一種數據可視化的按摩器具輸入功率測試系統

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》關于輸入功率的測試要求。按照標準規定，基于智能儀器開發一款測試系統。該系統能夠實時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果。

關鍵詞：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，要求在穩態條件下測試輸入功率。按摩器具作為一種新型家電產品，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，不具備穩態條件。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，對應特征一，判定以實時值作為結果。

值得一提的是，由于大多數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）并計入數組P，單個模式總運行時長20 s。

根據表4，模式C輸入功率變化無規律，把1～20測試點看成一個代表性期間。算術平均值5.6 W，2倍算術平均值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，對應特征四，按P（3）、P（4）、P（5）、P（6）數據從大到小降序排列后取第3大的數P（5）或P（4）為結果，判定輸入功率為16 W。

根據表5，模式D輸入功率變化具備一定規律，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，算術平均值12 W，2倍算術平均值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，對應特征四，按P（9）、P（13）、P（17） 數據從大到小降序排列后取第2大的數P（13）為結果，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時間。目前，國內檢驗機構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據量太大、測試周期太久）。

2 數據可視化測試系統

為實現IEC 60335-1（ED5.1）規定的輸入功率測試方法，筆者基于智能數字功率計，使用Visual Basic編程語言開發了一套數據可視化的按摩器具輸入功率測試系統（如圖1所示）。該系統在主控機上運行，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呈現，達到數據可視化，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果。

2.1 關鍵控件參數設置

主控機與功率計使用RS-232轉USB串口方式通信。

系統MSComm串口控件設置如下：波特率：115200、校驗位：無;數據位：8;停止位：1。

系統依靠Timer定時器控件完成功率讀取和作圖功能，定時器設置如下（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，F為測試總次數。假設測試間隔0.1 s，總時長5 min，則測試總次數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為測試次數代表橫軸，P數組為測試數據代表縱軸。P（N）為該次測量功率值，在前一條MSComm.Output詢問指令發出后由MSComm.CommEvent事件響應立即得到回復，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 系統運行流程和數據處理算法

系統運行過程大致如下：

測試前，設置系統測試間隔和總時長。測試間隔一般設置為100 ms，測試總時長根據標準規定及產品自聲明。

啟動運行，系統每100 ms間隔讀取一次按摩器具輸入功率并存入數組，同時畫出對應數據曲線。隨著測試周期完結，整個周期內的輸入功率波動曲線完整呈現。

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，系統會根據左/右邊界線所在點位的時刻，計算2點時刻間所有數據的算術平均值，并統計大于2倍算術平均值的數據個數。

將統計數據與4個特征相匹配，對應到特征后就使用相應測試方法，顯示計算結果。

系統數據處理算法與IEC 60335-1（ED5.1）規定完全一致，如圖2所示。

2.3 系統特點

系統能夠顯示實時輸入功率、剩余測試周期、最大輸入功率等。曲線動態作畫使無論數據變化多么劇烈都不會超出軟件邊界，在測試周期完結后系統會將所有數據存入TXT文件放在指定文件夾內方便查閱和比對。

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、對應功率、代表性期間的點位統計、期間均值、推薦取值測試方法、測試結果等都由系統自動給出，僅需操作2根光標左右移動即可（如圖3所示）。

數字功率計通過計量，測試精度高。數據處理算法嚴格按照IEC 60335-1（ED5.1）規定，測試過程中對數據不作任何修改，保證了結果的準確性和試驗的復現性。經驗證，系統測試數據不存在遺漏、延遲、錯位等現象，證實系統可靠性遠高于人工。

3 結語

筆者研發的按摩器具輸入功率測試系統，通過實時讀取功率并作圖，將龐大的數據量轉換為可視化曲線，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，提高測試結果準確性。

參考文獻

[1]趙爽，李峰，岳京松，等.家電產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.