一種數(shù)據(jù)可視化的按摩器具輸入功率測試系統(tǒng)

朱乃榕

摘? 要：該文詳細分析了IEC 60335-1（ED5.1）《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》關(guān)于輸入功率的測試要求。按照標準規(guī)定，基于智能儀器開發(fā)一款測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r測試按摩器具的輸入功率，在軟件界面畫出功率變化曲線，便于直觀識別代表性期間，自動判斷適用的測試方法并給出最終結(jié)果。

關(guān)鍵詞：按摩器具;輸入功率;代表性期間;可視化曲線

中圖分類號：TM33? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

IEC60335-1（ED4.1）《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》以及更早的版本中，要求在穩(wěn)態(tài)條件下測試輸入功率。按摩器具作為一種新型家電產(chǎn)品，配有電動、電熱及聲光模塊，加之按摩模式多變，使輸入功率會不停地波動變化，不具備穩(wěn)態(tài)條件。針對這種情況，一般的對策是將按摩器具輸入功率進行一定時長的積分，取平均值作為結(jié)果（積分均值法）。但考慮到仍有一些按摩器具輸入功率變化幅度大、大功率維持時間久的特點，使用積分均值法會低估真實結(jié)果，集中使用可能造成供電線路容量不足。在新修訂的IEC 60335-1（ED5.1）版本中，重新定義了輸入功率的測試方法（期間選擇法），主要通過識別代表性期間和計算大功率時間來判斷輸入功率，降低了積分均值法可能造成的低估影響。

1 標準測試方法介紹和測試難點

1.1 直接讀取法

按摩器具以不同模式運行，輸入功率維持不變，對應(yīng)特征一，判定以實時值作為結(jié)果。

值得一提的是，由于大多數(shù)按摩器具安裝有電動部件，電刷啟停使輸入功率始終存在波動，能直接讀取的情況少之又少。

1.2 積分均值法

按摩器具以不同模式運行，每秒測試一次輸入功率（單位為W）并計入數(shù)組P，單個模式總運行時長20 s。

1.3 期間選擇法

按摩器具以不同模式運行，每秒測試一次輸入功率（單位為W）并計入數(shù)組P，單個模式總運行時長20 s。

根據(jù)表4，模式C輸入功率變化無規(guī)律，把1～20測試點看成一個代表性期間。算術(shù)平均值5.6 W，2倍算術(shù)平均值11.2 W，大于11.2 W的測試點有P（3）、P（4）、P（5）、P（6）。代表性期間時長為20，大于10%代表性期間時長為3，對應(yīng)特征四，按P（3）、P（4）、P（5）、P（6）數(shù)據(jù)從大到小降序排列后取第3大的數(shù)P（5）或P（4）為結(jié)果，判定輸入功率為16 W。

根據(jù)表5，模式D輸入功率變化具備一定規(guī)律，把7-10或11～14或15～18測試點看成一個代表性期間，也可以把7～18測試點看成一個代表性期間。以7～18測試點作為代表性期間，算術(shù)平均值12 W，2倍算術(shù)平均值24 W，大于24 W的測試點有P（9）、P（13）、P（17）。代表性期間時長為12，大于10%代表性期間時長為2，對應(yīng)特征四，按P（9）、P（13）、P（17） 數(shù)據(jù)從大到小降序排列后取第2大的數(shù)P（13）為結(jié)果，判定輸入功率為26 W。

由表2～表5得知，如果無視功率變化特征，一律采用積分均值法會低估測試結(jié)果，選擇不同測試方法的前提是準確識別出代表性期間和判斷大功率持續(xù)時間。目前，國內(nèi)檢驗機構(gòu)大多使用具備積分功能的電量儀，只能整段周期積分，無法獲取其中某一段功率波動情況，做不到識別代表性期間。如果以人工記錄或錄像監(jiān)控去滿足標準的測試要求也不存在操作性（原因是測試操作中記錄數(shù)據(jù)量太大、測試周期太久）。

2 數(shù)據(jù)可視化測試系統(tǒng)

為實現(xiàn)IEC 60335-1（ED5.1）規(guī)定的輸入功率測試方法，筆者基于智能數(shù)字功率計，使用Visual Basic編程語言開發(fā)了一套數(shù)據(jù)可視化的按摩器具輸入功率測試系統(tǒng)（如圖1所示）。該系統(tǒng)在主控機上運行，通過下達SCPI指令操控功率計，讀取實時功率并作圖，使不斷波動的輸入功率以曲線形態(tài)呈現(xiàn)，達到數(shù)據(jù)可視化，便于直觀識別代表性期間，并能夠自動判定適用的測試方法和計算結(jié)果。

2.1 關(guān)鍵控件參數(shù)設(shè)置

主控機與功率計使用RS-232轉(zhuǎn)USB串口方式通信。

系統(tǒng)MSComm串口控件設(shè)置如下：波特率：115200、校驗位：無;數(shù)據(jù)位：8;停止位：1。

系統(tǒng)依靠Timer定時器控件完成功率讀取和作圖功能，定時器設(shè)置如下（簡要）：

Private Sub Form_Load（）

Timer.Interval=X? ? ‘X為測試間隔，單位ms。如果100 ms讀取一次功率，則X=100

Timer.Enabled=True

End Sub

Private Sub Timer（）

If N < （F + 1） Then? ? ‘N為當前測試次數(shù)，F(xiàn)為測試總次數(shù)。假設(shè)測試間隔0.1 s，總時長5 min，則測試總次數(shù)F為3 000。N從1開始，每隔0.1 s讀取一次功率，直到第3 000次結(jié)束

MSComm.Output="MEASURE：POWER：ACTIVE？" 'MEASURE：POWER：ACTIVE？為SCPI指令，意為詢問當前輸入功率

Picture.Line （N-1，P（N-1））-（N，P（N））? ? ‘從上次測量點位畫線到該次測量點位，N為測試次數(shù)代表橫軸，P數(shù)組為測試數(shù)據(jù)代表縱軸。P（N）為該次測量功率值，在前一條MSComm.Output詢問指令發(fā)出后由MSComm.CommEvent事件響應(yīng)立即得到回復(fù)，讀取功率

End If

N=N+1? ? ‘讀取功率和畫線后，準備進行下一次測量

End Sub

2.2 系統(tǒng)運行流程和數(shù)據(jù)處理算法

系統(tǒng)運行過程大致如下：

測試前，設(shè)置系統(tǒng)測試間隔和總時長。測試間隔一般設(shè)置為100 ms，測試總時長根據(jù)標準規(guī)定及產(chǎn)品自聲明。

啟動運行，系統(tǒng)每100 ms間隔讀取一次按摩器具輸入功率并存入數(shù)組，同時畫出對應(yīng)數(shù)據(jù)曲線。隨著測試周期完結(jié)，整個周期內(nèi)的輸入功率波動曲線完整呈現(xiàn)。

選擇出代表性期間，使用左/右邊界線移動卡位到代表性期間，系統(tǒng)會根據(jù)左/右邊界線所在點位的時刻，計算2點時刻間所有數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，并統(tǒng)計大于2倍算術(shù)平均值的數(shù)據(jù)個數(shù)。

將統(tǒng)計數(shù)據(jù)與4個特征相匹配，對應(yīng)到特征后就使用相應(yīng)測試方法，顯示計算結(jié)果。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理算法與IEC 60335-1（ED5.1）規(guī)定完全一致，如圖2所示。

2.3 系統(tǒng)特點

系統(tǒng)能夠顯示實時輸入功率、剩余測試周期、最大輸入功率等。曲線動態(tài)作畫使無論數(shù)據(jù)變化多么劇烈都不會超出軟件邊界，在測試周期完結(jié)后系統(tǒng)會將所有數(shù)據(jù)存入TXT文件放在指定文件夾內(nèi)方便查閱和比對。

在使用左/右邊界線移動卡位到代表性期間時，邊界線的時刻點位、對應(yīng)功率、代表性期間的點位統(tǒng)計、期間均值、推薦取值測試方法、測試結(jié)果等都由系統(tǒng)自動給出，僅需操作2根光標左右移動即可（如圖3所示）。

數(shù)字功率計通過計量，測試精度高。數(shù)據(jù)處理算法嚴格按照IEC 60335-1（ED5.1）規(guī)定，測試過程中對數(shù)據(jù)不作任何修改，保證了結(jié)果的準確性和試驗的復(fù)現(xiàn)性。經(jīng)驗證，系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)不存在遺漏、延遲、錯位等現(xiàn)象，證實系統(tǒng)可靠性遠高于人工。

3 結(jié)語

筆者研發(fā)的按摩器具輸入功率測試系統(tǒng)，通過實時讀取功率并作圖，將龐大的數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換為可視化曲線，有利于直觀識別代表性期間，能夠自動判定計算，極大地降低了測試難度，提高測試結(jié)果準確性。

參考文獻

[1]趙爽，李峰，岳京松，等.家電產(chǎn)品輸入功率標準測試方法研究[J].家電科技，2014（11）：36-38.

[2]董磊.IEC 60335-1第5.1版中輸入功率測試的探討[J].家電科技，2016（9）：36-37.