一种自动弹烟灰的吸烟行为记录仪的制作方法

1.本发明涉及一种自动弹烟灰的吸烟行为记录仪，属于吸烟行为研究技术领域。


背景技术：

2.吸烟行为记录仪是用来调查吸烟者吸烟行为的常用手段，可以用于监测吸烟者抽吸卷烟过程的抽吸口数、抽吸频率、抽吸容量、抽吸间隔、持续时间等参数，从而为卷烟生产企业或研究人员改进烟支燃烧等特性、以及为吸烟者掌握抽吸习惯提供数据。
3.吸烟者在使用吸烟行为记录仪抽吸卷烟的过程中，仍然需要多次弹落烟灰。而由于烟支插在吸烟行为记录仪的烟支插接端，弹落烟灰变得较为困难。这是因为，吸烟者需要抓握吸烟行为记录仪，抓握记录仪的手难以动作弹落烟灰，若该手部动作过大，则难以使烟灰落入烟灰缸中；另一只手进行弹灰操作不方便，且较难控制力道，可能出现力道较轻烟灰无法弹落或者力道较重导致烟支松动、烟支掉落等情况，使得该根卷烟的行为记录数据不准确或数据无效。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种自动弹烟灰的吸烟行为记录仪，用以解决使用吸烟行为记录仪弹烟灰不方便的问题。
5.为实现上述目的，本发明的方案包括：
6.本发明的一种自动弹烟灰的吸烟行为记录仪，包括记录仪主体、设置于记录仪主体内的电源模块和控制模块；所述记录仪主体上开设有滤棒插入通道；所述滤棒插入通道外壁上设有振动模块，所述电源模块通过供电线路连接振动模块，所述供电线路上设置有开关器件，所述控制模块控制连接开关器件的控制端，以实现开关器件的通断控制；
7.还包括图像采集模块和与图像采集模块相连的图像识别模块，所述图像采集模块的图像采集区域与滤棒插入通道的孔口前部区域重叠；所述图像识别模块与控制模块相连。
8.本发明在吸烟行为记录仪的烟支插装固定结构上设置电控振动装置，和用于识别烟支燃尽段长度的图像处理模块(包括图像采集模块和图像识别模块)，利用记录仪内自带的电源供电，利用记录仪原有的控制模块实现基本的逻辑控制，当图像识别模块识别到一定长度的烟支燃尽段时，向控制模块输出一个电平信号，控制模块采集到对应电平信号后控制电控振动装置供电回路上的开关元件导通，电控振动装置得电起振，振动通过烟支插口传递给卷烟，将烟灰振落。吸烟者在使用自动弹烟灰的吸烟行为记录仪的抽吸间隔中，使记录仪上插装的卷烟悬于烟灰缸上方，在烟支燃烧出一定长度的烟灰时，本发明的记录仪能够通过图像识别模块检测出烟灰并控制振动装置振动，实现烟灰的自动振落，降低了吸烟者使用吸烟行为记录仪弹落烟灰的难度，提高了吸烟行为记录仪的自动化程度和监测数据的准确性。
9.进一步的，所述图像采集模块采用广角摄像头，所述广角摄像头设置于记录仪主
体上滤棒插入通道孔口下方的握持区域。
10.采用广角摄像头，只需将摄像头设置在记录仪本体上对着烟支插口前方区域，就能够满足在使用中采集到燃烧中的卷烟图像的需要。无需额外设置摄像头支架来将摄像头尽可能设置在卷烟的正上或正下方。
11.同时图像采集模块设置于握持区域，在吸烟者手持记录仪抽吸时，通过手部遮挡图像采集模块，防止抽吸手持时识别到未掉落的烟灰而突然启动振动，导致烟灰落在其他地方；仅在吸烟者将记录仪放置在桌面上，其中插装的烟支悬于烟灰缸上时，手部不再抓握记录仪，不再遮挡图像采集模块，此时图像识别模块检测到一定长度的烟支燃尽段时，启动振动，将烟灰准确振落在烟灰缸中。
12.进一步的，记录仪主体上开设有凹槽，所述广角摄像头设置于凹槽内。
13.摄像头设置于记录仪主体上的凹陷中，避免摄像头突出设置在记录仪主体外壳表面，容易损坏且影响手持。
14.进一步的，所述凹槽表面上设置有透明材质的挡板。
15.透明挡板进一步保护摄像头防止损坏，也不影响握持。
16.进一步的，所述振动模块为偏心电机，所述偏心电机外壳固定在滤棒插入通道外壁上，所述偏心电机主轴上连接有偏心轮。
17.通过偏心电机产生振动，方案简单可靠，能够有效振落烟灰。
18.进一步的，所述记录仪主体上还设置有按键开关，所述控制模块采样连接按键开关。
19.还设置有吸烟者可主动控制的按键开关，在记录仪未能及时振落烟灰时，吸烟者还能够主动按下按键，处理器采样侦测到按键动作，控制电控振动装置供电回路上的开关元件导通，振动振落烟灰。
20.进一步的，所述按键开关为自动回弹式按键开关。
21.自动回弹式按键按下后，启动振动，松手后按键复位，振动停止，吸烟者可根据需要来控制振动时间，同时松手即停，使操作控制简单方便。
22.进一步的，所述自动回弹式按键开关设置于记录仪主体上的握持区域。
23.按键开关设置在手指的抓握区域，便于手指按压，方便操作控制。
24.进一步的，还包括拾音器和语音识别单元，所述拾音器与语音识别单元相连，所述语音识别单元与控制模块相连。
25.还设置有语音识别单元，通过侦测到吸烟者的语音指令，启动振动来振落烟灰。
26.进一步的，所述偏心轮为凸轮。
附图说明
27.图1是本发明吸烟行为记录仪结构示意图；
28.图2是本发明吸烟行为记录仪振动模块示意图；
29.图3是本发明吸烟行为记录仪开关模块电路原理图；
30.图4是本发明实施例2的吸烟行为记录仪结构示意图；
31.图5是本发明实施例3的吸烟行为记录仪结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
33.实施例1：
34.如图1所示的本发明一种自动弹烟灰的吸烟行为记录仪，具备现有技术中的吸烟行为记录仪的常规功能和硬件模块，具体包括电源模块、存储模块、采集模块和控制模块，以及卷烟插入孔及吸嘴11，卷烟插入孔与吸嘴11通过烟气通道12相连。吸烟行为记录仪具体可以实现吸烟者抽吸卷烟过程中的抽吸口数、抽吸频率、抽吸容量、抽吸力度、抽吸间隔、持续时间等抽吸习惯参数的采集。采集模块包括温度传感器或者气压传感器，在抽吸卷烟时，相关传感器采集烟气温度的变化或者烟气通道12内气压的变化，进一步得出上述抽吸习惯参数。在使用时，将卷烟的滤棒端插入卷烟插入孔中，卷烟插入孔的孔口处设置有密封结构，用以保证卷烟和卷烟插入孔之间的气密配合，防止漏气。密封结构具体可以为与卷烟滤棒气密配合的橡胶密封圈131，橡胶密封圈131设置在卷烟插入孔孔口处，橡胶密封圈131为空心，利用橡胶壁的弹性挤压卷烟滤棒，并且利用橡胶材质的特性防止卷烟与橡胶密封圈131相对滑动，实现气密的同时对卷烟起到固定作用，防止卷烟掉落；同时，橡胶密封圈131与卷烟的配合不能过紧，否则会导致卷烟难以插入，甚至在插入过程中弄断或使卷烟滤棒起皱，破坏卷烟与记录仪之间的气密性。吸烟者通过吸嘴11按平时习惯抽吸卷烟，烟气通过烟气通道12从吸嘴11进入吸烟者口中。
35.具体的，卷烟20插入卷烟插入孔时，滤棒部分21进入卷烟插入孔内的滤棒插入通道13中，与卷烟滤棒部分21紧密配合，实现对卷烟20的固定，防止卷烟20晃动和掉落。滤棒插入通道13的外壁上设有振动模块31，电源模块通过开关模块32给振动模块31供电。控制模块控制连接开关模块32，切换开关模块32的通断，进而实现对振动模块31的通断电启停控制。
36.吸烟行为记录仪的外壳10上设置有用于采集烟支图像的图像采集模块35，吸烟行为记录仪中还配有嵌入图像识别算法的芯片，即图1中的图像识别模块；图像采集模块35连接图像识别模块，用于输入采集的烟支图像；图像识别模块连接控制模块，用于传输识别结果，若识别结果达到需要弹烟灰的标准，则控制模块输出信号控制开关模块32导通，振动模块31得电振动。
37.具体的，图像识别模块中存储有图像识别模型，图像识别模型用于识别出采集的卷烟图像中卷烟的烟支燃尽段的区域，并给出是否需要弹烟灰的结果，将该结果作为识别结果传输给控制模块，若识别结果为需要弹烟灰，则控制模块输出指令控制执行振动弹烟灰操作；若识别结果为不需要弹烟灰，则控制模块不做响应。
38.图像识别模型通过如下方法进行建立，利用图像采集模块35采集使用吸烟行为记录仪抽吸卷烟的卷烟图像作为图像数据(或者采集相同角度的抽吸中的卷烟图像)，图像数据量应尽可能大，图像数据数据量的提高对模型判别准确性的提升具有重要作用。然后可以通过人工对采集的图像数据进行标注，标注内容为当前这张图像中的情形是否需要弹落烟灰(可以采用二进制数字0，1进行标注，例如0代表不需要，1代表需要)。之后用这些标注好的数据训练图像识别模型，图像识别模型可以采用图像分类方法，如：knn、cnn、迁移学习等，模型输出值为是否需要弹落烟灰(0，1)。比较模型输出值和人工标注值，以f1值、auc值等分类算法评价标准来评价模型的准确性，通过不断调整模型参数，以获得适合于“是否需
要弹烟灰”这个场景的模型。
39.具体的，由于不同卷烟的配方、辅材、外形、加工工艺等不同，导致卷烟燃尽段能够保持的长度不同。同时，为了最大程度的保证卷烟与记录仪卷烟插入孔之间的气密性、保证记录仪数据采集的准确程度，振动弹烟灰的次数应当尽量减少。因此，作为最佳实施例，在训练模型前，应当首先根据实验确定不同卷烟燃尽段能够保持的长度，以此为依据对图像数据进行需要和不需要弹烟灰的分类标注，基于这些数据训练得到的模型，会将卷烟燃尽段尽量长且烟灰未产生明显碎裂的场景识别为需要弹烟灰的场景。
40.进一步的，如图1所示，吸烟行为记录仪的外壳10上设置有便于握持、防止手持过程中滑落的握把14，握把14同时能够提升吸烟行为记录仪抓握的舒适性，握把14具有用于容纳食指、中指和拇指的握槽结构，食指握槽141和中指握槽设置在吸烟行为记录仪外壳10的前端，拇指握槽142设置在吸烟行为记录仪外壳10的后端，吸烟行为记录仪用于插入卷烟20的一端为前端(如图1中吸烟行为记录仪侧视图的右侧)，具有吸嘴11的一端为后端(如图1中吸烟行为记录仪侧视图的左侧)，食指握槽141和中指握槽下方区域为抓握时无名指和小指的抓握区域。
41.图像采集模块35在吸烟行为记录仪的外壳10上设置的位置如图1所示，位于无名指和小指的抓握区域，无名指和小指的抓握区域上不再设置握槽结构。具体在记录仪外壳10的前端开设一个微型相机安装槽34，安装槽34可以通过冲压的方式形成在记录仪外壳10上，具体在记录仪外壳10上形成一个朝向记录仪内部的凹陷(或凹槽)，安装槽34至少具有一个倾斜的微型相机安装面342，安装面342朝向卷烟插入孔及其正前方区域。作为图像采集模块35的微型相机嵌入安装在安装面342上，微型相机采用广角相机。如此，当卷烟插入卷烟插入孔时，卷烟在卷烟插入孔外的主要部分都会处于微型相机的拍摄区域，由于卷烟到微型相机的距离是一定的，由吸烟行为记录仪结构尺寸决定，因此微型相机的焦距可以固定设置，保证卷烟落入微型相机的合焦范围内。微型相机完全设置于微型相机安装槽34内，微型相机安装槽34的槽口表面设置有透明材质的盖板341，用于保护微型相机，同时也便于无名指和小指抓握。微型相机设置于安装槽34中时，由于角度的原因，微型相机的图像采集范围将不能覆盖整支卷烟，卷烟插入卷烟插入孔后，靠近卷烟插入孔的卷烟部分的图像将难以被微型相机采集到，如图1中虚线示出了微型相机的图像采集范围。但这并不影响本发明的效果，因为在使用时，卷烟的滤棒部分并非完全插入卷烟插入孔的，这样一是防止卷烟燃尽烧毁卷烟插入孔及孔口处的橡胶密封圈131，二是便于卷烟抽吸完后容易拔出(若滤棒完全插入，则在卷烟燃尽后剩余滤棒则将难以拔出)，因此滤棒插入通道13中应当设置有限位结构，防止滤棒过度插入，使得卷烟插入后，至少有部分滤棒位于卷烟插入孔外；此外，按照吸烟者的习惯，抽吸卷烟时不会使卷烟完全燃尽至滤棒处，因此吸烟行为记录仪为了准确采集吸烟数据，也不会对卷烟过度抽吸使卷烟燃尽至滤棒。由此，作为图像采集模块35的微型相机的图像采集范围无需完全覆盖卷烟露出卷烟插入孔的部分，靠近卷烟插入孔的一小段卷烟是滤棒和靠近滤棒的不会燃到的部分，没有弹烟灰需求，无需被图像采集。
42.振动模块31得电启动产生振动，振动通过滤棒插入通道13外壁带动卷烟插入孔振动，进而将振动传递至卷烟20，将卷烟20在抽吸过程中产生的烟灰振落。使用过程中，吸烟者手握吸烟行为记录仪抽吸卷烟时，无名指和小指抓握在微型相机安装槽34的槽口处，遮挡了微型相机的镜头，此时图像采集模块35采集到的图像不属于需要弹烟灰的场景，因此
图像识别模块中的图像识别模型会识别为不需要弹烟灰的场景，控制模块也就不会控制振动模块31振动，也就是说，手持记录仪吸烟时，自动振落烟灰功能不会启动，防止振动模块31误动作将烟灰随意振落。在停止抽吸的间隔中，吸烟者可以将记录仪放置于烟灰缸边，使插入记录仪的卷烟悬于烟灰缸上方，此时手指不再遮挡微型相机镜头，微型相机正常采集图像，经由图像识别模型识别出当前场景是否需要弹烟灰，在需要弹烟灰时输出电平信号(或数字信号1)，控制模块采样到该信号后，控制开关模块32导通，振动模块31启动产生振动使烟灰掉落在正下方的烟灰缸中。
43.此外，在需要弹烟灰时，吸烟者也可手持记录仪使卷烟处于烟灰缸上方，通过挪动无名指和小指，使微型相机采集卷烟图像进行运算识别，满足需要弹烟灰场景时，控制振动模块31振动。
44.作为其他实施例，记录仪外壳10上还设置有按键开关33，控制模块采样连接按键开关33，当控制模块采样到按键开关33按下的触发信号时，控制开关模块32导通，实现振动弹烟灰功能的手动开启。在需要弹烟灰时，手持吸烟行为记录仪至烟灰缸处，使卷烟20前端的烟灰在烟灰缸上方，吸烟者触动按键开关33，控制模块接通开关模块32，启动振动模块31，振动模块31产生振动使烟灰掉落。
45.具体的，按键开关33的按键从食指握槽141中部穿出，便于吸烟者握持时食指按压开关按键，从而操作振落烟灰。
46.振动模块31如图2所示，包括偏心电机311、偏心电机311的主轴312和偏心电机311的偏心轮，偏心轮采用凸轮313。凸轮313偏心安装在偏心电机311的主轴312上，偏心电机311得电启动后，凸轮313偏心转动，使偏心电机311振动，从而使滤棒插入通道13产生振动。
47.开关模块32具体可以如图3所述，由npn型达林顿管321构成，达林顿管321由两个npn型晶体管(vt1、vt2)及电阻r0构成，达林顿管321对外输出发射极e、集电极c和基极b，发射极e连接电源模块负极，集电极c串联偏心电机311后连接电源模块正极，基极b与控制模块的i/o口相连，当满足弹烟灰的条件(图像识别模块识别出需要弹烟灰场景或按键开关33按下)，控制模块该i/o口输出高电平信号，npn型达林顿管321导通，偏心电机311构成导电回路转动。控制模块i/o口与达林顿管321的基极b之间还串联有4.7k～10k的缓冲电阻r1，缓冲电阻r1用于防止三极管击穿损坏控制模块i/o口。达林顿开关三级管的驱动电流甚小，适合吸烟行为记录仪微处理器这种驱动讯号微弱的场景。达林顿三极管的功率根据偏心电机311的电流确定。
48.实施例2：
49.本实施例与实施例1的区别在于，如图4所示，在实施例1的基础上在记录仪外壳10上还设置有拾音器36和语音处理单元，拾音器36电性连接语音处理单元，语音处理单元连接控制模块。语音处理单元嵌入语音识别算法芯片，存储有弹落烟灰的标准语音指令，在实际使用过程中，当语音处理单元接收到吸烟者的语音指令时，通过其中的语音识别模型进行判断，语音处理单元将模型的运算结果传递给控制单元，当模型识别结果为弹落烟灰的语音指令时，控制单元向开关模块32发出指令，供电模块向振动模块31供电使偏心电机311转动，从而弹落烟灰。
50.在使用时，可以手持吸烟行为记录仪伸至烟灰缸上方，通过说出语音指令触发弹烟灰动作；也可以将吸烟行为记录仪放置在桌面上，使烟支悬于烟灰缸上方，图像识别未触
发弹烟灰时还可以通过说出语音指令触发弹烟灰，无需等待图像识别而可以立刻拿起记录仪抽吸卷烟。
51.实施例3：
52.本实施例与实施例1的区别在于，如图5所示，吸烟行为记录仪的记录仪壳体10上还设置有由控制模块驱动的蜂鸣器37。此外记录仪的握把14设置于记录仪的顶面和底面，包括食指握槽141在内的四指的握槽结构设置于顶面，拇指握槽142设置于底面。如此，在使用时手指不再会遮挡图像采集模块35的微型相机，在正常抽吸使用过程中，微型相机会持续采集卷烟场景图像，在被训练出的图像识别模型识别为需要弹烟灰的场景时，图像识别模块会输出数字信号1到控制模块的i/o接口，控制模块触发蜂鸣器37后延时设定的时间驱动振动模块31振动，进行弹烟灰动作。
53.对于吸烟者来说，当蜂鸣器鸣响时，需在设定的时间内持记录仪至烟灰缸上方，等待记录仪自动将烟灰弹落即可。
54.在使用现有技术中的吸烟行为记录仪时，一只手用四指和拇指抓握吸烟行为记录仪，由于增加了吸烟行为记录仪这个装置，不便于采用传统方式弹落烟灰(如食指敲击烟支滤棒)，而采用晃动吸烟行为记录仪的方式，难以晃落烟灰，或者晃动幅度过大导致烟灰飞散及不能准确掉入烟灰缸中。而用另一只手去触碰卷烟弹落烟灰时，一是在卷烟燃烧较短时容易烫到；二是一手握持记录仪，另一手去弹动卷烟，造成卷烟和记录仪之间存在相对位置移动的冲击，容易使卷烟松动掉落，或导致卷烟和滤棒插入通道之间气密性不良，导致采集数据不准确；而且为了便于插装卷烟而不挤坏或弄断卷烟，滤棒插入通道和滤棒之间互相的作用力很小，并没有很紧的包裹或夹持住卷烟，因此在握住(固定住)记录仪，而弹动(触动)其上插装的卷烟时，极易使烟支松动。
55.而使用本发明的自动弹烟灰的吸烟行为记录仪时，通过图像识别算法根据采集到的记录仪中烟支图像中燃尽段的长度自动判断是否需要弹烟灰，在需要弹烟灰时直接通过偏心电机对滤棒插入通道引发冲击较小的连续振动，滤棒插入通道也即卷烟在记录仪上的固定结构和卷烟共同振动，卷烟和记录仪之间不再存在相对移动的冲击，保证了有效弹落烟灰时不致使卷烟松动。本发明还加入语音识别作为额外控制，无需手动通过语音识别触发偏心电机转动引发振动来弹烟灰。
56.本发明针对使用吸烟行为记录仪时，不容易弹烟灰的问题，采用本发明的自动弹烟灰的吸烟行为记录仪，无需动手去触碰卷烟或晃动记录仪，记录仪即可自动在需要时，通过振动装置振动卷烟使烟灰掉落，过程简单方便，防止了弹烟灰动作导致的卷烟掉落，或者晃动记录仪抖烟灰时烟灰飞散，落在外面的问题。