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dut--/站所终端项目需求.md
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2026-03-24 14:44:46 +08:00

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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：

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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】

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

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024mA，DI信号电平030V 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。
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