[0003] 本文所描述的实施方式涉及电表，尤其涉及为电表生成模拟波形。

[0004] 电表测量并监控电能。在正常操作模式下，电表连接到配电网和房屋。电表从配电网接收复杂的电力信号(即它们包括谐波、偏移、相移和其他变化)并处理这些信号。为了开发、测试或验证电表功能，通常将电表置于模拟环境中，在模拟环境中，电表可以连接到外部负载箱。负载箱模拟电表连接到配电网时可能接收到的复杂电力信号。这种负载箱通常体积大且昂贵。此外，许多负载箱仅限于为单个电表规格提供信号。

[0014] 通常，在测试和验证电表功能以及在开发新功能和能力时，需要外部负载箱。外部负载箱可以包括用于向电表提供电信号的专用硬件。由于外部负载箱可能相对较大且昂贵，对负载箱的需求可能会限制测试和验证，因为可能难以获得负载箱或难以取得负载箱的使用权。此外，外部负载箱可能具有有限的测试能力。例如，外部负载箱可能仅为单个相提供信号，因此可能需要多个负载箱或单个负载箱的多种配置来测试不同的电表规格。

[0015] 为了解决这些问题，所公开的发明在电表固件中提供了波形模拟器和事件生成器。波形模拟器为多个通道生成模拟波形。对于单相电表，波形模拟器为两个通道生成模拟波形，即相A电压和相A电流。对于三相电表，波形模拟器为六个通道生成模拟波形，即相A电压、相A电流、相B电压、相B电流、相C电压和相C电流。

[0016] 当电表在模拟模式下操作时，电表可以生成模拟波形。在模拟模式下，波形模拟器可以从外部组件或工具下载波形分量值，并使用波形分量值来生成模拟波形。波形模拟器可以以对应于模数转换器(ADC)的采样率的速率来生成模拟波形。模拟模式下ADC的采样率可以与正常操作模式下ADC的采样率相同。

[0017] 此外，电表固件可以包括可以从外部组件下载事件分量值的事件生成器。事件生成器可以使用事件分量值来生成示例性事件(例如骤降事件或骤升事件)以被合并到模拟波形中。

[0018] 波形模拟器可以向电表固件接口提供模拟波形，该模拟波形可以包括任何模拟事件。在正常操作模式下，电表固件接口接收从ADC获得的波形。由于模拟波形被提供给电表固件接口，并且电表固件接口位于电表固件的前端，所以可以使用模拟波形全面地测试电表固件。

[0019] 图1是根据本文描述的一些实施方式的可以被配置为生成模拟波形的示例性电表100的爆炸视图。在一些实施方式中，电表100(也称为计量表100)测量电力的消耗和功率特性。电表100包括电表外壳102、内盖104、电路板106和电表基座108。电表外壳102是圆柱形开口底部结构，其可以位于内盖104的顶部。在一些示例中，电表外壳102可以是至少部分透明的，在电表100被组装时用于观看设置在电表外壳102下方的内盖104上的显示器。

[0020] 内盖104也具有圆柱形开口底部结构。内盖104可以安装在电表外壳102内，并且可以附接到电表基座108上。内盖104可以包括显示器110或其他用户界面，其提供信息，例如由电表确定的消耗数据，这些信息可以通过透明的电表外壳102被看到。电路板106被包括在内盖104内部。电路板106可以包括用于测量电力消耗、用于与用户界面通信以及用于通过网络通信的组件。电表基座108包括主板112、插脚114和测量电路(未示出)。电路板106可以固定到主板112上。插脚114可以从电表基座108的背面延伸，并且可以用于将电表100安装到电表插座中。当电表被安装到插座并且插座连接到配电网时，测量电路可以从连接到电表100的电力线测量电流和/或电压。

[0021] 当电表100被完全组装好(例如，电表外壳102和内盖104安装在电表基座108上)并被安装在房屋的插座中时，电表100可以在正常操作模式下运行，并测量能耗。电路板106上的ADC可以对测量电路提供的信号进行采样。通常，ADC提供多个数据通道，例如每相的电压通道和电流通道。电路板106上的组件可以执行进一步的处理以确定功率和/或电力消耗测量值。尽管图1中描绘了一种类型的电表，但是波形模拟器可以与其他类型的电表一起使用。

[0022] 除标准操作模式外，电表还可在模拟模式下操作，在模拟模式下，电表不使用测量电路和ADC提供的输入，而使用模拟波形和模拟事件。图2是示出根据本文描述的一些实施方式的连接到外部模拟接口组件204的电表100的电路板106的一部分的框图。电路板106可以包括存储在电路板上的组件中的电表固件202、ADC 206、直接存储器存取(DMA)组件208和随机存取存储器(RAM)210。电表固件202包括波形模拟器212、事件生成器214、开关216、补偿和调整块218、电表规格变换块220以及其他功能(未示出)。电表固件接口222根据开关216的状态从ADC的输出或波形模拟器的输出接收波形数据，在固件中开关216可以实现为软件开关。

[0023] 补偿和调整块218提供缩放、转换和校准。电表规格变换块220将本地电压和电流ADC输入转换成适合被测量的特定电表规格的数学形式(例如，2S、9S、12S等)。电表规格变换块220的输出224可以被电表固件用来执行其他功能，包括检测波形的基频以及确定电力消耗和功率测量计算结果。

[0024] 当电表100在正常操作模式下操作时，ADC 206可以以ADC采样率对来自测量电路的信号进行采样，以生成多通道数据。例如，在三相电表中，ADC 206可以使用14.648kHz的采样频率对信号进行采样，并且可以提供六个通道的数据，即相A电压信号、相A电流信号、相B电压信号、相B电流信号、相C电压信号和相C电流信号。DMA 208可以通过RAM 210向电表固件202提供采样数据。在正常操作模式下，开关216被配置为将来自ADC的数据提供给电表固件接口222。

[0025] 当电表100在模拟模式下操作时，开关216被配置为向电表固件接口222提供来自波形模拟器212的模拟波形。向电表固件接口提供模拟波形的一个好处是可以实现更精确的模拟。如果模拟数据出现在电表固件接口的下游点，则固件的一部分在模拟期间会被绕过。

[0026] 为进入模拟模式，电表可能需要处于特定模式或特定状况，特定模式例如是工厂模式，特定状况例如是被拆解并被连接至模拟接口组件。在一个示例中，电表100被部分拆解，并且模拟接口组件204连接到电路板106。模拟接口组件204可以由通信地耦合到电路板的外部计算设备提供，外部计算设备例如是图3中描绘的外部计算设备302。计算设备302可以是膝上型计算机、桌上型计算机或适于向波形模拟器212输入参数的任何其他计算设备。

[0027] 当拆解电表时，传感器可以检测到电表外壳102和/或内盖104的移除，并可以使电表进入工厂模式。可能存在进入模拟模式的其他或替代要求。在一些实施方式中，可能要求用户输入可以从电表制造商处获得的附加密钥，或者将值设置为预定值。

[0028] 模拟接口组件204可以为波形模拟器提供模拟分量值，并使电表100能够在模拟模式下操作。用户可以通过模拟界面输入模拟分量值，或者可以选择先前存储的模拟分量值集合。模拟分量值可以包括波形分量值，例如下面描述的表1中所示的那些波形分量值。不同的波形分量值集合或表格可以对应于不同的电表规格。表1显示了9S电表规格的示例默认值。其他表格可以为2S电表规格或12S电表规格提供值，或者为9S电表规格提供不同的默认值集合。

[0029]

[0030]

[0031]

[0032] 表1中的波形分量值可以包括每个通道的电压值或电流值(如RMS电压A或RMS电流A)、频率值(如线路频率)、每个通道的相位值(如相A电压角或相A电流角)以及每个通道和谐波的谐波值(诸如谐波幅度和谐波相位)。波形分量值允许模拟具有多个谐波的波形，其中每个谐波由谐波号标识，并且每个谐波与谐波幅度和谐波相位相关联。在表1中，通过提供每个谐波号的谐波幅度值和谐波相位值并将这些值与通道号相关联，可以指定单个通道的多个谐波。波形模拟器212可以基于波形分量值生成模拟波形。通道的数量基于被模拟的电表规格。对于三相电表，可以有六个通道，相A电压、相A电流、相B电压、相B电流、相C电压和相C电流，每个通道都可以包含谐波。

[0033] 除波形分量值外，模拟分量值还可包括用于模拟事件的事件分量值。示例性事件可以包括骤降、骤升、闪变、瞬变、服务中断和电能质量事件。用户可以配置每个事件的幅度和持续时间。可以对事件进行排队，使得可以为任何通道定义和执行多个事件。事件分量值可以以表格的形式输入，例如下面描述的表2。

[0034]

[0035] 事件表可以包括多个事件。例如，表2描述了两个事件的分量值。事件的幅度可以指定为百分比，例如电压A的百分比变化或电流A的百分比变化。事件的持续时间可以指定为半线路周波(half line cycle)的数量。每个事件可以由指定事件的幅度和持续时间的值的集合来定义。事件指针分量值指定从哪个事件数开始。例如，值0可以指定从事件1开始，值1可以指定从事件2开始。事件生成器214可以与生成模拟波形数据的波形模拟器212并行生成一个或多个事件。事件生成器214可以将事件传输到波形模拟器212。

[0036] 生成模拟波形数据的方法包括为指定用于某通道的每个谐波生成模拟正弦波，然后对用于该通道的谐波的正弦波求和以生成模拟通道波形。正弦波可以使用波形分量值生成，波形分量值例如是谐波号幅度和谐波号相位。处理完所有通道的所有谐波后，模拟通道波形被提供给电表固件接口。

[0037] 图4是根据本文描述的一些实施方式的生成模拟波形的过程的流程图。图4是关于图1‑图2中描绘的电表100的组件讨论的，但不限于所示组件。在框402，电表固件202可以经由DMA 208从ADC 206接收中断。中断的速率对应于ADC的采样率。模拟模式下中断的速率与操作模式下的速率相同。该中断触发每个通道的新波形样本的生成。波形模拟器212使用从模拟接口组件204下载的波形分量值来生成每个通道的波形。每个通道的波形分量值可以包括电压值或电流值、频率值、相位值以及可选的谐波幅度值和谐波相位。波形模拟器基于波形分量值确定通道的最大数量和每个通道的谐波的最大数量。在一些示例中，最大通道数的值和每个通道的最大谐波数的值可以是下载的值的一部分。在其他示例中，电表固件202可以基于有效波形分量值来确定最大通道数或最大谐波数，而不下载最大通道数或最大谐波数。例如，如果波形分量值为零是无效值，则任何值为零的波形分量都不被包括在模拟中。如果RMS电压B和RMS电压C的值为零，则模拟是针对单相电表的并且最大通道数为二，即相A电压和相A电流。

[0038] 在框404处，波形模拟器212通过对通道计数或将当前通道数与最大通道数进行比较，确定是否已为所有通道生成模拟通道波形。如果当前通道数小于最大通道数，则过程继续到框406。在框406处，波形模拟器212通过将为当前通道生成的谐波的当前计数与当前通道的最大谐波数进行比较来确定是否已经为当前通道的所有谐波生成了当前通道的所有正弦波。如果当前谐波计数小于谐波的最大数量，则该过程继续到框408。

[0039] 在框408，波形模拟器212通过将当前谐波号乘以累积相位来生成当前通道的谐波。初始样本的相位由波形分量值指定，后续样本的相位增加2π(FL/FS)。基本累积相位表示为：

[0040] Pn+1＝Pn+2π(FL/FS)

[0041] 其中，Pn是前一次生成的样本的相位，FL是线路频率，FS是ADC的采样频率。

[0042] 第k谐波累积相位由下式表示：

[0043] k Pn+1＝k(Pn+2π(FL/FS))

[0044] 其中k＝1，2，…(最大为要生成的谐波的数量)。

[0045] 在框410处，波形模拟器212加上当前谐波号的谐波相位值(Pharm)。在框412，波形模拟器212使用正弦函数的9阶多项式的最小二乘拟合来生成正弦波。由于正弦函数是奇函数，因此只有多项式的奇系数非零。因此，计算只需要5个非零系数。正弦波在区间[‑pi,pi]内生成。正弦波可以表示为sin(kPn+Pharm)，其中k是当前谐波号。

[0046] 在框414处，波形模拟器212将正弦波的幅度调整当前谐波号的谐波幅度，以生成具有谐波的正弦波。此时，谐波计数被调整以指示对当前谐波号的处理完成。该过程继续到框406。一旦为当前通道的所有谐波数生成了正弦波，该过程继续到框416。在框416，波形模拟器212通过将为当前通道的所有谐波生成的正弦波相加来为当前通道生成模拟通道波形。此时，通道计数被调整以指示当前通道的处理完成。该过程然后继续到框404。如果尚未生成所有的通道波形，则重复该过程以生成附加的通道波形。一旦生成了所有模拟通道波形，则该过程继续到框418。在框418，波形模拟器212将模拟的通道波形输出到电表固件接口222。

[0047] 在一些示例中，波形模拟器212可以在将模拟通道波形输出至电表固件接口222之前，使用事件生成器214生成的事件(如骤降或骤升事件)来修改模拟通道波形。用于为通道生成事件的方法包括基于从波形模拟器212下载的事件分量值来生成事件。

[0048] 图5是根据本文所述的一些实施方式的为通道生成事件的过程的流程图。图5是关于图1‑图2中描绘的电表100的组件讨论的，但可以使用其他组件。在框502，事件生成器214可以经由DMA 208从ADC 206接收中断。该中断与图4中的波形模拟器212接收的中断相同。事件生成器214使用从模拟接口组件204下载的事件分量值。事件分量值可以包括当前通道的事件幅度、事件持续时间和最大事件数量。在一些示例中，事件生成器214可以通过对从模拟接口组件204下载的有效事件幅度或事件持续时间的数量进行计数来确定事件最大数量，而不接收事件最大数量。

[0049] 在框503中，事件生成器确定事件是否正在进行中。如果事件正在进行中，则过程进行到框508。如果事件不在进行中，则过程进行到框504。在框504，事件生成器214通过将当前事件数量与事件最大数量进行比较来确定是否已经生成了该通道的所有事件。如果当前事件数量小于事件最大数量，则过程继续到框506。

[0050] 在框506处，事件生成器214通过在对应于事件持续时间的时间内生成针对当前通道的模拟波形的幅度的调整来生成事件。事件生成器214可以将事件输出到波形模拟器212。在一些示例中，在向电表固件接口222输出模拟通道波形之前，波形模拟器212可以在图4中的框418处使用该事件来调整模拟通道波形的幅度。该过程可以继续到框508。该过程保持在框508，直到事件完成。一旦事件完成，当前事件数量递增，并且过程进行到框504。一旦当前通道的所有事件都已完成，该过程可以返回到框502以等待下一次中断。

[0051] 本文阐述了许多具体细节，以提供对所要求保护的主题的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，所要求保护的主题可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，没有详细描述普通技术人员已知的方法、装置或系统，以免模糊所要求保护的主题。

[0052] 本文讨论的特征不限于任何特定的硬件架构或配置。计算设备可以包括提供以一个或多个输入为条件的结果的组件的任何合适的布置。合适的计算设备包括访问存储软件(即，存储在计算机系统的存储器上的计算机可读指令)的多用途基于微处理器的计算机系统，该软件将计算系统从通用计算设备编程或被配置为实现本主题的一个或多个方面的专用计算设备。任何合适的编程、脚本或其他类型的语言或语言组合都可以用于实现在编程或配置计算设备时使用的软件中包含的教导。

[0053] 本文公开的方法的各方面可在此类计算设备的操作中执行。以上示例中呈现的框的顺序可以变化；例如，框可以被重新排序、组合和/或分成子框。某些框或过程可以并行执行。

[0054] 此处使用的“被配置为”是开放和包容性语言，不排除被配置为执行附加任务或步骤的装置。此外，“基于”的使用意味着开放和包容的，因为“基于”一个或多个条件或值的过程、步骤、计算或其他动作实际上可以基于这些条件或值之外的附加条件或值。本文包括的标题、列表和编号只是为了便于解释，并不意味着限制。

[0055] 尽管已就本主题的特定方面对其进行了详细描述，但应理解，本领域技术人员在理解前述内容后，可容易地对这些方面进行变更、变更和等效。因此，应该理解的是，本公开已经出于示例而非限制的目的被呈现，并且不排除对本主题的这种修改、变化和/或添加的包含，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。