CN101275987A - 一种设备测试***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信领域，提供了一种设备测试***及方法。所述方法包括以下步骤：A.被测试设备将其在运行过程中采集到的性能数据发送至无线通信设备；B.无线通信设备通过无线传输方式将所述性能数据转发给数据处理设备；C.数据处理设备对所述性能数据进行分析，得到当次运行参数并在本地保存；D.无线通信设备通过无线传输方式将所述当次运行参数反馈至被测试设备，并重复执行步骤A至C；E.数据处理设备对每一次的运行参数进行比较，并判断所述被测试设备的最佳运行参数。由上可知，本发明在进行设备测试的过程中，与现有技术的区别在于对数据采用无线自动收发的方式，结合独立的数据处理设备分析计算，使得测试效率更高。

Description

一种设备测试***及方法
技术领域
本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种设备测试***及方法。
背景技术
目前电子设备在研发阶段一般都需要进行设备测试，并根据测试结果利用调试器进行调试，目前的测试方式是：将被测试设备与计算机相连，通过手动输入被测试设备的性能数据，然后根据这些性能数据进行分析以获得最优运行参数。这些性能数据主要是被测试设备在运行过程中得到的数据。例如，若该被测试设备是变频电机，那么这些性能数据为线电流、电压、速度、磁通量等数据；若该被测试设备是搅拌机，那么这些性能数据为速度及其变化率、超调量及超调时间等可以测得的数据。现有多种控制方式来执行该测试，包括模糊控制、比例积分微分(Proportional-Integral-Differential，PID)控制、专家控制等，但不论是何种控制方式，都需要经验积累才能得到最优参数。
当前主要是采用自适应算法进行调试，而自适应算法计算起来比较复杂，由于单片机运算能力的缺陷，导致运算效率太低，***获取经验数据的速度较慢。另外，被测试设备一般需要与计算机相连，这在某些不适合放置计算机的情况下会造成测试的困难，使得这种测试方式的应用范围受到限制。
因此需要一种新的设备测试方法，提高电子设备的测试效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设备测试***，旨在解决现有技术进行设备测试时存在的测试效率低下的问题。
本发明的目的还在于提供一种设备测试方法，以更好地解决现有技术中存在的上述问题。
为了实现发明目的，所述设备测试***包括被测试设备、数据处理设备，还包括与所述被测试设备和数据处理设备分别以无线方式进行数据交互的无线通信设备，其接收被测试设备在运行过程中采集的性能数据，并转发至数据处理设备进行数据分析。
优选地，所述被测试设备进一步包括数据采集模块，及与所述无线通信设备相匹配的通信接口；
所述数据采集模块采集被测试设备在运行时的性能数据，并将所述性能数据通过通信接口按照通信协议发送至无线通信设备。
优选地，所述无线通信设备进一步包括无线收发模块、数据处理模块和通信接口；
所述无线收发模块用于将被测试设备发送的性能数据输入数据处理模块；
所述数据处理模块对所述性能数据进行数据分类和数据处理；
所述通信接口用于建立被测试设备与所述数据处理模块间的通信连接。
优选地，所述无线收发模块是射频天线，所述数据处理模块是微控制器。
优选地，所述数据处理设备进一步包括无线收发模块、数据转换模块、参数计算模块、数据存储模块和统计对比模块；
所述无线收发模块与无线通信设备进行数据交互，包括接收被测试设备多次发送的性能数据，并反馈数据处理设备计算得到的每一次的运行参数，以及反馈最佳运行参数；
所述数据转换模块用于对无线收发模块接收或发送的数据进行转换；
所述参数计算模块用于根据接收到的性能数据进行分析，计算得到每一次的运行参数；
所述数据存储模块存储所述每一次的运行参数；
所述统计对比模块与数据存储模块相连，用于对所述每一次的性能数据及对应的运行参数进行比较，并判断最佳运行参数。
为了更好地实现发明目的，还提供了一种进行设备测试的方法，包括以下步骤：
A.被测试设备将其在运行过程中采集到的性能数据发送至无线通信设备；
B.无线通信设备通过无线传输方式将所述性能数据转发给数据处理设备；
C.数据处理设备对所述性能数据进行分析，得到当次运行参数并在本地保存；
D.无线通信设备通过无线传输方式将所述当次运行参数反馈至被测试设备，并重复执行步骤A至C；
E.数据处理设备对每一次的运行参数进行比较，并判断所述被测试设备的最佳运行参数。
优选地，所述步骤A中性能数据的数据帧包含测试编码，所述测试编码包括设备类型帧、分析类型帧和测试数据段。
优选地，所述步骤B中的无线传输方式包括蓝牙传输、红外传输、紫蜂传输。
优选地，所述步骤C中，数据处理设备采用卡尔曼滤波对所述性能数据进行滤波处理，并利用遗传算法或者通过神经网络对所述性能数据进行分析。
优选地，所述步骤E中，数据处理设备以图表方式或X-Y平面曲线方式反映每一次的性能数据及对应的运行参数，并进行比较。
由上可知，本发明在进行设备测试的过程中，与现有技术的区别在于对数据采用无线收发的方式，结合独立的数据处理设备，以其强大的性能代替计算能力较弱的被测试设备处理器自动进行高精度的分析计算，使得测试效率更高、效果更好；另外，收发的数据帧采用通用的测试编码，使本***能对各种类型的电子设备进行测试，应用范围更广。
附图说明
图1是本发明中设备测试***的结构图；
图2是本发明的一个实施例中设备测试***的结构图；
图3是本发明中进行设备测试的方法流程图；
图4是本发明的一个实施例中根据性能数据计算运行参数时所采用的Z-N法PID自整定经验表；
图5是本发明的一个实施例中用于记录被测试设备的实际运行参数的波形图表。
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以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明中，被测试设备通过一个无线通信设备与独立的数据处理设备进行数据交互，可将其每次运行时得到的性能数据发送到该数据处理设备进行计算分析，并在接收数据处理设备反馈的运行参数后再次运行，上报新的性能数据，如此往复多次，由数据处理设备保存每一次的运行参数，然后进行对比分析，得到该被测试设备的最佳运行参数。由于本发明对数据采用无线自动收发的方式，并结合独立的数据处理设备分析计算，使得测试效率更高。
图1示出了本发明中设备测试***的结构，该***包括被测试设备100、无线通信设备200和数据处理设备300。应当说明的是，本发明所有图示中各设备之间的连接关系是为了清楚阐释其信息交互及控制过程的需要，因此应当视为逻辑上的连接关系，而不应仅限于物理连接。其中：
(1)被测试设备100可以是多种电子设备，例如变频电机、搅拌机等。其包含一段测试程序，用于在运行过程中采集性能数据，并通过某种通信方式传输给无线通信设备200。这些性能数据是被测试设备100运行时得到的数据：如果是变频电机，则为线电流、电压、速度、磁通量等数据；如果是搅拌机，一般只有速度及其变化率、超调量及超调时间等可以测得的数据。
在一个示例方案中，如图2所示，被测试设备100进一步包括数据采集模块101和通信接口102：
数据采集模块101采集被测试设备100在运行时的性能数据，并输入通信接口102。在一个实施例中，数据采集模块101由传感器和微控制器(Micro ControllerUnit，MCU)所组成，当然本发明并不限定为该实现方式。性能数据的数据帧可以指示设备类型、需要进行测试的类型等，在一个实施例中，数据帧包含一个测试编码，由至少三部分组成，即：设备类型帧、分析类型帧和测试数据段，当然本发明并不限定为该实现方式。在一个实施例中，数据采集模块101是传感器，例如霍尔传感器或其它速度传感器等。被测试设备100若为搅拌机，当通过霍尔传感器或其它速度传感器采样速度值，观察这些速度值及其变化率、时间，可以得到电机速度、变化率、超调量、超调时间这类参数。若为变频洗衣机，可以采用霍尔传感器采样电机速度，用电流互感器采样电流、电压来自线电压，容易得到。数据采集模块101在不对被测试设备100本身功能做出影响的情况下将测试数据发送出去并接收回馈的信号。在一个实施例中，数据采集模块101的MCU处理完电机驱动后，在空闲阶段将采集到的速度、加速度、超调量、超调时间由通信接口102发送至无线通信设备200，在转送至数据处理设备300上。
通信接口102将所述性能数据发送至无线通信设备200，以及接收无线通信设备200反馈的运行参数。在一个实施例中，通信接口102是以串口形式和无线通信模块进行通信，通信接口102为6脚(包括RXD、TXD、CTS、RTS、VDD、GND)，接口形式为接插件。
(2)无线通信设备200接收被测试设备100在运行过程中采集的性能数据，并转发至数据处理设备300进行数据分析。
在一个示例方案中，如图2所示，无线通信设备200进一步包括无线收发模块201、数据处理模块202和通信接口203：
无线收发模块201用于将被测试设备100发送的性能数据输入数据处理模块202。在一个实施例中，无线收发模块201是RF，与被测试设备100中的通信接口102进行数据交互，其无线传输方式包括蓝牙传输、红外传输、紫蜂(ZigBee)传输等。
数据处理模块202对所述性能数据进行数据分类，以及进行必要的数据处理。在一个实施例中，该数据处理模块202是MCU。
通信接口203用于建立被测试设备100与所述数据处理模块202间的通信连接，被测试设备100在MCU空闲阶段采用串口或自制协议与无线通信设备200通信，该无线通信设备200是通过接插件的形式连接至被测试设备100上，和传统的传感器网络结构不同。无线通信模块可以从被测试设备100上拔除，以减小被测试设备100功能部分的体积。
在一个实例中，无线通信设备200通过6脚插针连接至被测试设备100的6脚插座上，在连接上时被测试设备100执行收发程序，最终通过数据处理设备300得到高精度的***模型或最优PID值；在无线通信设备200拔除后，被测试设备100不执行收发程序，转而执行计算时间短但精度低的***模型观测或PID自整定程序，同时无线通信设备200拔除后仍可执行路由器功能，将无线数据转发以满足某些无线通信距离过长的情况。在一个实施例中，该***是由被测试设备100、接插在其上的无线通信设备200，及与无线通信设备200同结构的无线路由设备和数据处理设备300构成。
(3)数据处理设备300用于进行数据处理，包括接收被测试设备100发送的性能数据，根据这些性能数据计算出当次的运行参数，并将当次的运行参数反馈至被测试设备100再次运行，如此循环，最后将所存储的各次的运行参数进行对比分析，确定最佳运行参数。该数据处理设备300典型的可为个人计算机(Personal Computer，PC)
在一个示例方案中，如图2所示，数据处理设备300进一步包括无线收发模块301、数据转换模块302、参数计算模块303、数据存储模块304和统计对比模块305；
无线收发模块301用于与无线通信设备200进行数据交互，包括接收被测试设备100多次发送的性能数据，并反馈数据处理设备300计算得到的每一次的运行参数，以及反馈最佳运行参数。
数据转换模块302用于无线收发模块301所收发的数据进行转换。在一个实施例中，无线收发模块301是ZigBee通信方式，数据处理设备300总控制器是个人计算机，数据转换模块302将ZigBee数据转换为USB数据，以使PC能够接受和识别这些数据。数据处理模块202在此实例中定义为USB-ZigBee适配器。
参数计算模块303用于根据接收到的性能数据进行分析，计算得到每一次的运行参数。在一个实施例中，该参数计算模块303采用遗传算法或者通过神经网络对数据进行分析，分析结果是运行参数，例如PID参数。
该步骤具体包括：(1)数据处理设备300根据接收到的数据格式识别设备类型、要求分析的功能，如PID参数获取、电机内部参数获取等；(2)将得到的实际参数当作变量加入到PID参数自整定程序或参数识别程序中，根据用户需要的规则(性能最优、时间最优等)计算出需要的PID参数或电机内部参数；(3)保存记录，包括当前时间、来自测试设备的数据、运算得出的结论数据等，并发送给被测试设备100用于下次调试。
关于步骤(2)中具体的算法，以PID自整定为例，采用最简单的Z-N法PID自整定。接收到的数据格式中：设备类型为搅拌机，分析方法为Z-N法PID自整定，实际数据为速度、速度变化率、临界振荡周期、超调量、超调时间，其中最后两者反映了PID参数的性能，不需要参与计算，但必须记录。对于PID***，即去掉微分和积分作用，只保留比例控制作用，当选定合适的采样周期后T后，令kp从零逐渐增大。直至***阶跃响应呈现持续的等幅振荡为止。记下临界振荡周期Tu。再按Z-N经验表给出的经验公式确定kp、Ki、kd。见附图4，其中δ＝1/kp，δk＝1/ku，最终得到的Ki＝kp/Ti，kd＝kp*Td。这是最简单的pid自整定方式，另外还有模糊PID自整定等方式，此处不做赘述。
数据存储模块304存储每一次的运行参数。在一个实施例中，数据存储模块304将每次接收的性能数据、分析过程及结果以报表形式存储在本地。
在一个实施例中，数据存储模块304将每次接收的性能数据、分析过程及结果以报表形式存储在本地。本发明所称的报表包括波形图表和表格，其中波形图表记录被测试设备100的实际运行参数，如电机速度时间关系曲线，如附图5。表格记录接收和发送的数据并作性能对比，如下表所示：
时间 设备类型   要求分析形式   实际数据   计算得到数据 性能数据   性能与上次数据对比变化
  2008.4.1511:22 搅拌机   模糊PID自整定   速度1520，速度变化率15 Kp：1.2Ki：0.6Kd：0.8 超调量350，超调时间1ms /
  2008.4.1511:24 搅拌机   模糊PID自整定   速度1510，速度变化率10 Kp：1.1Ki：0.7Kd：0.9 超调量220，超调时间1.2s   超调量减少130，超调时间增加0.2ms，性能评估优化1％
  2008.4.15   搅拌机   Z-N法   速度   Kp：1.3  超调量   超调量增加
  11:26   PID自整定   1540，速度变化率40   Ki：1.1Kd：0.7   400超调时间1.4s   180，超调时间增加0.2s，性能评估优化-10％
统计对比模块305与数据存储模块304相连，用于对每一次的运行参数进行比较，并判断最佳运行参数。在一个实施例中，统计对比模块305将各次数据以图表方式或X-Y平面曲线方式反映出来，根据规则进行对比并判定何种运行参数更优。如第一次PID自整定的测试结果为超调量增加130，超调时间增加0.2ms，则性能参数比较为k1*130+k2*(-0.2)，k1和k2是用户自己定义的规则，可以为超调时间最优化，也可以为超调量优化规则，根据此规则算出本次数据与上次数据的性能是上升还是下降。
图3示出了本发明中进行设备测试的方法流程，该方法流程基于图1、图2所示的***结构，具体过程如下：
在步骤S301中，被测试设备100将其在运行过程中采集到的性能数据发送至无线通信设备200。这些性能数据是被测试设备100运行时得到的数据：如果是变频电机，则为线电流、电压、速度、磁通量等数据；如果是搅拌机，一般只有速度及其变化率、超调量及超调时间等可以测得的数据。性能数据的数据帧可以指示设备类型、需要进行测试的类型等，在一个实施例中，数据帧包含一个测试编码，由至少三部分组成，即：设备类型帧、分析类型帧和测试数据段。
在上述步骤中，本发明可通过传感器来采集这些性能数据，例如霍尔传感器或其它速度传感器等。被测试设备100若为搅拌机，当通过霍尔传感器或其它速度传感器采样速度值，观察这些速度值及其变化率、时间，可以得到电机速度、变化率、超调量、超调时间这类参数。若为变频洗衣机，可以采用霍尔传感器采样电机速度，用电流互感器采样电流、电压来自线电压，容易得到。
在步骤S302中，无线通信设备200通过无线传输方式将所述性能数据转发给数据处理设备300。在一个实施例中，无线传输方式包括蓝牙传输、红外传输、ZigBee或普通的2.4G无线传输等。其中蓝牙的应用距离过近，因此一般可以使用如ZigBee或普通的2.4G无线传输，应用距离比较远，比如在办公室内都可以检测和调试几十米外的被测试设备100。
在步骤S303中，数据处理设备300对所述性能数据进行分析，得到当次运行参数并在本地保存。在本发明中，数据处理设备300采用遗传算法或者通过神经网络对所述性能数据进行分析。该步骤具体包括：(1)数据处理设备300根据接收到的数据格式识别设备类型、要求分析的功能，如PID参数获取、电机内部参数获取等；(2)将得到的实际参数当作变量加入到PID参数自整定程序或参数识别程序中，根据用户需要的规则(性能最优、时间最优等)计算出需要的PID参数或电机内部参数；(3)保存记录，包括当前时间、来自测试设备的数据、运算得出的结论数据等，并发送给被测试设备100用于下次调试。
关于步骤(2)中具体的算法，以PID自整定为例，采用最简单的Z-N法PID自整定。接收到的数据格式中：设备类型为搅拌机，分析方法为Z-N法PID自整定，实际数据为速度、速度变化率、临界振荡周期、超调量、超调时间，其中最后两者反映了PID参数的性能，不需要参与计算，但必须记录。对于PID***，即去掉微分和积分作用，只保留比例控制作用，当选定合适的采样周期后T后，令kp从零逐渐增大。直至***阶跃响应呈现持续的等幅振荡为止。记下临界振荡周期Tu。再按Z-N经验表给出的经验公式确定kp、Ki、kd。见附图4，其中δ＝1/kp，δk＝1/ku，最终得到的Ki＝kp/Ti，kd＝kp*Td。这是最简单的pid自整定方式，另外还有模糊PID自整定等方式，此处不做赘述。
在一个实施例中，数据处理设备300将每次接收的性能数据、分析过程及结果以报表形式存储在本地。本发明所称的报表包括波形图表和表格，其中波形图表记录被测试设备100的实际运行参数，如电机速度时间关系曲线，如附图5。表格记录接收和发送的数据并作性能对比，如下表所示：
时间 设备类型   要求分析形式   实际数据   计算得到数据 性能数据   性能与上次数据对比变化
  2008.4.1511:22 搅拌机   模糊PID自整定   速度1520，速度变化率15 Kp：1.2Ki：0.6Kd：0.8 超调量350，超调时间1ms /
  2008.4.15   搅拌机   模糊   速度   Kp：1.1  超调量   超调量减少
  .11:24   PID自整定   1510，速度变化率10   Ki：0.7Kd：0.9   220，超调时间1.2s   130，超调时间增加0.2ms，性能评估优化1％
2008.4.1511:26 搅拌机   Z-N法PID自整定   速度1540，速度变化率40 Kp：1.3Ki：1.1Kd：0.7   超调量400超调时间1.4s   超调量增加180，超调时间增加0.2s，性能评估优化-10％
在步骤S304中，无线通信设备200通过无线传输方式将所述当次运行参数反馈至被测试设备100，并重复执行步骤S301至S303。
在步骤S305中，数据处理设备300对每一次的运行参数进行比较，并判断所述被测试设备100的最佳运行参数。在一个实施例中，统计对比模块305将各次数据以图表方式或X-Y平面曲线方式反映出来，根据规则进行对比并判定何种运行参数更优。如第一次PID自整定的测试结果为超调量增加130，超调时间增加0.2ms，则性能参数比较为k1*130+k2*(-0.2)，k1和k2是用户自己定义的规则，可以为超调时间最优化，也可以为超调量优化规则，根据此规则算出本次数据与上次数据的性能是上升还是下降。
根据以上所述可知，本发明通过PC机强大的性能快速得到可靠的PID参数或设备参数模型，而单片机本身的性能不足以做过于复杂的分析，如计算复杂的自整定速度时会偏慢，效率低下。无线方式则使测试***易于管理，可以将设备放置在特殊测试环境下测试而开发人员依然能够监测此***工作情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种设备测试***，包括被测试设备、数据处理设备，其特征在于，还包括与所述被测试设备和数据处理设备分别以无线方式进行数据交互的无线通信设备，其接收被测试设备在运行过程中采集的性能数据，并转发至数据处理设备进行数据分析。
2、根据权利要求1所述的设备测试***，其特征在于，所述被测试设备进一步包括数据采集模块，及与所述无线通信设备相匹配的通信接口；
所述数据采集模块采集被测试设备在运行时的性能数据，并将所述性能数据通过通信接口按照通信协议发送至无线通信设备。
3、根据权利要求1所述的设备测试***，其特征在于，所述无线通信设备进一步包括无线收发模块、数据处理模块和通信接口；
所述无线收发模块用于将被测试设备发送的性能数据输入数据处理模块；
所述数据处理模块对所述性能数据进行数据分类和数据处理；
所述通信接口用于建立被测试设备与所述数据处理模块间的通信连接。
4、根据权利要求3所述的设备测试***，其特征在于，所述无线收发模块是射频天线，所述数据处理模块是微控制器。
5、根据权利要求1所述的设备测试***，其特征在于，所述数据处理设备进一步包括无线收发模块、数据转换模块、参数计算模块、数据存储模块和统计对比模块；
所述无线收发模块与无线通信设备进行数据交互，包括接收被测试设备多次发送的性能数据，并反馈数据处理设备计算得到的每一次的运行参数，以及反馈最佳运行参数；
所述数据转换模块用于对无线收发模块接收或发送的数据进行转换；
所述参数计算模块用于根据接收到的性能数据进行分析，计算得到每一次的运行参数；
所述数据存储模块存储所述每一次的运行参数；
所述统计对比模块与数据存储模块相连，用于对所述每一次的性能数据及对应的运行参数进行比较，并判断最佳运行参数。
6、一种根据权利要求1所述***进行设备测试的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A.被测试设备将其在运行过程中采集到的性能数据发送至无线通信设备；
B.无线通信设备通过无线传输方式将所述性能数据转发给数据处理设备；
C.数据处理设备对所述性能数据进行分析，得到当次运行参数并在本地保存；
D.无线通信设备通过无线传输方式将所述当次运行参数反馈至被测试设备，并重复执行步骤A至C；
E.数据处理设备对每一次的运行参数进行比较，并判断所述被测试设备的最佳运行参数。
7、根据权利要求6所述的设备测试方法，其特征在于，所述步骤A中性能数据的数据帧包含测试编码，所述测试编码包括设备类型帧、分析类型帧和测试数据段。
8、根据权利要求6所述的设备测试方法，其特征在于，所述步骤B中的无线传输方式包括蓝牙传输、红外传输、紫蜂传输。
9、根据权利要求6所述的设备测试方法，其特征在于，所述步骤C中，数据处理设备采用卡尔曼滤波对所述性能数据进行滤波处理，并利用遗传算法或者通过神经网络对所述性能数据进行分析。
10、根据权利要求6所述的设备测试方法，其特征在于，所述步骤E中，数据处理设备以图表方式或X-Y平面曲线方式反映每一次的性能数据及对应的运行参数，并进行比较。
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