From 82ab7aa2b69ff008305b0709bde229666c148ebf Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: linfei <1025960462@qq.com> Date: Tue, 24 Mar 2026 14:44:46 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?=E4=B8=8A=E4=BC=A0=E6=96=87=E4=BB=B6=E8=87=B3?= =?UTF-8?q?=E3=80=8C/=E3=80=8D?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- 站所终端项目需求.md | 608 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 1 file changed, 608 insertions(+) create mode 100644 站所终端项目需求.md diff --git a/站所终端项目需求.md b/站所终端项目需求.md new file mode 100644 index 0000000..291368f --- /dev/null +++ b/站所终端项目需求.md @@ -0,0 +1,608 @@ + +**文档版本**：V0.0.0 +**项目名称**：站所终端 +**保密等级**：内部公开 +**编制单位**：阜阳师范大学 +**编制人**：王建锋 +**审核人**：王建锋 +**批准人**：王建锋 +**发布日期**： +**生效日期**： + +--- + +## 版本修订历史 +| 版本号 | 修订日期 | 修订内容摘要 | 修订人 | 审核人 | 批准人 | 备注 | +| ------ | ---------- | ------ | --- | --- | --- | ---- | +| V0.0.0 | 2026.06.01 | 初始版本发布 | | | | 正式生效 | +| | | | | | | | +| | | | | | | | + +--- +## 目录 +1. 引言 +2. 总体描述 +3. 功能性需求 +4. 非功能性需求 +5. 接口需求 +6. 数据需求 +7. 验收测试标准 +8. 项目约束与交付要求 +9. 知识产权与合规声明 +10. 附录 +--- +## 1 引言 +### 1.1 文档目的 +本文档为站所终端的嵌入式系统需求规格说明书，完整定义该产品的**功能需求、非功能需求、接口规范、验收标准**，是项目设计开发、测试验证、交付验收、运维升级的唯一核心依据。 +本文档预期覆盖产品全生命周期，所有变更需遵循正式的变更管控流程。 +### 1.2 项目范围 +#### 1.2.1 包含范围 +本项目旨在研发一款面向国家电网配电网场景，符合[GB/T 35732-2025](https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/gb/index)等国家标准及企业规范，具备高可靠性、模块化可扩展的配电终端单元，实现： +* 核心功能1：**配电网运行数据采集、处理、存储与远传，支持遥信、遥测等基础功能及故障检测、录波与处理功能**； +* 核心功能2：满足信息安全防护要求，具备双向身份认证、数据加解密等功能，支持DL/T 634等标准通信规约； +* 核心功能3：具备自诊断、自恢复及远程运维能力，适配复杂电网运行环境，可实现就地与远方控制切换。 +应用于**国家电网所辖配电网开关站、环网柜、箱式变电站、电缆分支箱等场景，支撑配电自动化系统稳定运行等领域**，覆盖从硬件设计、底层驱动、嵌入式软件开发、测试验证（含型式试验等合规检测）到量产交付（满足供货资质、生产能力及业绩要求）的全流程，且需符合国家电网供应商资质审核、产品标准及采购相关规范。 +#### 1.2.2 不包含范围 +1. 上位机平台软件的开发与维护 +2. 产品现场安装的土建、布线工程 +3. 超出本协议约定的定制化功能开发 +### 1.3 预期读者 +| 读者角色 | 阅读范围与用途 | +| -------- | ------------------- | +| 项目经理 | 全文，用于项目管控、里程碑验收 | +| 硬件工程师 | 第2、4、5、7章，用于硬件原理图设计 | +| 嵌入式软件工程师 | 第3、4、5、6、7章，用于软件开发 | +| 测试工程师 | 第3、4、7章，用于测试用例编写与执行 | +| 产品经理 | 全文，用于需求管控与客户对接 | +| 认证机构 | 第4、7、9章，用于产品合规认证 | +| 客户方对接人 | 全文，用于需求确认与交付验收 | +### 1.4 参考文档 +1. GB/T 9385-2008《计算机软件需求规格说明规范》 +2. 电力监控系统网络安全防护导则 GBT+36572-2018 +3. 配电自动化终端技术规范 GBT+35732-2025 +4. 继电保护和安全自动装置技术规程GBT+14285-2023 +5. 量度继电器和保护装置 第24部分：电力系统暂态数据交换GBT+4598.24-2017 +6. 配电自动化系统应用DLT+634.5101-2002 +7. 电测量设备（交流） 特殊要求 第21部分：静止式有功电能表 (A级、B级、C级、D级和E级)GBT+17215.321-2021 +### 1.5 术语与缩写定义 + +| 术语/缩写 | 全称与定义 | +| ----- | -------------------------------------------- | +| SRS | 需求规格说明书（Software Requirements Specification） | +| RTOS | 实时操作系统（Real Time Operating System） | +| MCU | 微控制单元（Microcontroller Unit），即主控芯片 | +| MTBF | 平均无故障时间（Mean Time Between Failures） | +| EMC | 电磁兼容（Electromagnetic Compatibility） | +| OTA | 空中下载技术（Over-the-Air Technology），即远程固件升级 | +| ADC | 模数转换器（Analog-to-Digital Converter） | +| DTU | 站所终端 （Distribution Terminal Unit） | + +### 1.6 需求优先级定义 + +| 优先级 | 定义 | +| --- | ----------------------------------------- | +| P0 | 核心必选需求，产品交付的必要条件，无此功能产品无法正常使用，必须在V0.0版本实现 | +| P1 | 重要需求，提升产品核心竞争力，必须在V0.1版本实现 | +| P2 | 优化需求，不影响产品核心功能，可在后续迭代版本实现 | +| P3 | 可选需求，仅作为产品增值项，可根据项目进度与成本情况裁剪 | + +--- +## 2 总体描述 +### 2.1 产品愿景与核心目标 +#### 2.1.1 产品愿景 +本产品旨在解决配电网站所侧数据采集不全面、故障处理响应慢、多通信方式适配难、电源供电稳定性不足的痛点，打造一款高可靠、强适配、智运维、高安全的站所配电自动化终端，成为中压配电网站所侧监测与控制的核心智能硬件产品。 +#### 2.1.2 核心目标 +1. 功能目标：实现遥信、遥控、遥测，满足环网柜的业务需求 +2. 性能目标：达到电压、电流0.2级，功率0.5级，频率±0.01级的采样精度 +3. 商业目标：量产BOM成本≤1500元、上市时间≤12个月 +4. 合规目标： +### 2.2 产品整体功能框架 +【必填项，提供产品顶层功能框图，清晰展示硬件-软件的功能划分与交互逻辑，示例如下】 +```mermaid +block-beta + columns 1 + a["硬件层"] + block:zucheng + b1["主控单元"] b2["采集单元"] b3["通信单元"] b4["电源管理单元"] b5["人机交互单元"] b6["存储单元"] + end +``` +```mermaid +block-beta + columns 1 + a["软件层"] + block:zucheng + b1["数据采集模块"] b2["数据处理模块"] b3["通信协议模块"] b4["人机交互模块"] b5["固件升级模块"] b6["故障诊断模块"] + end +``` +### 2.3 运行环境 +#### 2.3.1 硬件运行环境 +1. 核心硬件平台 + - 主控芯片：STM32F407IGT6，Cortex-M4内核，主频168MHz + - 内存：SRAM ≥ 192KB，外部SDRAM ≥ 8MB + - 存储：片内Flash ≥ 1MB，外部SPI Flash ≥ 16MB + - 核心外设：【16路12位ADC、2路CAN接口、4路RS485接口、1路网口 +2. 供电要求 + - 供电电压：24V + - 额定功率：【如：≤5W】 + - 保护功能：反接保护、过压保护、过流保护、短路保护 +#### 2.3.2 软件运行环境 +1. 操作系统：RTthread +2. 开发环境：Keil MDK 5 +3. 驱动与中间件：HAL库、LWIP协议栈、Modbus协议栈、FatFS文件系统 +4. 编译语言： C99 +#### 2.3.3 现场工况环境 +1. 气候环境 + - 工作温度范围：-40℃ ~ +70℃ + - 存储温度范围：-40℃ ~ +70℃ + - 工作相对湿度：10% ~ 98% + - 工作海拔高度：1000m~3000m +2. 机械环境 + - 抗振动等级：【如：GB/T 2423.10，10-500Hz，2g加速度】 + - 抗冲击等级：【如：GB/T 2423.5，半正弦波，15g，11ms】 +3. 防护等级 + - 外壳防护等级：IP30 室内型 +4. 电磁环境 + - 静电放电抗扰度：【如：GB/T 17626.2，接触放电±6kV，空气放电±8kV】 + - 电快速瞬变脉冲群抗扰度：【如：GB/T 17626.4，±2kV】 + - 浪涌抗扰度：【如：GB/T 17626.5，电源口±2kV，信号口±1kV】 +### 2.4 用户特征 +1. 终端用户： +2. 配置用户： +3. 运维用户： +4. 权限划分： +### 2.5 通用约束 +1. 成本约束：量产 BOM 成本上限为 2000 元/台，核心器件选型不得超出成本预算 +2. 周期约束：项目总开发周期 12 个月，V0.0 版本量产交付时间为 2026 年 12 月 1 日 +3. 供应链约束：核心器件必须为车规级/工业级，优先选用国产芯片，禁用品级器件 +4. 合规约束： +5. 国产化约束：主控芯片、核心通信模块必须为国产器件，国产化率≥80% +### 2.6 假设与依赖 +1. 项目假设：核心器件供货周期稳定，无重大缺货风险；客户需求无重大变更 +2. 项目依赖：主控芯片规格书正式发布；第三方协议栈按时交付；认证机构测试排期正常 +--- +## 3 功能性需求 +### 3.1 总体功能描述 +本产品为站所终端（DTU），依据 GB/T 35732—2025《配电自动化终端技术规范》要求设计，核心实现**数据采集、控制执行、通信协议、电源管理、故障诊断与保护**五大核心基础功能，配套**实现人机交互、数据存储与管理**等辅助功能，同时满足配电网分布式电源、储能装置接入的协调控制需求及智能运维要求，整体功能清单如下表： + +| 功能模块编号 | 功能模块名称 | 优先级 | 实现版本 | 功能依据GB/T 35732—2025核心要求 | +| ------- | --------- | --- | ---- | ----------------------------------------------------------------------------------------------------- | +| FUN-001 | 数据采集功能 | P0 | V0.0 | 6.2.1测量控制功能，需采集交流电压/电流、直流电压等模拟量，开关状态等状态量，支持模拟量越限告警、状态量变位优先传送，分布式电源接入点需采集双侧电压/频率 | +| FUN-002 | 控制执行功能 | P0 | V0.0 | 6.2.1测量控制功能、6.2.2故障处理功能，支持主站遥控分合闸、保护分合闸出口，远方/就地操作切换，防跳跃、自保持功能，故障就地隔离与非故障区域供电恢复 | +| FUN-003 | 通信协议功能 | P0 | V0.0 | 6.2.3通信功能，支持以太网、无线虚拟专网、RS485等通信方式，兼容DL/T634.5101/5104协议，支持上电自动注册、主站对时/定位，通信异常自复位 | +| FUN-004 | 人机交互功能 | P1 | V0.0 | 6.1一般要求、6.4运维功能，支持装置运行/通信状态指示，本地运维接口操作，故障状态就地可视化指示 | +| FUN-005 | 电源管理功能 | P0 | V0.0 | 6.2.4电源管理、6.2.5后备电源，支持双路电源无缝切换，后备电源（蓄电池/超级电容）充放电管理、状态监测与健康评估，铅酸蓄电池本地/远方活化 | +| FUN-006 | 固件升级功能 | P3 | V0.0 | 6.4运维功能，支持程序本地及远程升级，升级过程保持主站业务基础连接 | +| FUN-007 | 故障诊断与保护功能 | P0 | V0.0 | 6.2.2故障处理功能，支持短路/接地故障检测、SOE事件记录、故障录波（符合GB/T14598.24），三段定时限过流/两段零序过流保护，重合闸+合闸后加速，小电流接地保护，分布式电源接入点防孤岛保护 | +| FUN-008 | 数据存储与管理功能 | P1 | V0.0 | 6.2.1测量控制功能，支持历史数据循环存储、远程调阅，故障录波文件本地存储与远传，电能量数据采集存储 | +| FUN-009 | 自诊断自恢复功能 | P0 | V0.0 | 6.1一般要求，支持功能板件、重要芯片及软件自检，自检异常就地+远传告警，设备自动复位，上电/断电无防误输出 | +| FUN-010 | 信息安全功能 | P0 | V0.0 | 5.6总体要求，采用国家密码管理部门核准的商用密码算法，硬件密码模块/芯片实现主站身份认证，数据交互完整性、机密性、可用性保护 | + +--- +### 3.2 数据采集功能（FUN-001） +#### 3.2.1 功能概述 +依据 GB/T 35732—2025 配电自动化终端技术规范 6.2.1 测量控制功能要求，实现配电网站所侧交流电气量、直流模拟量、开关状态量的精准采集、滤波、校准与预处理，支持模拟量越限告警、状态量变位优先传送及防误报，分布式电源 / 储能公共连接点可实现双侧电压 / 频率、功率方向采集，为终端控制执行、故障诊断、数据远传提供准确、带时标的基础数据，同时满足电能量采集、电能质量监测的基础数据需求 + +**优先级：P0，实现版本：V0.0** +#### 3.2.2 子功能需求 +| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 | +| ---------- | ---------- | --- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | +| FUN-001-01 | 交流工频模拟量采集 | P0 | 1. 支持三相电压、三相电流、频率等交流工频电气量采集，采用交流采样方式，电流回路功率消耗≤0.75VA，电压回路功率消耗≤0.5VA
2. 采样频率适配工频 50Hz，工频采样范围 45Hz~55Hz，频率测量误差≤0.02Hz
3. 测量精度：1.2 倍标称值范围内，电压 / 电流引用误差≤0.5%，有功 / 无功功率、功率因数引用误差≤1%
4. 支持连续过量输入（标称值 120%，24h）、短时过量输入（电流 20 倍标称值 / 5 次 / 1s，电压 2 倍标称值 / 10 次 / 1s），过量输入后测量精度仍满足要求
5. 分布式电源 / 储能公共连接点适配双侧电压 / 频率、功率方向采集，支持电能质量监测基础数据采集 | +| FUN-001-02 | 直流模拟量采集 | P0 | 1. 支持直流电压模拟量采集，输入范围 0V~60V，引用误差≤0.5%
2. 采集通道支持独立零点校准与量程配置，适配站所侧直流电源、后备电源状态监测需求
3. 采样数据带毫秒级时间戳，与交流量采集时间同步 | +| FUN-001-03 | 开关状态量采集 | P0 | 1. 支持多路无源空触点开关量采集，遥信电源由终端提供（DC24V），输入回路实现电气隔离及滤波回路
2. 支持开关量防抖功能，防抖时间 10ms~60000ms 可配置，满足状态量变位防误报要求
3. 支持状态量变位优先传送，变位事件触发主动上送，事件顺序记录（SOE）分辨率≤2ms
4. 采集状态包含开关分合闸位置、设备运行状态、告警状态等站所侧关键状态量
| +| FUN-001-04 | 电能量采集 | P0 | 1. 支持有功、无功电能量采集，有功电能量采集符合 GB/T17215.321—2021 C 级要求，无功电能量采集符合 GB/T17215.323—2022 2 级要求
2. 支持电能量数据冻结、历史数据累计，数据带时标且可远程调阅
3. 采集数据与主站通信协议适配，支持电能量数据主动上报与召测 | +| FUN-001-05 | 数字滤波与数据预处理 | P1 | 1. 支持滑动平均滤波、限幅滤波算法，交流量、直流量采集通道可独立配置滤波策略
2. 对采集数据进行工程值转换、合法性校验，支持模拟量越限阈值配置，越限后触发本地及远传告警
3. 滤波及预处理参数可通过本地运维接口、主站远程配置，无需重启设备 | +#### 3.2.3 输入要求 +1. 输入信号类型：4-20mA电流信号、干接点DI信号 +2. 输入信号范围：电流信号0~24mA，DI信号电平0~30V DC +3. 配置参数输入：通道量程、采样频率、滤波参数、校准参数 + +#### 3.2.4 输出要求 +1. 采集数据输出：带时间戳的原始采样值、工程转换值、通道状态标识 +2. 状态输出：通道故障状态、超量程告警、信号丢失告警 +3. 数据格式：32位浮点型工程值，16位整型原始值 + +#### 3.2.5 处理流程 +1. 系统初始化后，按配置的采样频率启动ADC采集 +2. 对原始采样数据进行数字滤波处理 +3. 执行零点与量程校准，转换为工程值 +4. 对数据进行合法性校验，判断是否超量程、信号异常 +5. 将处理后的数据存入数据缓冲区，供其他模块调用 +6. 异常状态触发告警，上报至故障诊断模块 + +#### 3.2.6 异常处理 +1. 采集通道超量程：立即触发告警，保持上一周期有效数据，记录故障日志 +2. 信号断线/丢失：3个采样周期内未检测到有效信号，触发断线告警，记录故障日志 +3. ADC采集故障：启动自检，若硬件故障，触发系统告警，进入安全状态 + +#### 3.2.7 硬件关联要求 +1. 关联硬件：ADC采集电路、信号调理电路、隔离电路、DI输入电路 +2. 硬件要求：所有采集通道必须实现光电隔离，隔离电压≥2500Vrms +3. 驱动交互：通过ADC驱动接口获取原始采样数据，通过GPIO驱动获取DI状态 + +--- + +### 3.3 控制执行功能（FUN-002） +【格式同3.2，按需填写，示例如下】 +#### 3.3.1 功能概述 +根据采集数据与预设控制逻辑，实现对现场执行器的控制，支持继电器输出、PWM输出等控制方式，具备手动/自动控制切换功能。 +优先级：P0，实现版本：V1.0 + +#### 3.3.2 子功能需求 +| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 | +|------------|------------|--------|--------------| +| FUN-002-01 | 继电器控制 | P0 | 1. 支持4路继电器输出，触点容量：AC 250V/5A，DC 30V/10A
2. 支持手动强制控制、自动逻辑控制两种模式
3. 支持继电器动作延时配置，延时范围0~60s，默认0s | +| FUN-002-02 | 逻辑控制功能 | P0 | 1. 支持8组自定义逻辑规则，支持与/或/非逻辑运算
2. 支持阈值触发、定时触发、条件触发三种触发方式
3. 控制逻辑可通过上位机在线配置，无需修改固件 | + +#### 3.3.3 输入要求 +【填写控制指令、逻辑参数、触发条件等输入要求】 +#### 3.3.4 输出要求 +【填写继电器状态、PWM信号、控制执行结果等输出要求】 +#### 3.3.5 处理流程 +【填写正常控制流程、状态机定义】 +#### 3.3.6 异常处理 +【填写控制失效、执行器故障、通信中断等异常场景的处理逻辑，必须明确安全状态】 +#### 3.3.7 硬件关联要求 +【填写关联的继电器输出电路、PWM输出电路、驱动接口要求】 + +--- + +### 3.4 通信协议功能（FUN-003） +【格式同3.2，按需填写，核心覆盖上行/下行通信、协议类型、帧格式、重连机制等】 +#### 3.4.1 功能概述 +实现设备与上位机、云端、其他现场设备的通信交互，支持多种工业总线协议与物联网协议，实现数据上报、指令下发、参数配置功能。 +优先级：P0，实现版本：V1.0 + +#### 3.4.2 子功能需求 +| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 | +|------------|------------|--------|--------------| +| FUN-003-01 | Modbus协议支持 | P0 | 1. 支持Modbus RTU over RS485、Modbus TCP over Ethernet
2. 支持Modbus主站/从站模式可配置
3. 支持01H、02H、03H、04H、05H、06H、10H等标准功能码 | +| FUN-003-02 | 物联网协议支持 | P1 | 1. 支持MQTT 3.1.1协议，对接主流物联网平台
2. 支持TLS/SSL加密传输
3. 支持数据断网续传，缓存容量≥10000条 | + +#### 3.4.3 输入要求 +【填写协议指令、配置参数、下行数据格式等】 +#### 3.4.4 输出要求 +【填写上报数据格式、应答帧格式、通信状态等】 +#### 3.4.5 处理流程 +【填写通信连接、数据收发、超时重传、断网重连等流程】 +#### 3.4.6 异常处理 +【填写通信中断、校验错误、超时无应答、连接失败等异常处理】 +#### 3.4.7 硬件关联要求 +【填写关联的RS485、CAN、以太网、无线通信模块等硬件与驱动要求】 + +--- + +### 3.5 其他功能模块 +【按上述格式，依次编写人机交互功能、电源管理功能、固件升级功能、故障诊断功能、数据存储功能等所有功能模块，确保100%覆盖产品所有功能】 + +--- + +## 4 非功能性需求 +【填写说明：本章为嵌入式项目核心必填项，是产品准入门槛与核心竞争力，所有指标必须**完全量化、可测试**，禁止模糊描述；工业/车规/军工项目需细化，消费级项目可裁剪】 + +### 4.1 性能需求 +| 指标类别 | 量化指标要求 | 优先级 | 测试标准 | +|----------------|--------------|--------|----------| +| 实时性指标 | 1. 外部中断响应时间 ≤ 1ms
2. 任务切换时间 ≤ 10us
3. 控制闭环响应时间 ≤ 10ms
4. 最高优先级任务调度延迟 ≤ 50us | P0 | 【对应测试方法】 | +| 采集与控制精度 | 1. ADC采样精度 ≤ ±0.2%FS
2. DAC输出精度 ≤ ±0.1%FS
3. PWM输出频率误差 ≤ ±0.1% | P0 | 【对应测试方法】 | +| 通信性能 | 1. Modbus TCP数据上报延迟 ≤ 50ms
2. 串口通信波特率最高支持115200bps
3. 断网续传数据写入速度 ≥ 100条/秒 | P1 | 【对应测试方法】 | +| 系统启动性能 | 1. 冷启动时间 ≤ 500ms
2. 热重启时间 ≤ 300ms
3. 低功耗模式唤醒时间 ≤ 1ms | P1 | 【对应测试方法】 | + +### 4.2 可靠性与可用性需求 +| 指标类别 | 量化指标要求 | 优先级 | 测试标准 | +|----------------|--------------|--------|----------| +| 无故障运行指标 | 1. 平均无故障时间 MTBF ≥ 50000小时
2. 年平均停机时间 ≤ 8小时 | P0 | GB/T 5080.7 | +| 容错与自愈能力 | 1. 通信中断后自动重连，重连间隔可配置，最大重连次数无限制
2. 传感器故障不影响系统其他通道正常运行
3. 软件看门狗与硬件看门狗双重防护，程序跑飞后100ms内自动复位 | P0 | 【对应测试方法】 | +| 掉电保护能力 | 1. 意外掉电不损坏系统固件，不丢失配置参数与历史数据
2. 掉电后可保存当前运行状态，上电后自动恢复
3. 掉电检测响应时间 ≤ 1ms | P0 | 【对应测试方法】 | +| 长期运行稳定性 | 1. 7*24小时连续运行，无死机、无内存泄漏、无数据异常
2. 连续运行30天，系统时钟误差 ≤ ±5s | P0 | 【对应测试方法】 | + +### 4.3 环境适应性需求 +【同2.3.3现场工况环境，此处需细化为可测试的量化指标，与验收标准一一对应】 +1. 气候环境适应性：【细化高低温、湿热循环、温度冲击等测试指标与合格标准】 +2. 机械环境适应性：【细化振动、冲击、跌落等测试指标与合格标准】 +3. 电磁兼容适应性：【细化ESD、EFT、浪涌、射频辐射等EMC测试的等级与合格标准】 +4. 特殊环境适应性：【如防腐、防霉、防爆、盐雾等，根据应用场景填写】 + +### 4.4 功耗需求 +【电池供电/低功耗设备为P0必填项，市电供电设备可简化】 + +| 工作模式 | 量化功耗指标 | 优先级 | 测试条件 | +|----------------|--------------|--------|----------| +| 正常运行模式 | 整机工作电流 ≤ 100mA@12V DC，整机功耗 ≤ 1.2W | P0 | 全通道采集，正常通信，25℃常温 | +| 低功耗待机模式 | 待机电流 ≤ 50uA@12V DC | P0 | 关闭采集与通信，仅保留RTC与唤醒电路 | +| 休眠模式 | 休眠电流 ≤ 10uA@12V DC | P1 | 关闭所有外设，仅保留掉电检测电路 | +| 续航要求 | 内置3000mAh锂电池，低功耗模式下续航 ≥ 2年 | P0 | 每日唤醒1次，上报1次数据 | + +### 4.5 安全需求 +#### 4.5.1 功能安全需求 +【工业/车规/医疗设备为P0必填项，消费级设备可简化】 +1. 功能安全等级：【如：IEC 61508 SIL2 等级 / ISO 26262 ASIL B 等级】 +2. 安全机制要求： + - 支持故障安全模式，任何致命故障发生时，系统必须进入预设的安全状态 + - 关键控制指令必须具备双重校验，防止误操作 + - 所有安全相关参数必须具备写保护，非授权用户无法修改 + - 支持安全停机功能，紧急情况下可一键切断所有输出，进入安全状态 + +#### 4.5.2 信息安全需求 +【联网设备为P0必填项，离线设备可简化】 +1. 固件安全：支持安全启动，固件加密与签名校验，防止固件篡改与非法刷写 +2. 数据安全：支持敏感数据加密存储，传输数据支持TLS/SSL加密 +3. 访问控制：支持三级用户权限管理，密码复杂度校验，登录失败锁定机制 +4. 防逆向：支持固件加密，关键代码混淆，防止逆向工程 +5. 审计日志：记录所有关键操作、故障告警、登录行为，日志不可篡改与删除 + +#### 4.5.3 电气安全需求 +【所有设备必填项】 +1. 绝缘电阻：电源输入与外壳之间绝缘电阻 ≥ 10MΩ +2. 抗电强度：电源输入与外壳之间可承受AC 1500V，1分钟无击穿、无飞弧 +3. 防短路保护：所有输出端口具备短路保护，短路解除后可自动恢复 +4. 防反接保护：电源输入端口具备反接保护，反接不损坏设备 + +### 4.6 可维护性与可扩展性需求 +1. 固件升级：支持本地串口升级、网口升级、OTA远程升级，支持断点续传、固件校验、升级失败自动回滚 +2. 调试与诊断：支持串口调试日志输出，日志等级可配置；支持远程故障诊断，可读取设备运行状态、故障日志 +3. 模块化设计：软件采用模块化设计，模块间低耦合，可独立升级与替换；硬件核心板+底板设计，可兼容不同主控与外设扩展 +4. 参数配置：支持本地按键配置、上位机配置、远程配置，配置参数掉电不丢失 +5. 兼容性：向下兼容旧版本固件，兼容主流上位机软件与物联网平台 + +### 4.7 人机交互需求 +【根据产品实际交互方式填写，无屏设备简化为指示灯与按键需求】 +1. 指示灯交互：【如：电源灯、运行灯、通信灯、告警灯，明确不同状态的亮灭/闪烁规则，如：运行灯正常运行1Hz闪烁，故障常亮】 +2. 按键交互：【如：1个复位键、1个功能键，明确短按、长按、双击的功能定义，如：长按功能键5秒恢复出厂设置】 +3. 显示屏交互：【如：0.96寸OLED显示屏，支持显示设备地址、运行状态、采集数据、故障信息，支持3个按键翻页操作】 +4. 告警交互：【如：蜂鸣器告警，不同故障类型对应不同的蜂鸣器响铃规则，支持告警消音功能】 + +--- + +## 5 接口需求 +【填写说明：本章为嵌入式项目必填项，明确所有硬件、软件、通信、人机接口的详细规范，是软硬件开发、联调的核心依据，所有接口必须精准定义，无歧义】 + +### 5.1 硬件接口需求 +【必填项，明确所有硬件接口的电气特性、引脚定义、时序要求，硬件工程师与驱动工程师必须对齐】 + +| 接口名称 | 接口类型 | 引脚定义 | 电平标准 | 电气特性 | 通信协议 | 隔离要求 | 优先级 | +|----------|----------|----------|----------|----------|----------|----------|--------| +| 电源输入接口 | 接线端子 | 1:VCC 2:GND | DC 9-36V | 最大输入电流2A | - | 无 | P0 | +| RS485接口 | 接线端子 | 1:A 2:B 3:GND | RS485差分 | 波特率1200~115200bps | Modbus RTU | 光电隔离2500Vrms | P0 | +| 以太网接口 | RJ45 | 标准8P8C | 10/100Mbps自适应 | 全双工/半双工自适应 | Modbus TCP、MQTT | 隔离1500Vrms | P0 | +| ADC采集接口 | 接线端子 | 1:AI+ 2:AI- 3:GND | 4-20mA | 16位分辨率 | - | 光电隔离2500Vrms | P0 | +| 继电器输出接口 | 接线端子 | 1:NO 2:COM 3:NC | 无源触点 | AC 250V/5A | - | 光电隔离2500Vrms | P0 | +| 调试接口 | 排针 | 1:VCC 2:GND 3:TX 4:RX | TTL 3.3V | 波特率115200bps | UART | 无 | P1 | +| SWD下载接口 | 排针 | 1:VCC 2:GND 3:SWDIO 4:SWCLK | TTL 3.3V | - | SWD | 无 | P1 | + +### 5.2 软件接口需求 +【必填项，明确软件各层级、各模块之间的接口规范，驱动与应用层、模块间交互的核心依据】 +#### 5.2.1 驱动层接口 +1. ADC驱动接口 + - 接口函数：`uint16_t ADC_Read(uint8_t ch);` + - 功能：读取指定通道的ADC原始采样值 + - 输入参数：`ch` - 通道编号，范围0~7 + - 返回值：16位ADC原始采样值 + - 调用约束：调用前需完成ADC初始化，通道必须使能 +2. GPIO驱动接口 + - 【按上述格式，填写所有外设驱动的接口定义】 + +#### 5.2.2 模块间接口 +1. 数据采集模块→数据处理模块接口 + - 数据结构：`typedef struct {uint8_t ch; float value; uint32_t timestamp; uint8_t status;} ADC_Data_T;` + - 传递方式：环形缓冲区队列 + - 数据更新频率：10Hz +2. 【按上述格式，填写所有模块间的接口定义】 + +#### 5.2.3 系统API接口 +【明确操作系统提供的任务创建、信号量、消息队列、定时器等API的使用规范】 + +### 5.3 通信接口需求 +【必填项，明确所有外部通信的协议规范、帧格式、时序要求，与外部设备对接的核心依据】 +#### 5.3.1 Modbus RTU协议规范 +1. 帧格式：从站地址(1Byte) + 功能码(1Byte) + 数据段(NByte) + CRC校验(2Byte) +2. 通信参数：默认从站地址1，波特率9600bps，数据位8，停止位1，无校验 +3. 寄存器映射：【详细填写保持寄存器、线圈寄存器、离散输入寄存器、输入寄存器的地址、功能、数据类型、读写权限】 +4. 超时规则：从站响应超时时间500ms，超时重传3次 + +#### 5.3.2 MQTT协议规范 +1. 服务端地址：可配置，默认【填写默认地址】 +2. 端口号：1883（非加密）、8883（TLS加密） +3. ClientID规则：设备唯一SN号 +4. 主题定义： + - 数据上报主题：`/device/[SN]/data/report` + - 指令下发主题：`/device/[SN]/cmd/down` + - 状态上报主题：`/device/[SN]/status/report` +5. QoS等级：默认QoS 1，支持QoS 0/QoS 2可配置 +6. 保活时间：默认60s，可配置 + +#### 5.3.3 其他通信协议 +【按上述格式，填写CANopen、Profinet、LoRaWAN等其他协议的详细规范】 + +### 5.4 人机交互接口 +【明确按键、显示屏、指示灯、蜂鸣器等交互接口的电气与逻辑规范】 +1. 按键接口：【如：3个独立按键，低电平有效，防抖时间50ms，引脚定义：PA0、PA1、PA2】 +2. 显示屏接口：【如：SPI接口OLED显示屏，分辨率128*64，引脚定义：PB12~PB15】 +3. 指示灯接口：【如：4路LED指示灯，高电平点亮，引脚定义：PC0~PC3】 + +--- + +## 6 数据需求 +【填写说明：本章为必填项，明确产品全生命周期的数据处理规则，适配嵌入式存储与算力约束，与采集、存储、上报功能一一对应】 + +### 6.1 数据类型与规格 +| 数据类别 | 数据类型 | 取值范围 | 精度 | 单位 | 存储周期 | 优先级 | +|----------|----------|----------|------|------|----------|--------| +| 模拟量采集数据 | 浮点型 | 0~20mA | ±0.2%FS | mA | 实时缓存，历史存储1年 | P0 | +| 开关量状态数据 | 布尔型 | 0/1 | - | - | 实时缓存，变化时存储 | P0 | +| 设备运行状态数据 | 整型/枚举型 | 【定义枚举值】 | - | - | 实时上报，变化时存储 | P0 | +| 故障告警数据 | 结构体 | 【定义结构】 | - | - | 永久存储，最多存储1000条 | P0 | +| 配置参数数据 | 整型/浮点型 | 【定义范围】 | - | - | 永久存储，掉电不丢失 | P0 | +| 操作日志数据 | 结构体 | 【定义结构】 | - | - | 永久存储，最多存储500条 | P1 | + +### 6.2 数据处理需求 +1. 数据校准：支持零点校准、量程校准、非线性校准，校准参数掉电不丢失 +2. 数据滤波：支持滑动平均、中值、限幅滤波算法，可按通道独立配置参数 +3. 数据转换：支持原始采样值到工程值的线性转换，支持自定义转换公式 +4. 数据校验：支持数据合法性校验，剔除异常值、超量程值，标记数据状态 +5. 数据统计：支持分钟级、小时级、日级数据统计，计算最大值、最小值、平均值 + +### 6.3 数据存储需求 +1. 存储介质：【如：SPI Flash、SD卡、EEPROM】 +2. 存储方式： + - 实时数据：存入内存环形缓冲区，缓存深度≥1000条 + - 历史数据：按时间分片存入外部Flash，支持按时间查询与导出 + - 配置参数与校准参数：存入片内Flash/EEPROM，掉电不丢失，支持写保护 + - 故障日志与操作日志：循环存储，满后自动覆盖最早的记录 +3. 掉电保护：意外掉电时，确保正在写入的数据不损坏，已存储的数据不丢失 +4. 数据备份：支持配置参数的备份与恢复，支持本地导出与远程备份 +5. 存储寿命：适配Flash擦写寿命，采用损耗均衡算法，延长存储介质使用寿命 + +### 6.4 数据上报需求 +1. 上报触发方式：支持定时上报、变化上报、事件触发上报、查询上报 +2. 上报频率：定时上报频率可配置，范围1s~24h，默认1min +3. 上报格式：【如：JSON格式、二进制格式，详细定义报文结构】 +4. 断网续传：网络中断时，数据缓存至本地Flash，网络恢复后自动补传，补传不丢失数据 +5. 上报优先级：故障告警数据最高优先级，实时数据次之，历史数据最低优先级 + +--- + +## 7 验收测试标准 +【填写说明：本章为必填项，是项目交付验收的唯一依据，必须与前面的功能需求、非功能需求一一对应，所有验收项必须具备明确的测试方法与合格标准，无模糊描述】 + +### 7.1 验收总则 +1. 本标准为【项目名称】产品出厂验收、客户现场验收的唯一依据，所有验收项必须100%通过P0级需求，P1级需求通过率≥90%方可判定验收合格 +2. 验收测试环境：【明确测试的环境条件、测试仪器、测试平台】 +3. 验收流程：文档审核→功能测试→性能测试→环境可靠性测试→安全合规测试→验收结论签署 + +### 7.2 文档验收标准 +| 验收项编号 | 验收项名称 | 验收内容与合格标准 | 优先级 | +|------------|------------|--------------------|--------| +| ACC-001 | 需求文档验收 | 本文档签署完整，版本正确，无重大需求变更，变更手续齐全 | P0 | +| ACC-002 | 设计文档验收 | 硬件原理图、PCB设计文件、BOM表、软件设计文档、测试大纲齐全，版本与交付产品一致 | P0 | +| ACC-003 | 交付文档验收 | 用户手册、运维手册、出厂测试报告、认证证书齐全，内容完整 | P0 | +| ACC-004 | 源码交付验收 | 嵌入式源码、驱动源码、工程文件齐全，可正常编译，注释完整，与交付固件版本一致 | P1 | + +### 7.3 功能验收标准 +【与第3章功能性需求一一对应，示例如下】 + +| 验收项编号 | 对应需求编号 | 验收项名称 | 测试方法 | 合格标准 | 优先级 | +|------------|--------------|------------|----------|----------|--------| +| ACC-FUN-001 | FUN-001-01 | 模拟量采集功能测试 | 1. 给8路AI通道分别输入4mA、12mA、20mA标准电流信号
2. 读取设备采集的工程值，计算采样误差
3. 配置采样频率为10Hz、100Hz、1kHz，验证采样频率 | 1. 所有通道采样误差≤±0.2%FS
2. 采样频率配置生效，无丢包
3. 通道量程配置与校准功能正常 | P0 | +| ACC-FUN-002 | FUN-002-01 | 继电器控制功能测试 | 1. 通过上位机发送继电器闭合/断开指令
2. 测试手动控制与自动逻辑控制功能
3. 测试继电器动作延时功能 | 1. 继电器动作准确，无误动作
2. 手动/自动模式切换正常
3. 延时配置生效，误差≤10ms | P0 | +| 【其他功能验收项】 | 【对应需求编号】 | 【验收项名称】 | 【测试方法】 | 【合格标准】 | 【优先级】 | + +### 7.4 性能验收标准 +【与第4.1节性能需求一一对应】 + +| 验收项编号 | 对应需求编号 | 验收项名称 | 测试方法 | 合格标准 | 优先级 | +|------------|--------------|------------|----------|----------|--------| +| ACC-PER-001 | 4.1节 | 中断响应时间测试 | 【测试方法】 | 中断响应时间≤1ms | P0 | +| ACC-PER-002 | 4.1节 | MTBF可靠性测试 | 【测试方法】 | MTBF≥50000小时 | P0 | +| 【其他性能验收项】 | 【对应需求编号】 | 【验收项名称】 | 【测试方法】 | 【合格标准】 | 【优先级】 | + +### 7.5 环境与可靠性验收标准 +【与第4.2、4.3节需求一一对应】 + +| 验收项编号 | 验收项名称 | 测试方法 | 合格标准 | 优先级 | +|------------|------------|----------|----------|--------| +| ACC-ENV-001 | 高低温工作测试 | 按GB/T 2423.1，-40℃低温存放2h，通电工作2h；按GB/T 2423.2，+85℃高温存放2h，通电工作2h | 设备全程正常运行，无死机、无重启、采集精度无超差 | P0 | +| ACC-ENV-002 | EMC静电放电测试 | 按GB/T 17626.2，接触放电±6kV，空气放电±8kV | 设备无死机、无重启、无数据异常，测试后功能正常 | P0 | +| ACC-ENV-003 | 长期运行稳定性测试 | 设备7*24小时连续通电运行，全通道采集，正常通信 | 无死机、无重启、无内存泄漏、无数据丢失，时钟误差≤±5s | P0 | +| 【其他环境验收项】 | 【测试方法】 | 【合格标准】 | 【优先级】 | + +### 7.6 安全与合规验收标准 +【与第4.5节安全需求一一对应】 + +| 验收项编号 | 验收项名称 | 测试方法 | 合格标准 | 优先级 | +|------------|------------|----------|----------|--------| +| ACC-SAF-001 | 电气安全绝缘测试 | 用耐压测试仪测试电源输入与外壳之间的绝缘电阻 | 绝缘电阻≥10MΩ | P0 | +| ACC-SAF-002 | 固件安全校验测试 | 刷写篡改后的固件，验证安全启动功能 | 设备拒绝启动非法固件，自动恢复至原厂固件 | P1 | +| ACC-SAF-003 | 功能安全故障测试 | 模拟传感器断线、通信中断、程序跑飞等故障 | 设备立即进入安全状态，触发告警，无安全风险 | P0 | +| ACC-SAF-004 | 合规认证验收 | 检查产品对应的强制认证证书 | 认证证书在有效期内，型号与交付产品一致 | P0 | + +### 7.7 验收结论 +1. 所有验收项测试完成后，出具《验收测试报告》，明确测试结果 +2. 验收结果分为：验收合格、验收不合格、限期整改后复验 +3. 验收合格需供需双方授权代表签字盖章，正式生效 + +--- + +## 8 项目约束与交付要求 +【填写说明：本章为必填项，明确项目的硬性约束与最终交付物，避免交付纠纷】 + +### 8.1 项目里程碑约束 +| 里程碑编号 | 里程碑名称 | 交付内容 | 完成时间 | 验收标准 | +|------------|------------|----------|----------|----------| +| M1 | 需求评审完成 | 需求规格说明书签署版 | YYYY.MM.DD | 需求文档通过客户/内部评审 | +| M2 | 硬件设计完成 | 硬件原理图、PCB、BOM表 | YYYY.MM.DD | 硬件设计通过评审，打样完成 | +| M3 | 软件开发完成 | 固件、源码、软件设计文档 | YYYY.MM.DD | 功能测试通过率100% | +| M4 | 样机测试完成 | 样机、测试报告 | YYYY.MM.DD | 所有性能与可靠性测试通过 | +| M5 | 量产交付 | 量产产品、全套交付文档 | YYYY.MM.DD | 产品通过出厂验收与客户验收 | + +### 8.2 成本约束 +1. 量产BOM成本上限：【XX元/台】，核心器件选型不得超出预算 +2. 项目开发总成本上限：【XX万元】，包含硬件打样、软件开发、测试认证等所有费用 +3. 成本变更：任何超出成本上限的变更，必须履行正式的变更审批流程 + +### 8.3 供应链约束 +1. 核心器件选型必须为【工业级/车规级/消费级】，供货周期≤【XX周】 +2. 【国产化要求，如：主控芯片、核心模块必须为国产器件，国产化率≥XX%】 +3. 禁止选用停产、禁运、供货不稳定的器件，关键器件必须有备选方案 + +### 8.4 交付物清单 +| 交付类别 | 交付物名称 | 交付格式 | 数量 | 优先级 | 备注 | +|----------|------------|----------|------|--------|------| +| 硬件交付 | 量产产品整机 | 实物 | 【XX台】 | P0 | 含包装、配件 | +| 硬件交付 | 硬件原理图、PCB设计文件 | Altium Designer源文件、PDF | 1套 | P0 | 含完整设计工程 | +| 硬件交付 | BOM表、器件规格书 | Excel、PDF | 1套 | P0 | 含替代料清单 | +| 软件交付 | 产品量产固件 | Bin/Hex文件 | 1套 | P0 | 含版本号、校验值 | +| 软件交付 | 嵌入式完整源码、工程文件 | Keil/STM32CubeIDE工程、C源码 | 1套 | P1 | 含完整注释、编译说明 | +| 文档交付 | 需求规格说明书 | PDF签署版 | 1套 | P0 | 含变更记录 | +| 文档交付 | 硬件设计文档、软件设计文档 | PDF | 1套 | P0 | 含详细设计说明 | +| 文档交付 | 测试大纲、测试报告 | PDF | 1套 | P0 | 含所有测试项结果 | +| 文档交付 | 用户手册、运维手册 | PDF | 1套 | P0 | 含操作说明、故障排查 | +| 文档交付 | 产品认证证书 | PDF原件扫描件 | 1套 | P0 | 含强制认证证书 | + +--- + +## 9 知识产权与合规声明 +### 9.1 知识产权归属 +1. 本项目研发的全部硬件设计、软件源码、文档资料的知识产权归【归属方，如：甲方/XX公司】所有 +2. 未经授权，任何方不得擅自复制、修改、分发、商用本项目的相关成果 +3. 第三方开源软件的知识产权归原作者所有，使用遵循对应开源协议 + +### 9.2 开源合规声明 +1. 本项目使用的开源软件清单如下： + + | 开源软件名称 | 版本号 | 开源协议 | 使用场景 | 合规状态 | + |--------------|--------|----------|----------|----------| + | FreeRTOS | V10.4.6 | MIT | 操作系统内核 | 合规 | + | LWIP | V2.1.3 | BSD | TCP/IP协议栈 | 合规 | + | 【其他】 | 【版本】 | 【协议】 | 【场景】 | 【状态】 | + +2. 承诺所有开源软件的使用完全符合对应开源协议的要求，无侵权风险 +3. 禁止将GPL等传染性开源协议的代码用于闭源商用场景 + +### 9.3 合规声明 +1. 本产品设计、生产、销售完全符合国家相关法律法规、行业标准与强制认证要求 +2. 本产品符合RoHS环保标准，无有害物质超标 +3. 本产品无任何专利侵权、知识产权侵权行为，若发生侵权纠纷，由【责任方】承担全部责任 + +--- + +## 10 附录 +【可选章节，按需补充，不影响主文档核心逻辑】 +### 10.1 附录A：详细通信协议规范 +【补充完整的通信协议帧格式、命令定义、时序图、寄存器映射表】 +### 10.2 附录B：硬件参考设计 +【补充硬件原理图缩略图、PCB布局约束、核心器件规格书】 +### 10.3 附录C：测试用例大纲 +【补充完整的测试用例，与验收标准一一对应】 +### 10.4 附录D：客户需求确认函 +【补充客户签字确认的需求变更函、补充需求说明】 +### 10.5 附录E：其他补充说明 +【其他相关的补充资料、参考文档】 + +--- + +### 模板使用说明 +1. 本模板符合GB/T 9385-2008国家标准，适配工业级、消费级、车规级、军工级等全品类嵌入式项目，可根据项目规模灵活裁剪。 +2. 小型消费级项目：可裁剪功能安全、环境适应性、国产化等章节，聚焦核心功能、性能、功耗需求。 +3. 工业/车规/军工级项目：必须细化可靠性、功能安全、EMC、环境适应性、验收标准章节，可根据需求单独拆分子文档。 +4. 所有【】占位符需替换为项目实际内容，删除示例内容，确保文档的唯一性与准确性。 +5. 文档正式发布前必须履行内部评审、客户确认、审批签署流程，变更需遵循正式的变更管控流程。 \ No newline at end of file