包括与数据处理和校准模块电性连接的输出控制模块，所述输出控制模块根据气流量数字信号产生PWM输出控制信号用于控制电子雾化装置的功率。

优选地，所述外部引脚还包括PWM输出控制信号引脚，所述PWM输出控制信号引脚用于输出所述输出控制模块产生的PWM输出控制信号。

优选地，所述控制单元还包括片内振荡器，所述片内振荡器用于为所述控制单元工作时提供频率信号。

优选地，所述控制单元还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块用于计时。

本发明的另一种技术解决方案是，一种具有气压感应单元的电子雾化装置芯片的工作方法，该方法包括以下的步骤：

⑴芯片供电，相关参数初始化；

⑵芯片处于待机状态，气压感应单元工作；

⑶气压感应单元是否检测到电子雾化装置内部气压模拟信号的变化，如果是，则进入下一步，如果否，则返回上一步；

⑷气压模拟信号经信号放大模块放大，并通过模数转换模块转换成气压数字信号；

⑸通过数据处理和校准模块将气压数字信号进行处理和校准，并转换为对应的气流量数字信号；

⑹控制逻辑模块判断气压数字信号变化值是否达到设定气压变化阈值，如果是，则同时进入步骤⑺和⑻，如果否，则返回步骤⑵；

⑺控制单元产生激活信号并通过激活信号输出端输出到外部控制器以便激活电子雾化装置；

⑻使能信号输入控制电路是否收到使能信号及通讯接口模块是否收到数据发送请求信号，如果两者都是，则进入下一步，如果否，则返回步骤⑵；

⑼通讯接口模块将气流量数字信号经内部数据输出引脚输出到外部控制器，返回步骤⑵。

本发明的又一种技术解决方案是，一种具有气压感应单元的电子雾化装置芯片的工作方法，该方法包括以下的步骤：

⑴芯片供电，相关参数初始化；

⑵芯片处于待机状态，气压感应单元及温度感应单元工作，同时进入步骤⑶和步骤⑷；

⑶气压感应单元是否检测到电子雾化装置内部气压模拟信号的变化，如果是，则进入步骤⑸，如果否，则返回步骤⑵；

⑷温度感应单元检测到芯片内部温度的温度模拟信号；

⑸通过电路切换模块依次切换气压模拟信号和温度模拟信号，切换成气压模拟信号时，进入步骤⑹，切换成温度模拟信号时，进入步骤⑿；

⑹气压模拟信号经信号放大模块放大，并通过模数转换模块转换成气压数字信号；

⑺通过数据处理和校准模块将气压数字信号进行处理和校准，并转换为对应的气流量数字信号；

⑻控制逻辑模块判断气压数字信号变化值是否达到设定气压变化阈值，如果是，则同时进入步骤⑼、⑽、⑿，如果否，则返回步骤⑵；

⑼控制单元产生激活信号并通过激活信号输出端输出到外部控制器以便激活电子雾化装置；

⑽判断气流量数字信号是否达到设定最低气流量阈值，如果是，则进入下一步，如果否，则返回步骤⑵；

⑾输出控制模块产生并输出PWM输出控制信号，返回步骤⑵；

⑿使能信号输入控制电路是否收到使能信号及通讯接口模块是否收到数据发送请求信号，如果两者都是，则进入下一步，如果否，则返回步骤⑵；

⒀通讯接口模块将气流量数字信号经内部数据输出引脚输出到外部控制器，返回步骤⑵；

⒁温度模拟信号经信号放大模块放大，并通过模数转换模块转换成温度数字信号；

⒂控制逻辑模块判断温度数字信号是否达到设定温度阈值，如果是，则进入下一步，如果否，则返回步骤⑵；

⒃使芯片停止工作，进行高温或低温保护。

本发明的有益效果是，该具有气压感应单元的电子雾化装置芯片，芯片内置了气压感应单元和控制单元，控制单元通过控制逻辑模块、信号放大模块、模数转换模块、数据处理和校准模块将气压感应单元检测到的气压信号直接在芯片内部进行放大、转换、校准后输出气流量信号，这样，内置的气压信号采集电路和高精度模数转换器实现气压信号的精确采集，并通过内置控制单元实现信号的精确校准和补偿，通过内置算法实现压力到气流的精确转换，因此可以使得数据传输响应快、气压信号在芯片内部即可完成精确转换，将使电子雾化装置雾化量的控制精度极大提高；同时，提供可自定义的气压变化阈值，在气压变化大于设定阈值时给出激活信号，起到准确判断用户吸烟动作、减少电子雾化装置误启动的作用；另外，本芯片集成度高，使外部元器件少，工作效率高，发热量小，且芯片体积很小，非常容易在狭小的电子雾化装置电路板上进行安装。

附图说明

图1为本发明实施例电子雾化装置芯片的内部电路结构图一；

图2为本发明实施例电子雾化装置芯片的内部电路结构图二；

图3为本发明实施例电子雾化装置芯片的工作方法的流程图一；

图4为本发明实施例电子雾化装置芯片的工作方法的流程图二。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所称电子雾化装置，是一种将液态物质进行加热蒸发成汽态雾状物质的雾化装置或雾化器具，不仅可用于电子烟进行雾化烟液产生烟雾，还可以用于医疗领域，即可将溶解有药物的液体进行加热蒸发成雾状物质供患者吸食，达到治疗之目的。

实施例一

如图1所示，本发明的一种具有气压感应单元的电子雾化装置芯片，内部封装有包括电性连接的气压感应单元Air pre-sensor、控制单元MCU、若干辅助电阻(图中未示)、电容C，以及芯片侧边设有若干引脚。控制单元MCU包括存储器EEPROM、控制逻辑模块Control、气压感应单元驱动模块Driver、信号放大模块PGA、模数转换模块ADC、数据处理和校准模块P&C、通讯接口模块SPI和使能信号输入控制电路Ready control。气压感应单元Air pre-sensor用于检测电子雾化装置内部吸气时产生的气压大小，吸气一般产生负压，气压感应单元Air pre-sensor检测得到的是气压模拟信号。

存储器EEPROM用于存储设定的相关参数和工作中产生的相关参数，控制逻辑模块Control用于控制单元MCU内部电路的逻辑控制和分析判断，气压感应单元驱动模块Driver用于辅助和驱动气压感应单元Air pre-sensor工作，信号放大模块PGA用于将气压感应单元Air pre-sensor检测的气压模拟信号进行放大并传送给模数转换模块ADC，模数转换模块ADC将气压模拟信号转换成气压数字信号，数据处理和校准模块P&C将气压数字信号进行处理和校准后转换为气流量数字信号，因外界气压不是稳定不变的，为避免误差故需要进行校准。通讯接口模块SPI和使能信号输入控制电路Ready control连接若干引脚，通讯接口模块SPI用于与外部元件进行通讯连接，进行输入或输出数据信号，使能信号输入控制电路Ready control用于接收外部使能信号并控制通讯接口模块SPI工作，即接收到使能信号时，使能信号输入控制电路Ready control可以使通讯接口模块SPI进行输出数据或输入数据。

为降低电子雾化装置待机的能耗，本发明的芯片，同样设置有待机状态。待机时，控制单元MCU配置为不工作，而气压感应单元Air pre-sensor配置为巡回检测气压，这样即可节省电能。当气压感应单元Air pre-sensor检测到气压发生变化时，控制单元MCU立即进入工作状态。电子雾化装置发生吸气动作时，其内部将产生负压，即压力会产生变化，气压感应单元Air pre-sensor检测到电子雾化装置内部气压模拟信号的变化时，控制单元MCU被唤醒，得到供电进入工作状态。

如图1所示，该芯片引脚包括供电引脚VDD、接地引脚GND、激活信号输出引脚ENB、内部数据输出引脚SDO、外部数据输入引脚SDI、时钟信号引脚SCK和使能信号输入引脚READY。激活信号输出引脚ENB用于将控制单元MCU产生的激活信号输出到外部控制器(图中未示)以便激活电子雾化装置，内部数据输出引脚SDO、外部数据输入引脚SDI和时钟引脚SCK与通讯接口模块SPI连接，内部数据输出引脚SDO用于将内部数据输出到外部控制器，外部数据输入引脚SDI用于输入外部数据，时钟信号引脚SCK用于输入时钟信号进行数据读写，使能信号输入引脚READY用于输入使能信号以便控制内部数据输出和外部数据输入。

如图1所示，存储器EEPROM中预设有气压变化阈值，控制单元MCU产生激活信号的条件设定为，控制单元MCU判断气压数字信号的变化值达到设定的气压变化阈值。即控制单元MCU判断气压数字信号的变化值达到设定的气压变化阈值时，控制单元MCU产生激活信号以便输出到外部控制器，从而激活电子雾化装置。通常情况下，外界气压的变化可能导致的，以及用户无意中造成的雾化装置内部压力的变化，可能会误触发电子雾化装置进入工作状态。为避免此种情况的发生，有必要预设气压变化阈值，当电子雾化装置内部的压力变化值超过预设气压变化阈值时，才判定需要启动电子雾化装置进行工作，否则，即使有微小的气压变化，也不会误触发而启动电子雾化装置。

本实施例芯片的特点在于，封装有气压感应单元Air pre-sensor、控制单元MCU，加上若干周边辅助电阻和辅助电容构成。气压感应单元Air pre-sensor、控制单元MCU可以设为两颗内置裸芯片，该气压感应单元Air pre-sensor是一种采用压力敏感元件，即电桥式压力传感器检测气压变化数值，从而换算气流量的传感器。本实施例单颗芯片中集成了压阻式压力传感器，同时集成了控制单元MCU为核心的传感器信号调理和变送电路，采用SPI接口输出。本实施例的芯片，通过检测气压变化检测气体气流量，内置的信号采集电路和高精度模数转换器实现传感单元信号的精确采集，并通过内置MCU实现信号的校准和补偿，通过内置算法实现压力到气流的转换，并通过SPI接口同步提供测量数据并发送给外部元件。本芯片的灵活度高，算法和功能可扩展。

实施例二

如图2所示，在前述实施例一的基础上，本实施例的电子雾化装置芯片除包括实施例一中所述的电路结构元件外，还包括用于检测电子雾化装置芯片温度的温度感应单元Tem-sensor，控制单元MCU还包括电路切换模块MUX，电路切换模块MUX用于依次切换压力感应单元Air pre-sensor检测的气压模拟信号和温度感应单元Tem-sensor检测的温度模拟信号，并将切换后的气压模拟信号或温度模拟信号依次传送给模数转换模块模数转换模块ADC，模数转换模块ADC还可将温度模拟信号转换成温度数字信号。设有温度感应单元Tem-sensor的目的在于检测芯片在工作中的温度，防止芯片在高负荷工作时或在高温或低温环境中工作导致的温度异常情况，避免芯片损坏产生故障。

如图2所示，控制单元MCU还包括与数据处理和校准模块P&C电性连接的输出控制模块PWM control，输出控制模块PWM control用于产生PWM输出控制信号。外部引脚还包括PWM输出控制信号引脚PWM，PWM输出控制信号引脚用于输出控制模块PWM产生的PWM输出控制信号的输出。输出控制模块PWM control根据气流量数字信号产生PWM输出控制信号用于控制电子雾化装置的功率。

如图2所示，控制单元MCU还包括片内振荡器OSC，片内振荡器OSC用于为控制单元MCU工作时提供频率信号。控制单元MCU还包括实时时钟模块RTC，实时时钟模块RTC用于计时和读取时间。

本实施例芯片的特点在于，封装有气压感应单元Air pre-sensor、控制单元MCU，加上若干周边辅助电阻和辅助电容构成。气压感应单元Air pre-sensor、控制单元MCU可以设为两颗内置裸芯片。该气压感应单元Air pre-sensor是一种采用压力敏感元件，即电桥式压力传感器检测气压变化数值，从而换算气流量的传感器。本实施例单颗芯片中集成了压阻式压力传感器、温度传感器，同时集成了控制单元MCU为核心的气压感应单元信号调理和变送电路，采用SPI接口输出，还支持PWM信号输出。本实施例的芯片，通过检测气压变化检测气体气流量，内置的信号采集电路和高精度模数转换器实现传感单元信号的精确采集，并通过内置MCU实现信号的校准和补偿，通过内置算法实现压力到气流的转换。同时，提供可自定义的气流量阈值，在气流量大于设定的最低气流量阈值时给出PWM控制信号，并通过SPI接口同步提供测量数据并发送给外部元件。本芯片的灵活度高，算法和功能可扩展。

芯片工作方法的实施例一

如图3所示，一种具有气压感应单元的电子雾化装置芯片的工作方法，该方法包括以下的步骤：

⑴芯片供电，相关参数初始化；

⑵芯片处于待机状态，气压感应单元工作，此时控制单元不工作；

⑶气压感应单元是否检测到电子雾化装置内部气压模拟信号的变化，即检测电子雾化装置是否有吸气动作，如果是，则进入下一步，如果否，则返回上一步；

⑷控制单元开始工作，气压模拟信号经信号放大模块放大，并通过模数转换模块转换成气压数字信号；

⑸通过数据处理和校准模块将气压数字信号进行处理和校准，校准为准确的气压数字信号，并转换为对应的气流量数字信号；

⑹控制逻辑模块判断气压数字信号变化值是否达到设定气压变化阈值，即判断吸气是否有误触发动作，如果是，即没有误触发动作，则同时进入步骤⑺和⑻，如果否，即可能存在误触发动作，则返回步骤⑵；

⑺控制单元产生激活信号并通过激活信号输出端输出到外部控制器以便激活电子雾化装置；

⑻使能信号输入控制电路是否收到使能信号及通讯接口模块是否收到数据发送请求信号，如果两者都是，则进入下一步，如果否，则返回步骤⑵；

⑼通讯接口模块将气流量数字信号经内部数据输出引脚输出到外部控制器，返回步骤⑵。

上述步骤中涉及的元器件或模块名称，参见实施例一和图1，上述步骤中，气压感应单元连续检测气压是否发生变化。

芯片工作方法的实施例二

如图4所示，一种具有气压感应单元的电子雾化装置芯片的工作方法，该方法包括以下的步骤：

⑴芯片供电，相关参数初始化；

⑵芯片处于待机状态，气压感应单元及温度感应单元工作，同时进入步骤⑶和步骤⑷；

⑶气压感应单元是否检测到电子雾化装置内部气压模拟信号的变化，即检测电子雾化装置是否有吸气动作，如果是，则进入步骤⑸，如果否，则返回步骤⑵；

⑷温度感应单元检测到芯片内部温度的温度模拟信号；

⑸控制单元通过电路切换模块依次切换气压模拟信号和温度模拟信号，切换成气压模拟信号时，进入步骤⑹，切换成温度模拟信号时，进入步骤⑿；

⑹气压模拟信号经信号放大模块放大，并通过模数转换模块转换成气压数字信号；

⑺通过数据处理和校准模块将气压数字信号进行处理和校准，校准为准确的气压数字信号，并转换为对应的气流量数字信号；

⑻控制逻辑模块判断气压数字信号变化值是否达到设定气压变化阈值，即判断吸气是否有误触发动作，如果是，即没有误触发动作，则同时进入步骤⑼、⑽、⑿，如果否，即可能存在误触发动作，则返回步骤⑵；

⑼控制单元产生激活信号并通过激活信号输出端输出到外部控制器以便激活电子雾化装置；

⑽判断气流量数字信号是否达到设定的最低气流量阈值，即判断吸气是否有误触发动作，如果是，即没有误触发动作，则进入下一步，如果否，即可能存在误触发动作，则返回步骤⑵；

⑾输出控制模块产生并输出PWM输出控制信号，返回步骤⑵；

⑿使能信号输入控制电路是否收到使能信号及通讯接口模块是否收到数据发送请求信号，如果两者都是，则进入下一步，如果否，则返回步骤⑵；

⒀通讯接口模块将气流量数字信号经内部数据输出引脚输出到外部控制器，返回步骤⑵；

⒁温度模拟信号经信号放大模块放大，并通过模数转换模块转换成温度数字信号；

⒂控制逻辑模块判断温度数字信号是否达到设定温度阈值，如果是，则进入下一步，如果否，则返回步骤⑵；

⒃使芯片停止工作，进行高温或低温保护，此时气压感应单元和控制单元均不工作，待保护时间过去后，需重新启动芯片进行工作。

上述步骤中涉及的元器件或模块名称，参见实施例二和图2，上述步骤中，气压感应单元连续检测气压是否发生变化。

以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制。在本发明的技术思想范畴内，可以出现各种变形及修改，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明所保护的范围。