CN115902387B

CN115902387B - 负荷辨识模组的测试工装及测试方法

Info

Publication number: CN115902387B
Application number: CN202310114044.6A
Authority: CN
Inventors: 邓雪姣; 郑栩展; 赵军
Original assignee: Beijing Zhixiang Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Zhixiang Technology Co Ltd
Priority date: 2023-02-15
Filing date: 2023-02-15
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2043-02-15
Also published as: CN115902387A

Abstract

本发明涉及智能用电领域，提供一种负荷辨识模组的测试工装及测试方法，测试工装包括：测试控制器和接口转换板，测试控制器用于通过接口转换板控制至少一个负荷辨识模组执行测试项；测试控制器包括通用输入输出接口、串行外设接口和通用串行接口，接口转换板用于将通用串行接口转换为异步串行接口并连接负荷辨识模组。本发明的测试工装简化了测试系统结构，降低了成本和能耗，并实现了同时测试多路模组，适用于非介入式负荷辨识模组的研发验证与批量生产抽检。

Description

负荷辨识模组的测试工装及测试方法

技术领域

本发明涉及智能用电技术领域，尤其涉及一种负荷辨识模组的测试工装及测试方法。

背景技术

非介入式负荷辨识模组是一类智能物联电能表的扩展模组，其应具备的负荷辨识、协议通信、结果保存、远程升级等诸项功能，在研制与生产过程中都具有大量验证性测试需求。评价非介入式负荷辨识模组性能的重点在于负荷辨识算法的准确率，需要尽可能多地测试各种用电设备类别。

现有对非介入式负荷辨识模组进行测试的方案大多存在系统复杂、成本和能耗较高的问题，部分测试装置对于多个模组进行批量测试时可能存在精度损失等缺点。

发明内容

本发明提供一种负荷辨识模组的测试工装及测试方法，用以解决现有技术中对多个模组进行批量测试时可能存在精度损失的缺陷，实现了同时测试多路模组，适用于非介入式负荷辨识模组的研发验证与批量生产抽检。

本发明提供一种负荷辨识模组的测试工装，包括：测试控制器和接口转换板，所述测试控制器用于通过所述接口转换板连接至少一个负荷辨识模组执行测试项；

所述测试控制器包括通用输入输出接口、通用串行接口和串行外设接口，所述接口转换板用于将所述通用串行接口转换为异步串行接口并连接所述负荷辨识模组；

所述通用输入输出接口用于确定执行所述测试项的负荷辨识模组为接入模组；

所述串行外设接口用于向所述接入模组通过时分复用发送不同的负荷波形文件；

所述通用串行接口和所述异步串行接口用于与所述接入模组通信。

根据本发明提供的一种负荷辨识模组的测试工装，所述测试控制器包括测试下位机和存储器；

所述存储器用于存储所述测试项的配置文件和所述负荷辨识模组的配置参数；

所述测试下位机用于根据触发信号和所述存储器存储的所述配置文件和所述配置参数，通过所述接口转换板控制所述负荷辨识模组执行所述测试项。

根据本发明提供的一种负荷辨识模组的测试工装，所述测试项包括所述负荷辨识模组的基本功能测试和所述负荷辨识模组的负荷辨识功能测试。

本发明还提供一种负荷辨识模组的测试方法，用于通过所述的负荷辨识模组的测试工装，控制至少一个负荷辨识模组执行测试项，所述测试方法包括：

所述测试控制器通过通用输入输出接口向所述至少一个负荷辨识模组发送重置信号，并通过所述通用输入输出接口接收所述至少一个负荷辨识模组的反馈的到位信号，确定接入模组；

所述测试控制器通过通用串行接口与所述接入模组建立通信；

所述测试控制器通过时分复用的串行外设接口向所述接入模组发送所述不同的负荷波形文件；

所述测试控制器通过所述通用串行接口接收所述接入模组的负荷辨识结果，并基于所述负荷辨识结果确定所述负荷波形文件的辨识准确度，生成测试报表。

根据本发明提供的一种负荷辨识模组的测试方法，所述测试项包括所述负荷辨识模组的负荷辨识功能测试，或者还包括所述负荷辨识模组的基本功能测试。

根据本发明提供的一种负荷辨识模组的测试方法，所述测试控制器通过通用串行接口与所述接入模组建立通信，包括：

向所述接入模组发起模组列表读取请求，并基于所述接入模组的应答完成握手；

接收所述接入模组的时钟同步请求，向所述接入模组下发时钟；

接收所述接入模组的参数下发请求，向所述接入模组发送所述存储器存储的所述接入模组的配置参数。

根据本发明提供的一种负荷辨识模组的测试方法，在所述测试项包括所述基本功能测试的情况下，所述测试控制器通过所述通用串行接口依次执行任一种基本功能测试任务及其组合，接收所述接入模组的应答结果并写入测试报表；

所述基本功能测试任务包括：

软件标识读取、模组硬件标识读取、校时事件、升级事件、校时事件读取、升级事件读取、清零事件和清零事件读取。

根据本发明提供的一种负荷辨识模组的测试方法，所述测试控制器通过时分复用的串行外设接口向所述接入模组发送所述不同的负荷波形文件，包括：

从所述存储器中读取原始负荷数据；

对所述原始负荷数据依次执行数据插值和数据帧编码，得到所述负荷波形文件；

基于预设周期分时复用所述串行外设接口，向所述接入模组发送所述不同的负荷波形文件。

根据本发明提供的一种负荷辨识模组的测试方法，所述基于所述负荷辨识结果确定所述负荷波形文件的辨识准确度，包括：

基于所述接入模组的电器种类、开关次数、功率和电量的识别结果和所述接入模组对应的负荷波形文件发送起止时间，确定所述负荷辨识结果；

基于所述原始负荷数据中的真实负荷信息与所述负荷辨识结果，确定所述负荷波形文件的辨识准确度。

根据本发明提供的一种负荷辨识模组的测试方法，所述负荷波形文件单一用电设备的辨识准确度采用式1确定：

式1

其中，

为第i个用电设备的负荷辨识准确率，/>

为负荷波形文件中第i个用电设备辨识分项电量，/>

为原始负荷数据中第i个用电设备真实分项电量，/>

为用电设备类型系数。

本发明提供的一种负荷辨识模组的测试工装及测试方法，测试工装通过设计了测试控制器和所述接口转换板，能将录波数据数字量按照计量模组到非介入式负荷辨识模组输出原始波形通信格式编码后发送至非介入式负荷辨识模组，并控制至少一个负荷辨识模组执行测试项，简化了模组测试系统的结构，降低了成本和能耗，并实现了同时测试多路模组，适用于非介入式负荷辨识模组的研发验证与批量生产抽检。利用测试控制器串行外设接口分时复用，以低廉的开销实现了多路被测模组同时测试不同录波数据的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的负荷辨识模组的测试工装的结构示意图之一；

图2是本发明实施例提供的负荷辨识模组的测试工装的结构示意图之二；

图3是本发明实施例提供的负荷辨识模组的测试方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的测试控制器软件主进程流程图；

图5是本发明实施例提供的测试控制器软件串口收发进程流程图；

图6是本发明实施例提供的测试控制器软件负荷波形数据下发进程流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图2描述本发明实施例的负荷辨识模组的测试工装，如图1所示，工装包括：测试控制器120和接口转换板110，测试控制器120用于通过接口转换板110连接至少一个负荷辨识模组130执行测试项；

所述测试控制器120包括通用输入输出接口111、串行外设接口112和通用串行接口113，所述接口转换板110用于将所述通用串行接口113转换为异步串行接口114并连接所述负荷辨识模组；

通用输入输出接口111用于确定执行测试项的负荷辨识模组为接入模组；

串行外设接口112用于向接入模组通过时分复用发送不同的负荷波形文件；

通用串行接口113和异步串行接口114用于与接入模组通信。

需要说明的是，测试控制器中运行测试软件，按照固定流程同时与多个模组进行串口指令交互、发送测试数据。接口转换板向测试控制器及最多4个被测模组提供5V电源，为测试控制器扩充多路异步串口，并转接所有从测试控制器到被测模组的通用输入输出、串行外设接口、异步串口等信号线。

此外，需要说明的是，测试控制器包括、通用串行接口（通用串行总线）和串行外设接口，被测模组包括对应的通用输入输出接口、串行外设接口和异步串行接口，接口转换板包含一个转换芯片，将控制器的通用串行接口转为8路异步串行接口，对于通用输入输出接口和串行外设接口则相当于导线延长线，对测试控制器上的信号起到集成和重新分配至4个模组各接口的作用。

作为示例的，测试控制器通过铜柱固定在接口转换板上并通过2×20双排插孔接口连接信号，形成一体。接口转换板的主要作用是为测试控制器和被测模组提供5V电源、为测试控制器扩展出额外的8路异步串口、提供4个2×6双排插孔接口以连接被测模组。接口转换板由底板、1个220V交流转5V直流电源、1个通用串行总线转8个异步串口芯片（UART）、多路通用输入输出（General-purpose input/output，GPIO）、1路标准串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）及相关外围电路构成。

本发明实施例的测试工装能用于非介入式负荷辨识模组的研发验证与批量生产抽检，整个测试工装仅包含一体化的测试控制器和转换板，220V供电，即插即用，结构简单、成本低、能耗小，数据还原度高，自动化程度高。并可兼容单相与三相非介入式负荷辨识模组测试，可同时进行多路不同录波数据测试，加快了研发验证过程中的算法优化验证。

可以理解的是，测试控制器120包括测试下位机121和存储器123；

存储器用于存储测试项的配置文件和负荷辨识模组的配置参数；

测试下位机用于根据触发信号和存储器存储的配置文件和配置参数，通过接口转换板控制负荷辨识模组执行测试项。

需要说明的是，本发明实施例中无需上位机和下位机的交互，将上下位机综合为测试下位机，无需上位机实时发送控制信号，通过下位机自带的存储器可以将参数、测试过程的指令和配置信息等存储在工装内，仅需一个触发信号即可自动实现测试。

具体的，测试下位机为具备多种接口资源的微型主机，自带一定存储空间用于存储录波数据，其接口包括4个通用串行总线接口、多路GPIO，1路标准SPI。其中1个通用串行总线接口用于通过接口转换板扩展为8个异步串口，另外的通用串行总线接口可用于扩展存储空间。

可以理解的是，测试项包括负荷辨识模组的基本功能测试和负荷辨识模组的负荷辨识功能测试。

需要说明的是，本发明实施例的测试工装一改传统测试系统只能对负荷识别功能进行测试的单一情况，在存储器的测试项配置文件中，根据实际需求可以添加各种测试项来实现对不同基础功能的测试，例如，软件标识读取、模组硬件标识读取、校时事件、升级事件、校时事件读取、升级事件读取、清零事件、清零事件读取，保存模组应答结果并写入测试结果报表。通过设计不同的测试项，实现了测试工装功能多样化，既可以测试模组基础功能，也可以测试负荷辨识的准确率。

而执行负荷辨识功能测试时，测试工装读取自身存储区或外部存储介质中读取负荷波形文件数据集，按次序对每个文件执行负荷波形数据读取、数据插值、数据帧编码，并严格按照预设周期发送至被测模组，四个模组分别具有不同的文件存储区，在预设周期分时复用SPI的数据线和时钟线，四路通用输出作为独立的SPI数据片选信号分别发出，使工装具有同时向四路模组发送不同负荷波形文件的能力。

需要说明的是，如图2所示，本发明实施例中，接口转换板上还连接220V交流电源，在接口转换板处转换为5V直流电源并分别给测试下位机及模组供电。测试下位机的通用串行接口偶USB转UART芯片连接多个异步串口从而连接不同模组。除此之外，接口转换板上还设置有指示灯电路，指示灯电路用于指示每一个模组的测试完成情况，当某个模组完成所有测试项时，对应的指示灯亮起提示用户测试完成。

下面结合图3-图6对本发明提供的负荷辨识模组的测试方法进行描述，本方法用于通过如果上述任一实施例的负荷辨识模组的测试工装，控制至少一个负荷辨识模组执行测试项，测试方法包括如下步骤：

步骤301、测试控制器通过通用输入输出接口向至少一个负荷辨识模组发送重置信号，并通过通用输入输出接口接收至少一个负荷辨识模组的反馈的到位信号，确定接入模组；

步骤302、测试控制器通过通用串行接口与接入模组建立通信；

步骤303、测试控制器通过时分复用的串行外设接口向接入模组发送不同的负荷波形文件；

步骤304、测试控制器通过通用串行接口接收接入模组的负荷辨识结果，并基于负荷辨识结果确定负荷波形文件的辨识准确度，生成测试报表。

本发明实施例的测试方法，可以便捷地对非介入式负荷辨识模组所有功能进行测试，包括负荷辨识、协议通信、负荷识别结果冻结等，重点针对其中负荷辨识的准确率进行评估，从而生成测试报表，直观地展示。依托测试工装，本发明的方法可以模拟智能物联电能表/主站与非介入式负荷辨识模组进行交互，采用录波数据组帧后直接发送至介入式负荷辨识模组的方案，使得测试一体化程度高、测试流程简单、灵活。同时，测试控制器串行外设接口分时复用，以低廉的开销实现了多路被测模组同时测试不同录波数据的目的。

具体的，负荷辨识模组的完整被测流程包括：

步骤401、将1至4个被测负荷辨识模组接入测试工装，接通测试工装220V交流供电；

步骤402、测试控制器启动并完成初始化，继而完成测试软件初始化、测试项配置文件读取等；

步骤403、测试工装通过模拟量交互完成被测负荷辨识模组的重置、到位确认，建立串口通信；

步骤404、确认测试项的内容，并基于测试项内容进行基本功能测试或者负荷辨识功能测试；

具体的，执行负荷辨识功能测试时，测试控制器从自身或外部存储器中读取负荷波形文件数据集，按照指定分辨率插值并组成模组可解码的数据帧，将所有被测负荷波形数据依次通过SPI发送至接入模组；

步骤405、所有负荷波形文件发送完毕后，从模组读取负荷辨识结果，并计算各文件辨识准确度，生成测试报表；

步骤406、当某个模组完成所有测试项时，对应的指示灯亮起，提示测试完成。

可以理解的是，测试项包括负荷辨识模组的负荷辨识功能测试，或者还包括负荷辨识模组的基本功能测试。

可以理解的是，测试控制器通过通用串行接口与接入模组建立通信，包括：

向接入模组发起模组列表读取请求，并基于接入模组的应答完成握手；

接收接入模组的时钟同步请求，向接入模组下发时钟；

接收接入模组的参数下发请求，向接入模组发送存储器存储的接入模组的配置参数。

需要说明的是，测试工装在开始测试前，会首先拉低对应的通用输出接口对所有模组依次发送重置信号，随后通过通用输入接口确认接入模组数量，仅对接入模组的接口执行对应操作。接入模组确定后，需要建立串口通信，具体的，测试控制器要分别执行握手、时钟同步和配置参数下发三步操作。以此作为基础，本发明实施例可以进行后续的测试项测试任务。

可以理解的是，在测试项包括基本功能测试的情况下，测试控制器通过通用串行接口依次执行任一种基本功能测试任务及其组合，接收接入模组的应答结果并写入测试报表；

基本功能测试任务包括：

需要说明的是，如果需要执行基本功能测试，测试工装依次发起上述基本功能测试任务。

软件标识读取任务：工装通过串口发送软件标识读取指令，模组回复正确的软件标识，工装接收并解析软件标识，并记录至测试报表。硬件标识读取同理。

校时事件任务：工装发送校时指令，模组校正至指定时间，此处与握手时的时钟同步不同，握手时间同步由模组发起，校时由工装发起。

升级事件任务：通过串口对模组发起软件升级，模组返回执行是否成功情况；

清零事件任务：通过串口对模组发起数据清零，模组返回执行成功情况。任意事件读取为读取相应事件发起的历史记录。

除此之外，如果需执行负荷辨识功能测试，需要在完成计量配置参数下发后，测试工装从读取自身存储区或外部存储介质中读取负荷波形文件数据集，按次序对每个文件执行负荷波形数据读取、数据插值、数据帧编码，并严格按照20毫秒的周期发送至被测模组，四个模组分别具有不同的文件存储区，在20毫秒内分时复用SPI的数据线和时钟线，四路通用输出作为独立的SPI数据片选信号分别发出，使工装具有同时向四路模组发送不同负荷波形文件的能力。发送过程中，测试控制器软件会分别记录每路每个负荷波形文件起止时间。

计量配置参数具体是指存储器存储的有关于模组各项基本属性的配置参数。例如，一帧中包含几个点、模组为单向模组或双向模组等。

可以理解的是，测试控制器通过时分复用的串行外设接口向接入模组发送不同的负荷波形文件，包括：

从存储器中读取原始负荷数据；

对原始负荷数据依次执行数据插值和数据帧编码，得到负荷波形文件；

基于预设周期分时复用串行外设接口，向接入模组发送不同的负荷波形文件。

需要说明的是，如果需要执行负荷辨识功能测试，需要在完成计量配置参数下发后，测试工装从读取自身存储区或外部存储介质中读取负荷波形文件数据集，按次序对每个文件执行负荷波形数据读取、数据插值、数据帧编码，并严格按照20毫秒的周期发送至被测模组，四个模组分别具有不同的文件存储区，在20毫秒内分时复用SPI的数据线和时钟线，四路通用输出作为独立的SPI数据片选信号分别发出，使工装具有同时向四路模组发送不同负荷波形文件的能力。发送过程中，测试控制器软件会分别记录每路每个负荷波形文件起止时间。通过四路通用输出有效利用了SPI高速数据传输的特性，节约了硬件资源、节约了成本，减少了线路复杂度。

可以理解的是，基于负荷辨识结果确定负荷波形文件的辨识准确度，包括：

基于接入模组的电器种类、开关次数、功率和电量的识别结果和接入模组对应的负荷波形文件发送起止时间，确定负荷辨识结果；

基于原始负荷数据中的真实负荷信息与负荷辨识结果，确定负荷波形文件的辨识准确度。

需要说明的是，由于发送过程中，测试控制器软件会分别记录每路每个负荷波形文件起止时间。文件列表内的负荷波形数据发送完毕后，软件将读取本次测试时间范围内记录的模组辨识结果，然后根据测试记录的负荷波形文件发送起止时间、读取的结果计算出模组对每个负荷波形文件的负荷辨识结果并保存。将此结果与录制时记录的真实负荷信息对比，按照下文指定的方法进行负荷辨识准确率计算及评价，写入测试结果报表。

可以理解的是，负荷波形文件的单一用电设备的辨识准确度采用式1确定：

式1

其中，

为第i个用电设备的负荷辨识准确率，/>

为负荷波形文件中第i个用电设备辨识分项电量，/>

为原始负荷数据中第i个用电设备真实分项电量，/>

为用电设备类型系数。

需要说明的是，负荷波形文件内容包含单个或多个用电设备负荷波形，模组对负荷波形文件的负荷辨识准确率分数

为所有用电设备辨识准确率的加权和。本发明实施例中，设定了三种计算负荷辨识准确率的大类，以提高识别的严谨性。/>

与模组输出的辨识结果类别有关，当辨识结果为正确具体类别时，/>

=1；辨识结果为正确大类时，/>

=0.8~0.9；辨识结果为未置信类时，/>

=0.4~0.5，且若未置信类最终无正确具体类别刷新，则系数变为0.2；辨识结果为未知类时，/>

=0.2；辨识结果为空时，/>

=0；辨识结果为错误具体类别时，/>

=-1。

本发明实施例的辨识准确度计算方法，通过分情况讨论辨识电量与真实电量的关系，用电设备辨识分项电量超出对应真实分项电量2倍时或该项得分归0，辨识结果不可置信时得分为负，其他情况下按式1第一行计分。加权时，当负荷波形文件辨识总电量超出波形文件真实总电量的5%时总得分直接为0。相比其他厂家计分方式更加严格，当模组辨识结果较差时会给出更低的得分。

负荷波形文件用例下单一用电设备依据用电量占比计算加权系数，计算方法如式2所示：

式2

由此，可计算负荷波形文件用例辨识准确率分数

如式3所示：

式3

特别地，当负荷波形文件辨识总电量超出波形文件真实总电量的5%时，

=0。

为完成本测试流程，设计了相应的测试控制器软件流程。测试控制器完成系统初始化后软件即开始运行。测试控制器软件由一个主进程和两个子进程组成，主进程和子进程直接通过队列通信。软件主进程流程图见图4，主进程主要负责读取配置文件中的测试项、将所有被测模组初始化、完成已配置测试项的设计流程、保存测试结果、指示测试进度等。为了保证串口数据通信的实时性和波形数据发送周期性，软件两个子进程分别为串口收发进程、负荷波形数据下发进程，其流程图见图5和图6。

如图5所示，本发明实施例的串口收发进程至少包括如下步骤：

步骤501、首先对串口初始化；

步骤502、依次检查8个异步串口，每有一个串口等待数据不为空，起用一个100ms的计时器；

步骤503、计时器结束时，读取对应串口上所有数据，并放入读串口队列；

步骤504、判断写串口队列是否非空；

若为空，将队列中的数据通过串口发送至模组，并执行步骤505；

否则，执行步骤505；

步骤505、判断主进程是否结束；

若结束，则关闭所有串口；

否则，返回步骤502。

如图6所示，本发明实施例的负荷波形数据下发进程至少包括如下步骤：

步骤601、SPI初始化；

步骤602、读取数据集内未发送的负荷波形文件及其配置文件；

步骤603、根据配置文件对原始数据乘倍率、进行插值然后组帧；

步骤604、记录发送开始时间；

步骤605、下发SPI数据帧，并判断本文件是否发送结束；

若是，则执行步骤606；

否则，返回执行步骤605；

步骤606、记录发送结束时间，判断当前时间是否为15分钟整；

若是，则执行步骤607；

否则，发送市电电压、0幅值电流数据，并执行步骤607；

步骤607、判断所有数据文件是否下发完毕；

若是，则向主进程发送下发结束信号；

否则，返回执行步骤602。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。