一种数据可视化的按摩器具输入功率测试系统

朱乃榕

摘  要：该文详细分析了IEC 60335-1（ED5.1）《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》关于输入功率的测试要求。按照标准规定，基于智能仪器开发一款测试系统。该系统能够实时测试按摩器具的输入功率，在软件界面画出功率变化曲线，便于直观识别代表性期间，自动判断适用的测试方法并给出最终结果。

关键词：按摩器具;输入功率;代表性期间;可视化曲线

中图分类号：TM33                文献标志码：A

0 引言

IEC60335-1（ED4.1）《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》以及更早的版本中，要求在稳态条件下测试输入功率。按摩器具作为一种新型家电产品，配有电动、电热及声光模块，加之按摩模式多变，使输入功率会不停地波动变化，不具备稳态条件。针对这种情况，一般的对策是将按摩器具输入功率进行一定时长的积分，取平均值作为结果（积分均值法）。但考虑到仍有一些按摩器具输入功率变化幅度大、大功率维持时间久的特点，使用积分均值法会低估真实结果，集中使用可能造成供电线路容量不足。在新修订的IEC 60335-1（ED5.1）版本中，重新定义了输入功率的测试方法（期间选择法），主要通过识别代表性期间和计算大功率时间来判断输入功率，降低了积分均值法可能造成的低估影响。

1 标准测试方法介绍和测试难点

1.1 直接读取法

按摩器具以不同模式运行，输入功率维持不变，对应特征一，判定以实时值作为结果。

值得一提的是，由于大多数按摩器具安装有电动部件，电刷启停使输入功率始终存在波动，能直接读取的情况少之又少。

1.2 积分均值法

按摩器具以不同模式运行，每秒测试一次输入功率（单位为W）并计入数组P，单个模式总运行时长20 s。

1.3 期间选择法

按摩器具以不同模式运行，每秒测试一次输入功率（单位为W）并计入数组P，单个模式总运行时长20 s。

根据表4，模式C输入功率变化无规律，把1～20测试点看成一个代表性期间。算术平均值5.6 W，2倍算术平均值11.2 W，大于11.2 W的测试点有P（3）、P（4）、P（5）、P（6）。代表性期间时长为20，大于10%代表性期间时长为3，对应特征四，按P（3）、P（4）、P（5）、P（6）数据从大到小降序排列后取第3大的数P（5）或P（4）为结果，判定输入功率为16 W。

根据表5，模式D输入功率变化具备一定规律，把7-10或11～14或15～18测试点看成一个代表性期间，也可以把7～18测试点看成一个代表性期间。以7～18测试点作为代表性期间，算术平均值12 W，2倍算术平均值24 W，大于24 W的测试点有P（9）、P（13）、P（17）。代表性期间时长为12，大于10%代表性期间时长为2，对应特征四，按P（9）、P（13）、P（17） 数据从大到小降序排列后取第2大的数P（13）为结果，判定输入功率为26 W。

由表2～表5得知，如果无视功率变化特征，一律采用积分均值法会低估测试结果，选择不同测试方法的前提是准确识别出代表性期间和判断大功率持续时间。目前，国内检验机构大多使用具备积分功能的电量仪，只能整段周期积分，无法获取其中某一段功率波动情况，做不到识别代表性期间。如果以人工记录或录像监控去满足标准的测试要求也不存在操作性（原因是测试操作中记录数据量太大、测试周期太久）。

2 数据可视化测试系统

为实现IEC 60335-1（ED5.1）规定的输入功率测试方法，笔者基于智能数字功率计，使用Visual Basic编程语言开发了一套数据可视化的按摩器具输入功率测试系统（如图1所示）。该系统在主控机上运行，通过下达SCPI指令操控功率计，读取实时功率并作图，使不断波动的输入功率以曲线形态呈现，达到数据可视化，便于直观识别代表性期间，并能够自动判定适用的测试方法和计算结果。

2.1 关键控件参数设置

主控机与功率计使用RS-232转USB串口方式通信。

系统MSComm串口控件设置如下：波特率：115200、校验位：无;数据位：8;停止位：1。

系統依靠Timer定时器控件完成功率读取和作图功能，定时器设置如下（简要）：

Private Sub Form_Load（）

Timer.Interval=X    ‘X为测试间隔，单位ms。如果100 ms读取一次功率，则X=100

Timer.Enabled=True

End Sub

Private Sub Timer（）

If N < （F + 1） Then    ‘N为当前测试次数，F为测试总次数。假设测试间隔0.1 s，总时长5 min，则测试总次数F为3 000。N从1开始，每隔0.1 s读取一次功率，直到第3 000次结束

MSComm.Output="MEASURE：POWER：ACTIVE？" 'MEASURE：POWER：ACTIVE？为SCPI指令，意为询问当前输入功率

Picture.Line （N-1，P（N-1））-（N，P（N））    ‘从上次测量点位画线到该次测量点位，N为测试次数代表横轴，P数组为测试数据代表纵轴。P（N）为该次测量功率值，在前一条MSComm.Output询问指令发出后由MSComm.CommEvent事件响应立即得到回复，读取功率

End If

N=N+1    ‘讀取功率和画线后，准备进行下一次测量

End Sub

2.2 系统运行流程和数据处理算法

系统运行过程大致如下：

测试前，设置系统测试间隔和总时长。测试间隔一般设置为100 ms，测试总时长根据标准规定及产品自声明。

启动运行，系统每100 ms间隔读取一次按摩器具输入功率并存入数组，同时画出对应数据曲线。随着测试周期完结，整个周期内的输入功率波动曲线完整呈现。

选择出代表性期间，使用左/右边界线移动卡位到代表性期间，系统会根据左/右边界线所在点位的时刻，计算2点时刻间所有数据的算术平均值，并统计大于2倍算术平均值的数据个数。

将统计数据与4个特征相匹配，对应到特征后就使用相应测试方法，显示计算结果。

系统数据处理算法与IEC 60335-1（ED5.1）规定完全一致，如图2所示。

2.3 系统特点

系统能够显示实时输入功率、剩余测试周期、最大输入功率等。曲线动态作画使无论数据变化多么剧烈都不会超出软件边界，在测试周期完结后系统会将所有数据存入TXT文件放在指定文件夹内方便查阅和比对。

在使用左/右边界线移动卡位到代表性期间时，边界线的时刻点位、对应功率、代表性期间的点位统计、期间均值、推荐取值测试方法、测试结果等都由系统自动给出，仅需操作2根光标左右移动即可（如图3所示）。

数字功率计通过计量，测试精度高。数据处理算法严格按照IEC 60335-1（ED5.1）规定，测试过程中对数据不作任何修改，保证了结果的准确性和试验的复现性。经验证，系统测试数据不存在遗漏、延迟、错位等现象，证实系统可靠性远高于人工。

3 结语

笔者研发的按摩器具输入功率测试系统，通过实时读取功率并作图，将庞大的数据量转换为可视化曲线，有利于直观识别代表性期间，能够自动判定计算，极大地降低了测试难度，提高测试结果准确性。

参考文献

[1]赵爽，李峰，岳京松，等.家电产品输入功率标准测试方法研究[J].家电科技，2014（11）：36-38.

[2]董磊.IEC 60335-1第5.1版中输入功率测试的探讨[J].家电科技，2016（9）：36-37.