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728
raw/DTU/站所终端项目需求.md
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@@ -0,0 +1,728 @@
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**文档版本**：V0.0.0
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**项目名称**：站所终端
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**保密等级**：内部公开
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**编制单位**：阜阳师范大学
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**编制人**：王建锋
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**审核人**：王建锋
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**批准人**：王建锋
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**发布日期**：
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**生效日期**：
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## 版本修订历史
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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 |
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| ------ | ---------- | ------ | --- | --- | --- | ---- |
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| V0.0.0 | 2026.06.01 | 初始版本发布 | | | | 正式生效 |
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## 目录
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1. 引言
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2. 总体描述
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3. 功能性需求
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4. 非功能性需求
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5. 接口需求
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6. 数据需求
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7. 验收测试标准
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8. 项目约束与交付要求
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9. 知识产权与合规声明
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10. 附录
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## 1 引言
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### 1.1 文档目的
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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。
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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。
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### 1.2 项目范围
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#### 1.2.1 包含范围
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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：
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* **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；
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* **核心功能2：** 满足信息安全防护要求，采用硬件国密芯片实现双向身份认证、数据加解密等功能，支持DL/T 634.5101/5104等标准通信规约；
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* **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。
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应用于 **国家电网所辖配电网开关站、环网柜、箱式变电站、电缆分支箱等全工况场景**，支撑配电自动化系统稳定运行。
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#### 1.2.2 不包含范围
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1. 上位机平台软件的开发与维护
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2. 产品现场安装的土建、布线工程
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3. 超出本协议约定的定制化功能开发
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4. 全套EMC、环境适应性（高低温/湿热/振动/盐雾）及绝缘耐压等型式试验（ **需委外**）。
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### 1.3 预期读者
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| 读者角色 | 阅读范围与用途 |
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| -------- | ------------------- |
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| 项目经理 | 全文，用于项目管控、里程碑验收 |
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| 硬件工程师 | 第2、4、5、7章，用于硬件原理图设计 |
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| 嵌入式软件工程师 | 第3、4、5、6、7章，用于软件开发 |
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| 测试工程师 | 第3、4、7章，用于测试用例编写与执行 |
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| 产品经理 | 全文，用于需求管控与客户对接 |
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| 认证机构 | 第4、7、9章，用于产品合规认证 |
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| 客户方对接人 | 全文，用于需求确认与交付验收 |
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### 1.4 参考文档
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- GB/T 9385-2008《计算机软件需求规格说明规范》
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- [GB/T 35732-2025《配电自动化终端技术规范》](相关标准/配电自动化终端技术规范.md)
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||||
- GB/T 36572-2018《电力监控系统网络安全防护导则》
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||||
- GB/T 14285-2023《继电保护和安全自动装置技术规程》
|
||||
- GB/T 14598.24-2017《量度继电器和保护装置 第24部分：电力系统暂态数据交换通用格式》
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||||
- DL/T 634.5101-2002《远动设备及系统 第5-101部分：传输规约》
|
||||
- DL/T 634.5104-2009《远动设备及系统 第5-104部分：传输规约》
|
||||
- GB/T 17215.321-2021《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）》
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||||
- GB/T 36276《电力储能用锂离子电池》
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||||
### 1.5 术语与缩写定义
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| 术语/缩写 | 全称与定义 |
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| ----- | -------------------------------------------- |
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| SRS | 需求规格说明书（Software Requirements Specification） |
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| RTOS | 实时操作系统（Real Time Operating System） |
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| MCU | 微控制单元（Microcontroller Unit），即主控芯片 |
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| MTBF | 平均无故障时间（Mean Time Between Failures） |
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| EMC | 电磁兼容（Electromagnetic Compatibility） |
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| OTA | 空中下载技术（Over-the-Air Technology），即远程固件升级 |
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| ADC | 模数转换器（Analog-to-Digital Converter） |
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| DTU | 站所终端 （Distribution Terminal Unit） |
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| SOE | 事件顺序记录(Sequence Of Events) |
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| FA | 馈线自动化(Feeder Automation) |
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### 1.6 需求优先级定义
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| 优先级 | 定义 |
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| --- | ----------------------------------------- |
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| 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 |
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| P1 | 重要需求，提升产品核心竞争力，必须在V0.1版本实现 |
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| P2 | 优化需求，不影响产品核心功能，可在后续迭代版本实现 |
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| 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 |
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## 2 总体描述
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### 2.1 产品愿景与核心目标
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#### 2.1.1 产品愿景
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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。
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#### 2.1.2 核心目标
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1. 功能目标：实现遥信、遥控、遥测、故障检测与保护，满足配电网业务需求。
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2. 性能目标：达到电压/电流引用误差≤0.5%，频率测量误差≤0.02Hz。
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3. 商业目标：量产 BOM 成本≤1500元、上市时间≤12个月
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4. 合规目标：严格符合 [GB/T 35732-2025](相关标准/配电自动化终端技术规范.md) 标准，通过国密信息安全认证，EMC、环境等委外试验合格。
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### 2.2 产品整体功能框架
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硬件层：
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```mermaid
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block-beta
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||||
columns 1
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a["硬件层"]
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block:zucheng
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b1["主控单元
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(STM32F407)"]
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b2["采集单元
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(TPAFE5160 +信号调理)"]
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b3["通信单元
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||||
(CH395H+PHY, 4G模块, RS485)"]
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||||
b4["电源管理单元
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(隔离DC-DC, 锂电池BMS)"]
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||||
b5["人机交互单元
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||||
(LED, 按键, LCD)"]
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||||
b6["存储单元
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||||
(SPI Flash, FRAM)"]
|
||||
end
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||||
```
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||||
软件层：
|
||||
```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"]
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||||
b3["通信协议模块(101/104)"]
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||||
b4["人机交互模块"]
|
||||
b5["固件升级模块"]
|
||||
b6["故障诊断与保护模块"]
|
||||
end
|
||||
```
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### 2.3 运行环境
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#### 2.3.1 硬件运行环境
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1. 核心硬件平台
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- **主控芯片**：STM32F407VGT6，Cortex-M4内核，主频168MHz（工业级，-40℃~85℃）。
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- **内存**：SRAM 192KB，外部 SDRAM ≥ 8MB（可选，预留接口）。
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||||
- **存储**：片内 Flash 1MB，外部 SPI Flash 2GB（存储历史数据、日志、固件）。
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||||
- **外挂ADC**：TPAFE5160（16位，SPI接口，用于高精度交流采样）。
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||||
- **核心外设**：8路16位ADC、4路RS485接口、2路以太网（10/100M）
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2. 供电要求
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- 供电电压：DC 24V（标称，容差-20%~+15%）。
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- 额定功率：整机功耗 ≤60VA`集中式结构-配电自动化终端技术规范GBT+35732-2025标准8.4.1.2`。
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||||
- 保护功能：反接保护、过压保护、过流保护、防浪涌/脉冲群。
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#### 2.3.2 软件运行环境
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1. 操作系统：RTthread
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2. 开发环境：Keil MDK 5
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3. 驱动与中间件：HAL库、CH395H驱动库、FatFS文件系统、国密算法库。
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#### 2.3.3 现场工况环境
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1. 气候环境`基于GB/T 35732-2025表1 C2级`
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- 工作温度范围：-40℃ ~ +70℃
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- 存储温度范围：-40℃ ~ +70℃
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- 工作相对湿度：10% ~ 98%
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- 工作海拔高度：1000m~3000m
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2. 机械环境`基于GB/T 35732-202 标准8.7`
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- 抗振动等级：【如：GB/T 2423.10，10-500Hz，2g加速度】
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||||
- 抗冲击等级：【如：GB/T 2423.5，半正弦波，15g，11ms】
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3. 防护等级`基于GB/T 35732-202 标准6.5.2`
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- 外壳防护等级：IP30 室内型
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4. 电磁环境`基于GB/T 35732-202 标准8.6 表7`
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- **静电放电抗扰度**：接触放电±8kV，空气放电±15kV。
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- **电快速瞬变脉冲群抗扰度**：电源口4kV，信号口2kV。
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- **浪涌抗扰度**：线对地4kV，线对线2kV。
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- **射频辐射电磁场抗扰度**：10V/m (80-1000MHz)，30V/m (1.4-2GHz)。
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### 2.4 用户特征
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1. **终端用户**：配电运维人员，负责日常监控、故障处理和报表查看。
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2. **配置用户**：主站系统管理员，负责参数整定、定值修改、策略配置。
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3. **运维用户**：现场维护工程师，负责设备安装、调试、更换、本地诊断。
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4. **权限划分**：三级权限。一级（只读）、二级（可修改运行参数）、三级（可配置所有参数及升级固件）。
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### 2.5 通用约束
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1. **成本约束**：量产 BOM 成本上限为 1500 元/台（不含机箱、线缆），核心器件选型不得超出成本预算。
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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
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3. **供应链约束**：核心器件必须为工业级（-40℃~85℃）。主控、ADC、协议栈芯片、4G模块、安全芯片优先选用国产器件，国产化率≥80%。
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4. **合规约束**：产品必须通过 GB/T 35732-2025 标准要求的各项试验。对于 **不具备自测能力的项目（EMC、环境、绝缘等）**，必须委外完成，并取得合格报告。
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5. **国产化约束**：主控芯片（ST）、ADC（TPAFE5160）、协议栈芯片（CH395F）、4G模块（移远EC20）、安全芯片（LKT系列）均为国产或成熟工业级芯片，满足国产化率要求。
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### 2.6 假设与依赖
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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；委外实验室排期正常。
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2. **项目依赖**：国密安全芯片的驱动及协议栈适配开发正常；第三方实验室可按时完成委外测试。
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## 3 功能性需求
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### 3.1 总体功能描述
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本产品为站所终端(DTU)，依据 **GB/T 35732—2025** 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 **人机交互、数据存储与管理**等辅助功能。功能清单如下：
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| 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 |
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| :------ | :-------- | :-- | :--- | :---------------------- |
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| FUN-001 | 数据采集功能 | P0 | V1.0 | 6.2.1测量控制功能 |
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| FUN-002 | 控制执行功能 | P0 | V1.0 | 6.2.1, 6.2.2故障处理 |
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| FUN-003 | 通信协议功能 | P0 | V1.0 | 6.2.3通信功能, 6.1.5对时 |
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| FUN-004 | 时间同步功能 | P0 | V1.0 | 6.1.5对时、定位、守时; 8.3通信和对时 |
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| FUN-005 | 数据存储功能 | P0 | V1.0 | 6.2.1.d, 6.2.2.l |
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| FUN-006 | 电源管理功能 | P0 | V1.0 | 6.2.4电源管理, 6.2.5后备电源 |
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| FUN-007 | 故障诊断与保护功能 | P0 | V1.0 | 6.2.2故障处理功能, 6.1.1自诊断 |
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| FUN-008 | 信息安全功能 | P0 | V1.0 | 5.6总体要求 |
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| FUN-009 | 人机交互与运维功能 | P1 | V1.0 | 6.1.3, 6.4运维功能 |
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| FUN-010 | 固件升级功能 | P1 | V1.0 | 6.4.1运维功能 |
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### 3.2 数据采集功能（FUN-001）
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#### 3.2.1 功能概述
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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
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**优先级：P0，实现版本：V0.0**
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#### 3.2.2 子功能需求
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| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 |
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| ---------- | ---------- | --- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ |
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| 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<br>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<br>3. 测量精度：<br>3.1 测量精度：1.2 倍标称值范围内，电压/电流引用误差≤0.5%<br>3.2.测量精度：有功 / 无功功率引用误差≤1%<br>3.3 测量精度：功率因数引用误差≤1%<br>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<br>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 |
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||||
| 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%<br>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<br>3. 采样数据带毫秒级时间戳，与交流量采集时间同步 |
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||||
| 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<br>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<br>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<br>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<br> |
|
||||
| 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<br>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<br>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 |
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||||
| 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<br>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<br>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 |
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||||
#### 3.2.3 输入要求
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||||
1. 输入信号类型：4-20mA电流信号、干接点DI信号
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||||
2. 输入信号范围：电流信号0~24mA，DI信号电平0~30V DC
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3. 配置参数输入：通道量程、采样频率、滤波参数、校准参数
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||||
#### 3.2.4 输出要求
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||||
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
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2. 状态输出：通道故障状态、超量程告警、信号丢失告警
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||||
3. 数据格式：32位浮点型工程值，16位整型原始值
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||||
#### 3.2.5 处理流程
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||||
1. 系统初始化后，按配置的采样频率启动ADC采集
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||||
2. 对原始采样数据进行数字滤波处理
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||||
3. 执行零点与量程校准，转换为工程值
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||||
4. 对数据进行合法性校验，判断是否超量程、信号异常
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||||
5. 将处理后的数据存入数据缓冲区，供其他模块调用
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||||
6. 异常状态触发告警，上报至故障诊断模块
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||||
#### 3.2.6 异常处理
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||||
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
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||||
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
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||||
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
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||||
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
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||||
#### 3.2.8 遥测量
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||||
* 交流通道
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* A/B/C相测量电流
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||||
* A/B/C相测量电压
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||||
* AB相电压
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||||
* AB相电压
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||||
* CA相电压
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||||
* 零序电流
|
||||
* 零序电压
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||||
* 遥测量直流通道
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||||
### 3.3 控制执行功能（FUN-002）
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||||
#### 3.3.1 功能概述
|
||||
接收并执行主站或本地发出的遥控命令，并支持本地手动操作（远方/就地切换），实现开关的分合闸控制，同时具备故障隔离与恢复功能
|
||||
#### 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 | 遥控输出 | P0 | 1. 支持多路继电器输出，触点容量满足标准8.1.5要求[1]：连续电流≥5A，短时(200ms)≥30A，最大断开容量(L/R=40ms)≥30W。<br>2. 保护与控制分开输出[1]（标准6.2.1.c）。 |
|
||||
| FUN-002-02 | 远方/就地切换 | P0 | 1. 具备远方/就地操作切换功能，切换不应影响保护分合闸出口功能[1]（标准7.3.2.a）。<br>2. 终端异常时（如自检失败），不应影响手动分合闸功能[1]（标准6.2.1.c）。 |
|
||||
| FUN-002-03 | 防跳跃与自保持 | P0 | 1. 配套断路器采用弹簧电动操作机构时，应具备防跳跃功能[1]（标准7.3.2.b）。<br>2. 应具备合闸、跳闸的自保持功能[1]（标准7.3.2.c）。 |
|
||||
| FUN-002-04 | 故障隔离与恢复 | P0 | 1. 与主站或相邻终端配合，实现集中型/就地型/分布式FA逻辑[1]（标准6.2.2.b）。<br>2. 支持重合闸与合闸后加速保护[1]（标准6.2.2.g）。 |
|
||||
#### 3.3.3 输入要求
|
||||
- 遥控指令：来自主站的101/104协议的遥控选择/执行命令，或本地面板的操作按钮。
|
||||
- 逻辑参数：FA策略、保护定值、防抖时间等
|
||||
#### 3.3.4 输出要求
|
||||
- 继电器状态输出：分/合闸继电器的驱动信号。
|
||||
- 返校信号：对主站遥控命令的成功/失败/超时应答。
|
||||
- 状态指示：对应的遥控输出指示灯
|
||||
#### 3.3.5 处理流程
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||||
- 接收遥控命令（选择-执行两步法或直接执行）。
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- 校验命令合法性（CRC、源地址、对象、权限）。
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- 执行返校（如果在选择阶段）。
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- 启动硬件看门狗，执行继电器动作。
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- 监控动作反馈（辅助触点），判断是否成功。
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- 生成SOE事件，并通过状态指示和SOE上送。
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#### 3.3.6 异常处理
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- **控制失效**：在规定时间内（如100ms）未收到反馈信号，判定为控制失败，闭锁该路输出，上送告警。
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- **通信中断**：停止执行远方遥控，进入安全状态，等待通信恢复。
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||||
- **电源异常**：检测到电源跌落或中断，强制保持所有遥控输出，进入安全状态。
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#### 3.3.7 硬件关联要求
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||||
- 关联硬件：外部继电器、光耦隔离驱动电路、操作把手/切换开关。
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- 硬件要求：继电器需满足标准8.1.5要求，驱动电路需具备电气隔离。
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### 3.4 通信协议功能（FUN-003）
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#### 3.4.1 功能概述
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实现DTU与配电自动化主站、本地设备（FA控制器、其他终端）的通信交互，支持多种通信方式与协议，实现数据上报、指令下发、参数配置等功能
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#### 3.4.2 子功能需求
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| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 |
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| :--------- | :-------------- | :-- | :---------------------------------------------------------------------------------- |
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| FUN-003-01 | IEC 60870-5-104 | P0 | 1. 通过CH395F芯片实现以太网通信，运行104协议与主站通信 [1]（标准6.2.3.b）。<br>2. 支持数据主动上报、总召、遥控、参数修改等所有标准功能。 |
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| FUN-003-02 | IEC 60870-5-101 | P0 | 1. 通过RS485串口运行101协议与主站或本地设备通信 [1]（标准6.2.3.b）。<br>2. 支持点对点、多点共线等多种网络拓扑。 |
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| FUN-003-03 | 4G无线虚拟专网 | P0 | 1. 通过外接4G模块（如EC20）建立APN通道，用于数据远传 [1]（标准6.2.3.a）。<br>2. 支持TCP/UDP通信，运行104协议。 |
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| FUN-003-04 | 对上电自动注册 | P1 | 宜支持上电自动向主站进行注册、自动识别及自动接入 [1]（标准6.2.3.c）。 |
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| FUN-003-05 | 通信模块复位 | P0 | 通信异常（如长时间无应答）时，支持通过硬件GPIO对4G模块或CH395H进行复位 [1]（标准6.1.4）。 |
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#### 3.4.3 输入要求
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- 协议指令：104/101协议的控制命令、参数设置命令、时间同步命令。
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- 配置参数：主站IP地址/端口、从站地址、通信参数（波特率、校验位）。
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#### 3.4.4 输出要求
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- 数据上报：根据协议规则，定时或定值变化时上送遥测、遥信、SOE、录波文件。
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- 协议帧：按照104/101协议格式的报文。
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#### 3.4.5 处理流程
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- 系统初始化，配置通信接口（以太网/RS485/4G）。
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- 建立与主站的连接（TCP客户端/服务端）。
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- 接收和解码主站协议帧。
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- 执行对应命令（控制、读取、设置）。
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||||
- 组织应答数据帧并回发。
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- 周期发送遥测/遥信，应用心跳保活。
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#### 3.4.6 异常处理
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- **通信中断**：启用断线重连机制，间隔时间可配置（如10s/30s/60s），直至连接恢复。
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- **校验错误**：丢弃错误报文，不回应答，等待下一帧有效报文。
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- **超时无应答**：执行本地异常处理（如闭锁遥控出口）。
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#### 3.4.7 硬件关联要求
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||||
- 关联硬件：CH395F芯片（以太网）、4G模块、RS485收发器（SP3485）。
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- 硬件要求：所有串口及以太网PHY需具备隔离防护（如光耦/变压器隔离）。
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### 3.5 时间同步功能（FUN-004）
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||||
#### 3.5.1 功能概述
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||||
依据**GB/T 35732-2025《配电自动化终端技术规范》**，DTU 作为安装在开关站、环网室、配电室、箱式变电站等场所的核心配电自动化终端，其时间同步功能是保障**SOE 事件顺序记录、故障录波、馈线自动化（FA）协同、保护动作时序、遥控操作溯源、数据采集时间戳**等核心业务准确运行的基础。本需求分析严格对标国标强制条款，明确 DTU 时间同步的功能、性能、接口、安全、运维及试验验证要求，覆盖产品全生命周期的设计、采购、检测与运维环节。
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||||
#### 3.5.2 子功能需求
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| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 |
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||||
| ---------- | --------- | --- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ |
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| FUN-004-01 | 多对时源支持 | P0 | 1. **主站对时:** 支持通过 DL/T 634.5101（串口）、DL/T 634.5104（以太网）规约接收配电自动化主站的对时命令，支持广播对时和点对点对时。<br>2. **卫星对时：** 支持北斗二代 / 三代 + GPS 双模卫星授时，优先采用北斗系统；支持接收 PPS（秒脉冲）+ 串口时间报文的组合授时方式。<br>3. **可选对时源：** 支持 NTP/SNTP 网络对时、IRIG-B 码对时（适用于多终端集中部署场景）。<br>4. **对时源优先级：** 可配置对时源优先级（默认：卫星对时＞主站对时＞本地守时），高优先级对时源恢复后自动切换，低优先级对时源仅在高优先级失效时启用。 |
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||||
| FUN-004-02 | 对时触发与控制 | P0 | 1. **自动触发：** 上电启动后 1min 内自动发起首次对时；支持可配置的周期对时（默认 1h，范围 1min~24h）。<br>2. **手动触发：** 支持主站远程强制对时、本地运维接口手动对时。<br>3. **异常触发**：当守时误差超过阈值（默认 1s，可配置）时，自动发起紧急对时。 |
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||||
| FUN-004-03 | 高精度守时功能 | P0 | 1. **正常供电守时：** 无外部授时信号时，依靠内部高精度时钟源（如温补晶振 TCXO）实现守时，24h 守时误差≤1s。<br>2. **电源中断守时：** 主电源失电切换至后备电源（蓄电池 / 超级电容）期间，守时功能不中断；后备电源耗尽后，时钟芯片应保留时间信息至少 72h（可选：配置纽扣电池实现永久时钟保持）。<br>3. **守时校准：** 每次成功对时后，自动校准内部时钟的频率偏差，提升长期守时精度。 |
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||||
| FUN-004-04 | 时间管理与异常处理 | P0 | 1. **时间戳服务：** 为所有遥测、遥信、遥控、SOE、故障录波数据提供毫秒级时间戳，时间格式采用 UTC+8，精确到 1ms。<br>2. **时间跳变防护：** 当对时调整量超过阈值（默认 1s，可配置）时，禁止直接跳变，应采用渐进式调整（如每秒调整 100ms）；调整过程中不产生错误的 SOE 事件和故障录波。<br>3. **异常告警：** 对时失败（连续 3 次对时无响应）、卫星信号丢失（持续 5min 无有效卫星信号）、守时误差超限、时钟硬件故障时，产生就地指示灯告警和远传告警信号。<br>4. **多间隔时间同步：** 分散式 DTU 的公共单元应向所有间隔单元下发统一时间，间隔单元与公共单元的时间差≤1ms。 |
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| FUN-004-05 | 定位功能 | P1 | 1. 集成卫星定位模块，支持北斗 / GPS 双模定位，地理位置定位误差≤15m。<br>2. 定位信息应随终端注册报文上送主站，支持主站远程查询终端经纬度、海拔信息。<br>3. 定位数据应与时间戳绑定，记录终端安装位置的变更时间。 |
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| FUN-004-06 | 时间同步日志管理 | P1 | 1. 记录所有对时事件：对时源、对时时间、调整前时间、调整后时间、对时结果（成功 / 失败）。<br>2. 记录时间异常事件：信号丢失、误差超限、硬件故障的发生时间和恢复时间。<br>3. 日志本地循环存储不少于 1000 条，支持主站远程调阅和导出。 |
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#### 3.5.3 性能需求
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| 性能指标 | 要求值 | 测试条件 |
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| --------- | ----- | ------------------- |
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| 卫星授时同步准确度 | ≤1ms | 卫星信号良好（≥4 颗有效卫星） |
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| 主站对时同步准确度 | ≤10ms | 通信链路正常，时延≤50ms |
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| 24h 守时误差 | ≤1s | 无任何外部授时信号，常温环境 |
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| SOE 事件分辨率 | ≤2ms | 同一终端内任意两个状态量变位 |
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| 多间隔同步误差 | ≤1ms | 分散式 DTU 公共单元与间隔单元之间 |
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| 地理位置定位误差 | ≤15m | 开阔地带，卫星信号良好 |
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| 时间戳精度 | ≤1ms | 所有带时间戳的数据 |
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#### 3.5.4 安全需求
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- 主站对时报文应采用**国家密码管理部门核准的商用密码算法**进行加密和身份认证，防止时间篡改和伪造对时命令。
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- 支持基于硬件密码模块或芯片的安全防护，实现与主站的双向身份认证。
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- 对时源白名单机制：仅允许授权的主站 IP 地址和卫星系统进行对时，拒绝未授权对时请求。
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- 时间同步参数的修改需进行权限验证，本地修改需输入密码，远方修改需主站授权。
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#### 3.5.5 运维需求
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- **参数配置**：支持本地和远方配置对时源优先级、对时周期、守时误差阈值、时间跳变阈值等参数；参数修改不影响终端正常运行。
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- **状态监测**：实时监测对时源状态（连接 / 断开）、卫星信号强度、同步精度、守时剩余时间、时钟硬件状态，所有状态信息可上送主站。
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- **固件升级**：支持时间同步模块固件的本地和远程升级，升级过程不丢失时间数据和配置参数。
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- **故障排查**：提供时间同步故障自诊断功能，能定位故障原因（如天线故障、卫星信号弱、主站通信中断），并生成故障告警信息。
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### 3.6 存储功能（FUN-005）
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#### 3.6.1 功能概述
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依据 **GB/T 35732-2025《配电自动化终端技术规范》**，DTU 作为安装在开关站、环网室、配电室、箱式变电站等场所的核心配电自动化终端，其数据存储功能是保障**运行数据追溯、故障分析定位、SOE 事件查询、保护定值管理、遥控操作审计、远程调阅核验、运维日志留存**等核心业务可靠运行的基础。本需求分析严格对标国标强制条款，明确 DTU 数据存储的功能、容量、时长、安全、运维及试验验证要求，覆盖产品全生命周期的设计、采购、检测与运维环节。
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#### 3.6.2 子功能需求
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| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 |
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| ---------- | --------- | --- | ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
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| FUN-005-01 | 多类型数据存储 | P0 | 1. **运行数据存储**：支持遥测（电压、电流、功率、频率等）、遥信（开关位置、保护信号等）循环存储，支持越限数据标记存储；<br><br>2. **故障数据存储**：支持故障录波数据（GB/T 14598.24 格式）、故障事件、故障前后电气量存储；<br><br>3. **事件记录存储**：支持 SOE 事件顺序记录、变位事件、告警事件存储；<br><br>4. **定值参数存储**：支持保护定值、运行参数、通信参数、配置文件永久存储；<br><br>5. **操作日志存储**：支持遥控操作、本地操作、远程维护、定值修改、升级日志存储；<br><br>6. **电能量数据存储**：支持有功 / 无功电能量、日冻结、小时冻结数据存储。 |
|
||||
| FUN-005-02 | 循环覆盖与存储策略 | P0 | 1. **循环存储**：历史运行数据、事件、日志采用循环覆盖机制，存满后自动覆盖最早数据；<br><br>2. **重要数据保护**：故障录波、SOE、定值、日志等重要数据优先存储，不被普通运行数据提前覆盖；<br><br>3. **掉电存储保护**：电源中断 / 切换过程中，正在写入的数据不损坏、已存储数据不丢失；<br><br>4. **分区存储**：运行数据、故障数据、日志、固件、参数分区独立管理，互不占用空间。 |
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||||
| FUN-005-03 | 远程与本地调阅 | P0 | 1. **远程调阅**：支持主站按时间、类型、通道号远程查询、筛选、下载存储数据；<br><br>2. **本地调阅**：支持本地运维接口（以太网 / RS485 / 无线）查看实时数据、历史数据、日志、录波文件；<br><br>3. **数据导出**：支持录波文件、SOE、日志以标准格式导出，不影响终端正常运行；<br><br>4. **断点续传**：大文件（录波、固件）下载支持断点续传，避免重复传输。 |
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||||
| FUN-005-04 | 存储异常处理 | P0 | 1. **空间不足告警**：存储空间使用率≥90% 时上送告警，≥95% 时强制清理非重要普通数据；<br><br>2. **存储故障自检**：支持 Flash / 存储芯片自检，异常时就地指示灯 + 远传告警；<br><br>3. **数据校验**：重要数据采用校验和 / CRC 校验，防止数据篡改与损坏；<br><br>4. **异常恢复**：存储异常复位后自动恢复参数与重要数据，不丢失关键配置。 |
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||||
| FUN-005-05 | 固件与版本存储 | P1 | 1. **固件存储**：支持存储当前运行固件与历史备份固件，至少保存 2 个版本；<br><br>2. **参数版本**：支持定值 / 参数多版本存储（不少于 3 个），支持版本回滚；<br><br>3. **升级安全**：升级过程中断电不损坏存储，升级失败可自动回退到上一可用版本。 |
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| FUN-005-06 | 扩展存储支持 | P1 | 1. 支持行波录波、绝缘监测、开关状态监测等扩展功能的数据存储；<br><br>2. 支持多间隔扩展存储，分散式 DTU 公共单元统一管理各间隔单元存储数据；<br><br>3. 支持分布式电源 / 储能 / 充电桩接入相关数据扩展存储。 |
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#### 3.6.3 性能需求
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||||
##### 故障录波高速写入需求
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||||
GB/T 35732-2025 6.2.2.l 明确要求 DTU 具备故障录波功能，录波格式遵循 GB/T 14598.24。典型故障录波参数：
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- 采样率：128 点 / 周波（6400 点 / 秒，50Hz 系统）
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- 通道数：16 通道（8 路电流 + 8 路电压）
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- 采样精度：16 位（2 字节 / 点）
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||||
- 录波时长：3 秒（故障前 0.5s + 故障后 2.5s）
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单次故障录波数据量 = 16 通道 × 6400 点 / 秒 × 2 字节 × 3 秒 = **614.4KB**。故障发生时，需在**100ms 内完成全部录波数据写入**（避免后续数据覆盖），因此最低写入速率要求：614.4KB × 8bit / 0.1s = **49.15Mbits/s**。考虑到故障录波同时可能伴随 SOE 事件写入、实时数据采集等并发操作，需预留至少 1 倍余量，因此要求 **≥100Mbits/s**。
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##### 固件远程升级效率需求
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GB/T 35732-2025 6.4.1 要求 DTU 支持远程固件升级。典型 DTU 固件大小为 16~32MB，若传输速率过低：
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- 32MB 固件以 50Mbits/s 传输需约 5.1 秒
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- 以 100Mbits/s 传输需约 2.6 秒
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- 以 400Mbits/s（GD5F2GQ5UE 的 QSPI 模式）传输仅需 0.6 秒
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32MB 固件区包含 256 个 128KB 块，若每个块擦除时间为 5ms，则总擦除时间为 1.28 秒；若为块擦除时间10ms，总擦除时间为 2.56 秒；若块擦除时间100ms，总擦除时间将达 25.6 秒，严重影响升级效率和系统可用性。
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||||
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**工程要求**：固件升级总时间（擦除 + 写入 + 校验）应≤30 秒，避免长时间占用通信链路和 CPU 资源。若传输速率低于 100Mbits/s，在通信不稳定场景下极易出现升级失败。
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##### 多任务并发访问需求
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DTU 运行时通常同时执行以下存储操作：
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- 实时数据写入（1 次 / 分钟）
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- SOE 事件突发写入
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- 主站历史数据读取
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- 日志追加写入
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若存储芯片带宽不足，会出现操作阻塞，导致 SOE 事件延迟、实时数据丢失等问题。100Mbits/s 的速率可保证 4~5 个并发操作同时进行而不出现瓶颈。
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##### SOE 分辨率的硬性约束
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GB/T 35732-2025 8.1.4.3 明确规定：**SOE 事件顺序记录分辨率≤2ms**。若页写入时间过长（如 1ms），则在写入过程中发生的 SOE 事件会被延迟记录，最坏情况下时间误差可达 1ms，再加上 CPU 处理延迟、中断响应延迟等，总误差可能超过 2ms 的标准要求。
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||||
**工程阈值**：页写入时间应≤SOE 分辨率的 1/4，即 2ms ÷ 4 = **500μs**，以保证足够的时间余量。
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##### 故障录波连续写入需求
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故障录波是连续数据流，若页写入时间过长，会导致缓存溢出，造成录波数据丢失。按 16 通道、128 点 / 周波计算，每秒产生 200KB 数据，对应每秒需写入 100 页（2KB / 页）。若页写入时间为 500μs，则 100 页写入总时间为 50ms，仅占 CPU 时间的 5%，不会影响其他任务；若页写入时间为 1ms，则占 CPU 时间的 10%；若超过 2ms，会导致 CPU 负载过高，系统卡顿。
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##### 历史数据循环覆盖需求
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GB/T 35732-2025 6.2.1.d 要求 DTU 具备历史数据循环存储功能。当存储空间满时，需擦除最早的块以写入新数据。若块擦除时间过长（如 20ms），则在擦除过程中，新产生的数据无法写入，可能导致数据丢失。特别是在故障频发时段，短时间内会产生大量 SOE 和录波数据，对擦除速度要求更高。
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**工程要求**：单次擦除操作应在系统可容忍的最大延迟内完成，通常为 5ms，以保证实时数据不丢失。
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| 性能指标 | 要求值 | 测试条件 |
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| ------------- | -------------------------- | ------------------------------------------------------------------------ |
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| 最小本地存储空间 | ≥128MB（基础版）；≥256MB（标准款） | 常温、正常供电，终端空载运行 |
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| 历史运行数据存储时长 | ≥15 天（1 次 / 分钟采样，全遥测 / 遥信） | 额定采样频率，循环存储模式 |
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| SOE 事件最大存储条数 | ≥10000 条 | 标准 SOE 格式，带毫秒级时间戳 |
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| 故障录波存储次数 | ≥50 次故障 | 16 通道、3s / 次，标准 COMTRADE 格式 |
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| 操作 / 告警日志存储条数 | ≥5000 条 | 含操作人、时间、内容、结果 |
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| 定值 / 参数存储 | 永久保存，掉电不丢失，≥3 个历史版本 | 断电重启、后备电源切换后 |
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| 固件存储版本数 | ≥2 个（当前版 + 备份版） | 远程升级、本地升级后 |
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| 数据读写可靠性 | 写入寿命≥10 万次，数据保存≥10 年 | 工业级存储芯片，常温环境 |
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| 掉电数据保持时间 | ≥10 年 | 无外部供电，芯片非易失性存储 |
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| 数据传输速率 | ≥100Mbits/s | 通过测量连续读写固定大小数据块的总时间，计算出实际传输速率 |
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| 页写入时间 | ≤500μs | 测量从发送 "页编程" 命令到芯片完成写入（R/B# 变高）的时间，即为单页写入时间。需测试**随机页写入**和**顺序页写入**两种情况 |
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| 块擦除时间 | ≤5ms | 测量从发送 "块擦除" 命令到芯片完成擦除（R/B# 变高）的时间，即为单块擦除时间。需测试**新块擦除**和**多次擦写后的块擦除**两种情况 |
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#### 3.6.4 安全需求
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- 重要数据（定值、参数、证书、日志）采用**加密存储**，使用国密算法加密，防止非法读取、篡改、伪造。
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- 支持存储访问权限控制：仅授权主站、本地运维账号可读取 / 修改 / 导出数据。
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- 存储参数、定值、日志文件具备防篡改与操作留痕，所有修改行为自动记入审计日志。
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- 故障录波、SOE、电能量等关键数据具备写保护机制，仅可追加不可删除。
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- 支持存储数据完整性校验，上电自动校验，异常立即上送告警。
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#### 3.6.5 运维需求
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- **参数配置**：支持本地 / 远方配置存储策略、循环覆盖阈值、重要数据保护策略、清理规则。
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- **状态监测**：实时监测总容量、已用容量、剩余容量、各分区使用率、存储芯片健康状态，可上送主站。
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- **数据管理**：支持主站远程清理普通历史数据，重要数据需授权才可清理；支持一键备份 / 恢复参数、定值。
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- **故障诊断**：支持存储故障自诊断，可定位芯片异常、空间不足、数据损坏、写入失败等原因并上送。
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- **远程维护**：支持远程导出录波、日志、SOE，远程备份 / 恢复配置，不影响终端正常采集与控制业务。
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### 3.7 电源管理功能（FUN-006）
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#### 3.7.1 功能概述
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管理双路供电电源和无缝切换至锂电池后备电源，监控电源状态，并在电源异常时提供告警。
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#### 3.7.2 子功能需求
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| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 |
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| :--------- | :-------- | :-- | :----------------------------------------------------------------------------------------------------- |
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| FUN-006-01 | 双路电源无缝切换 | P0 | 1. 任一路供电不足或消失时，终端能不间断正常运行 [1]（标准6.2.4.a）。<br>2. 无缝切换时间≤5ms，确保不触发MCU复位。 |
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| FUN-006-02 | 后备电源充放电管理 | P0 | 1. 采用符合GB/T 36276的锂电池组 [1]（标准8.4.2.3.d）。<br>2. 具备BMS（电池管理系统），实现智能充放电、状态监测与均衡。 |
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| FUN-006-03 | 后备电源状态监测 | P0 | 1. 监测电池电压、电流、温度、SOC、SOH等 [1]（标准6.2.4.c）。<br>2. 将电源状态信息上送主站。 |
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| FUN-006-04 | 自动切换与恢复 | P0 | 1. 主电源失电时，自动无缝切换到后备电源 [1]（标准6.2.4.b）。<br>2. 主电源恢复后，自动切回主电源供电，并对后备电源进行充电。 |
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| FUN-006-05 | 低功耗策略 | P1 | 1. 主电源跌落到90%标称值时，进入低功耗预警模式，停止非必要通信，仅维持核心功能。 |
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| FUN-006-06 | 容量保证 | P0 | 1. 后备电池在主电源失电后，应保证完成一次“分-合-分”操作并维持终端及通信模块至少运行4小时 [1]（标准8.4.2.1.a）。<br>2. 建议电池容量：24V/18Ah（基于40W典型功耗计算）。 |
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### 3.8 故障诊断与保护功能(FUN-007)
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#### 3.8.1 功能概述
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实现自诊断、故障检测与保护功能
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#### 3.8.2 子功能需求
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| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 |
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| :--------- | :-------- | :-- | :------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
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| FUN-007-01 | 自诊断与自恢复 | P0 | 1. 上电及周期自检：RAM、Flash、ADC、重要芯片及软件任务 [1]（标准6.1.1）。<br>2. 自检异常时，产生就地（LED/蜂鸣器）及远传（SOE）报警信号，并能自动复位。 |
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| FUN-007-02 | 短路与接地故障检测 | P0 | 1. 支持三段定时限过流保护和两段零序过流保护 [1]（标准6.2.2.g）。<br>2. 支持小电流接地保护，过渡电阻1kΩ应可靠动作 [1]（标准8.2.4）。<br>3. 电流整定准确度误差≤5%或0.05In [1]（标准8.2.1）。 |
|
||||
| FUN-007-03 | 重合闸与后加速 | P0 | 应具备重合闸和合闸后加速保护功能，防励磁涌流 [1]（标准6.2.2.g）。 |
|
||||
| FUN-007-04 | 故障录波 | P0 | 应具备故障录波功能，录波格式符合GB/T 14598.24 [1]（标准6.2.2.l）。 |
|
||||
| FUN-007-05 | 上电不误动 | P0 | 上电、断电、电压缓慢变化过程中，终端均不应误输出 [1]（标准6.1.2）。 |
|
||||
| FUN-007-06 | 防孤岛保护 | P1 | 应用于分布式电源接入点时，宜具备防孤岛保护功能 [1]（标准6.2.2.k）。 |
|
||||
### 3.9 信息安全功能(FUN-008)
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||||
#### 3.9.1 功能概述
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||||
满足GB/T 36572和国标5.6条要求，采用硬件国密安全芯片实现身份认证、数据加密和安全启动.
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||||
#### 3.9.2 子功能需求
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||||
| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 |
|
||||
| :--------- | :---- | :-- | :-------------------------------------------------------------------------------- |
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||||
| FUN-008-01 | 硬件加密 | P0 | 1. 外挂国密安全芯片（如LKT系列），通过SPI通信。<br>2. 实现SM2/SM3/SM4国密算法，用于密钥存储、身份认证和数据加密 [1]（标准5.6）。 |
|
||||
| FUN-008-02 | 安全启动 | P0 | 1. MCU启动时，由安全芯片验证Bootloader和固件的数字签名。<br>2. 签名验证失败，设备拒绝启动。 |
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||||
| FUN-008-03 | 安全通信 | P0 | 1. 与主站的通信链路（104 over TLS）需使用国密套件进行加密。<br>2. 实现与主站的双向身份认证。 |
|
||||
| FUN-008-04 | 日志审计 | P0 | 所有安全相关操作（登录、修改参数、升级）需记录审计日志，不可篡改。 |
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### 3.10 人机交互与运维功能(FUN-009)
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#### 3.10.1 功能概述
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||||
提供本地状态指示、操作界面和远程运维能力。
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||||
#### 3.10.2 子功能需求
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||||
| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 |
|
||||
| :--------- | :----- | :-- | :-------------------------------------------------------------------------------------------- |
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||||
| FUN-009-01 | 本地状态指示 | P1 | 1. 面板LED指示：运行、告警、通信、电源状态。<br>2. 明确不同状态的闪烁/常亮规则。 |
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||||
| FUN-009-02 | 本地运维接口 | P1 | 1. 提供RS232调试口，支持DL/T 634.5104协议进行本地维护 [1]（标准6.4.2）。<br>2. 应具有基于硬件加密或身份认证的安全防护措施 [1]（标准6.4.2）。 |
|
||||
| FUN-009-03 | 远程运维 | P1 | 1. 支持本地及远方查看实时/历史数据、修改参数/定值 [1]（标准6.4.1）。<br>2. 同上，需安全验证。 |
|
||||
| FUN-009-04 | 业务保持 | P1 | 1. 远方主站进行参数维护或定值整定时，终端应保持与其他主站的正常业务连接 [1]（标准6.4.3）。 |
|
||||
### 3.11 固件升级功能(FUN-010)
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||||
#### 3.11.1 功能概述
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||||
支持本地（串口/网口）和远程（以太网/4G）固件升级。
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||||
#### 3.11.2 子功能需求
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||||
| 子功能编号 | 子功能名称 | 优先级 | 详细需求描述 |
|
||||
| :--------- | :---- | :-- | :----------------------------------------------- |
|
||||
| FUN-010-01 | 本地升级 | P1 | 通过调试串口或网口，使用配套工具进行升级。 |
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||||
| FUN-010-02 | 远程升级 | P1 | 通过104协议或MQTT通道，接收主站下发的固件镜像，进行远程升级。 |
|
||||
| FUN-010-03 | 升级安全 | P1 | 1. 升级过程采用固件签名校验，防止非法固件刷入。<br>2. 支持升级失败自动回滚至上一版本。 |
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## 4 非功能性需求
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||||
【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】
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||||
### 4.1 性能需求
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||||
| 指标类别 | 量化指标要求 | 优先级 | 测试标准 |
|
||||
| :----- | :-------------------------------------------------------------------------------------------------- | :-- | :---------- |
|
||||
| 测量精度 | 1. 电压/电流引用误差≤0.5% [1]（标准8.1.1.2）<br>2. 频率测量误差≤0.02Hz [1]（标准8.1.1.3）<br>3. SOE分辨率≤2ms [1]（标准8.1.4.3） | P0 | 标准表比对、信号发生器 |
|
||||
| 保护动作精度 | 1. 电流整定值准确度：误差≤5%或0.05In [1]（标准8.2.1）<br>2. 时间整定值准确度：误差≤1%或40ms [1]（标准8.2.3） | P0 | 继保仪 |
|
||||
| 对时精度 | 1. 卫星同步：优于1ms [1]（标准8.3.1）<br>2. 无授时守时：24h ≤1s [1]（标准8.3.2） | P0 | 授时测试仪 |
|
||||
| 无故障时间 | MTBF ≥ 50,000小时 [1]（标准8.9） | P0 | GJB 899A |
|
||||
### 4.2 可靠性与可用性需求
|
||||
| 指标类别 | 量化指标要求 | 优先级 |
|
||||
| :------ | :-------------------------------------------------------------- | :-- |
|
||||
| 容错与自愈 | 1. 通信中断自动重连，重连间隔可配置。<br>2. 硬件+软件（IWDG / WWDG）双重看门狗，跑飞后100ms内复位。 | P0 |
|
||||
| 掉电保护 | 1. 意外掉电不影响固件和参数。<br>2. 掉电检测响应时间≤1ms，立即执行安全状态。 | P0 |
|
||||
| 长期运行稳定性 | 1. 出厂前≥72h连续通电试验（标准8.8）<br>2. 连续运行30天，时钟误差≤±5s。 | P0 |
|
||||
### 4.3 环境适应性需求
|
||||
| 指标类别 | 测试指标与合格标准 | 优先级 | 验证方式 |
|
||||
| :--------- | :-------------------------------------------------- | :-- | :--- |
|
||||
| 高/低温工作 | -40℃~+70℃，按GB/T 2423执行，设备功能正常，误差不超差 [1]（标准7.1.1.1）。 | P0 | 委外 |
|
||||
| 湿热 | 40℃/93%RH恒定湿热，绝缘电阻≥1MΩ [1]（标准8.5.1.2）。 | P0 | 委外 |
|
||||
| 机械振动 | 2~9Hz振幅0.3mm，9~500Hz加速度1m/s²，后功能正常 [1]（标准8.7）。 | P0 | 委外 |
|
||||
| 电磁兼容 | 满足表7要求，见第2.3.3节。 | P0 | 委外 |
|
||||
| 防护等级(IP55) | 按GB/T 4208测试，满足外壳防护要求 [1]（标准6.5.2）。 | P0 | 委外 |
|
||||
### 4.4 功耗需求
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||||
| 工作模式 | 量化功耗指标 | 优先级 | 测试条件 |
|
||||
| :---- | :------------------------------- | :-- | :------------------------ |
|
||||
| 正常运行 | 整机功耗 ≤ 60VA（集中式结构）[1]（标准8.4.1.2） | P0 | 全通道采集，正常通信（不含4G模块高功耗全速上传） |
|
||||
| 低功耗模式 | 主电源供电不足时，进入低功耗预警模式。 | P1 | 停止非必要外设和通信 |
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||||
### 4.5 安全需求
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||||
#### 4.5.1 功能安全需求
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||||
- **安全等级**：不强制要求SIL/ASIL等级，但需满足国标要求。
|
||||
- **安全机制**：所有致命故障发生时，系统 **必须进入预设的安全状态**（如：保持所有遥控输出、点亮告警灯、上送告警SOE）。
|
||||
#### 4.5.2 信息安全需求
|
||||
- **固件安全**：支持安全启动，固件加密与签名校验。
|
||||
- **数据安全**：采用硬件国密芯片实现数据加密和身份认证 配电自动化终端技术规范GBT+35732-2025.docx（标准5.6）。
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||||
- **访问控制**：三级用户权限，密码强度校验。
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||||
- **审计日志**：记录所有关键操作，不可篡改。
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||||
#### 4.5.3 电气安全需求
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||||
- **绝缘电阻**：满足表3和表4要求 配电自动化终端技术规范GBT+35732-2025.docx（标准8.5.1）。
|
||||
- **介质强度**：电源回路2kV/1min，信号回路根据绝缘等级 配电自动化终端技术规范GBT+35732-2025.docx（标准8.5.2）。
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||||
- **防反接、过压、过流保护**：所有电源输入端口必须具备。
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||||
### 4.6 可维护性与可扩展性需求
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||||
- **固件升级**：支持本地（串口/网口）和远程升级，支持失败自动回滚。
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||||
- **模块化设计**：硬件采用核心板+底板；软件采用模块化设计。
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||||
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### 4.7 人机交互需求
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- **指示灯**：运行（绿色，1Hz闪烁）、告警（红色，常亮或快闪）、通信（绿色，随数据闪烁）、电源（绿色，常亮）。
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||||
- **按键**：复位键、功能键（恢复出厂设置或进入维护模式）。
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||||
- **显示屏**：可选配LCD或OLED，用于显示设备状态、IP地址、告警信息等。
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||||
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---
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||||
## 5 接口需求
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||||
### 5.1 硬件接口需求
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||||
| 接口名称 | 接口类型 | 引脚定义 | 数量 | 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 3:PE | 1 | DC 24V | 最大电流5A | - | 需与信号隔离 | P0 |
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||||
| 以太网接口 | RJ45 | 标准8P8C | ≥2 | 10/100M | 全双工 | IEC 104 | 变压器隔离1.5kV | P0 |
|
||||
| RS485串口 | 接线端子 | 1:A 2:B 3:GND | ≥4 | RS485差分 | 1200~115200bps | IEC 101 | 光耦隔离2.5kV | P0 |
|
||||
| 模拟量采集(交流) | 接线端子 | 电压/电流输入 | 12路 | 100V/5A | - | - | 互感器隔离 | P0 |
|
||||
| 开关量输入 | 接线端子 | 无源触点 | 16路 | DC 24V | - | - | 光耦隔离2.5kV | P0 |
|
||||
| 继电器输出 | 接线端子 | NO/COM/NC | 8路 | 无源 | AC 250V/5A | - | 光耦隔离2.5kV | P0 |
|
||||
| 调试/升级口 | RJ45/接线端子 | UART | 1 | TTL 3.3V | 115200bps | - | 无 | P1 |
|
||||
| 4G天线 | SMA | - | 1 | - | - | - | - | P0 |
|
||||
| 北斗/GPS天线 | SMA | - | 1 | - | - | - | - | P0 |
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||||
#### 以太网接口
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||||
为了满足`GB/T 35732—2025：数据远传、本地接入、本地运维三业务并行`:
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||||
* **国网集中式 DTU**：RJ45 以太网口 **≥2 个**
|
||||
* **国网分散式 DTU 公共单元**：RJ45 以太网口 **≥3 个**
|
||||
* **国网分散式 DTU 间隔单元**：RJ45 以太网口 **≥2 个**
|
||||
* **南网 DTU（通用）**：RJ45 以太网口 **≥2 个**
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||||
* 以太网接口支持 **10/100Mbps** 自适应
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||||
#### 电源输入接口
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||||
* FTU 整机功耗不应大于 30VA。
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||||
* DTU 采用集中式结构时整机功耗不应大于 60VA。
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||||
* DTU 采用分散式结构时，间隔单元整机功耗不应大于15 W，公共单元整机功耗不应大于 20 W。
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||||
* TTU 整机功耗不应大于25VA。
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||||
#### 串口通信接口
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||||
* 商品型号:`JL15EDGKNRM-38112G01`
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||||
* 商品封装: 弯插,P=3.81mm
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||||
* 商品编号: C5371736
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||||
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六个端口的分配：
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| 序号 | P1 | P2 |
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| --- | ------ | ------ |
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| 1 | 232TX1 | 232TX3 |
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||||
| 2 | 232RX1 | 232RX3 |
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| 3 | GND | GND |
|
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| 4 | | |
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||||
| 5 | 485A | |
|
||||
| 6 | 485B | |
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||||
#### 板子间连接插口
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||||
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||||
* 商品型号:`9001-11961C00A`
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||||
* 商品封装: 弯插,P=2.54mm
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||||
* 商品编号: C5173361
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||||
### 5.2 软件接口需求
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||||
#### 5.2.1 驱动层接口
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||||
1. ADC驱动接口
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||||
- 接口函数：`uint16_t ADC_Read(uint8_t ch);`
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||||
- 功能：读取指定通道的ADC原始采样值
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||||
- 输入参数：`ch` - 通道编号，范围0~7
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||||
- 返回值：16位ADC原始采样值
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||||
- 调用约束：调用前需完成ADC初始化，通道必须使能
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||||
2. GPIO驱动接口
|
||||
- 【按上述格式，填写所有外设驱动的接口定义】
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||||
#### 5.2.2 模块间接口
|
||||
1. 数据采集模块→数据处理模块接口
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||||
- 数据结构：`typedef struct {uint8_t ch; float value; uint32_t timestamp; uint8_t status;} ADC_Data_T;`
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||||
- 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
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||||
【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
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||||
【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】
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||||
#### 5.3.1 Modbus RTU协议规范
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||||
1. 帧格式：从站地址(1Byte) + 功能码(1Byte) + 数据段(NByte) + CRC校验(2Byte)
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||||
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
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||||
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】
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||||
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
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||||
1. 服务端地址：可配置，默认【填写默认地址】
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||||
2. 端口号：1883（非加密）、8883（TLS加密）
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||||
3. ClientID规则：设备唯一SN号
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4. 主题定义：
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- 数据上报主题：`/device/[SN]/data/report`
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- 指令下发主题：`/device/[SN]/cmd/down`
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- 状态上报主题：`/device/[SN]/status/report`
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||||
5. QoS等级：默认QoS 1，支持QoS 0/QoS 2可配置
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||||
6. 保活时间：默认60s，可配置
|
||||
#### 5.3.3 其他通信协议
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||||
【按上述格式，填写CANopen、Profinet、LoRaWAN等其他协议的详细规范】
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### 5.4 人机交互接口
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【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】
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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】
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||||
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】
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||||
3. 指示灯接口：【如：4路LED指示灯，高电平点亮，引脚定义：PC0~PC3】
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||||
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---
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||||
## 6 数据需求
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### 6.1 数据类型与规格
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| 数据类别 | 数据类型 | 取值范围 | 精度 | 单位 | 存储周期 | 优先级 |
|
||||
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
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||||
| 模拟量采集数据 | 浮点型 | 标称值0~120% | 0.5% [1] | V, A, W | 本地存储1个月（1min/点） | P0 |
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| 开关量状态数据 | 布尔型 | 0/1 | - | - | 变位即存 | P0 |
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| SOE事件数据 | 结构体 | 变位信息+时间戳 | ≤2ms | - | 永久存储，≥10000条 | P0 |
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| 故障录波数据 | COMTRADE | 故障前后波形 | - | - | 永久存储，≥50次 | P0 |
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| 定值/参数数据 | 结构体 | - | - | - | 永久存储，掉电不丢 | P0 |
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| 操作/告警日志 | 结构体 | 操作信息+时间戳 | - | - | 循环存储，≥5000条 | P0 |
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### 6.2 数据处理需求
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- **校准**：软件校准（零点、增益），校准参数需保存并掉电保护。
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- **滤波**：数字滤波（根据应用配置）。
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- **转换**：ADC原始值到工程值的线性转换。
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- **校验**：OC jump、数据有效性检查。
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### 6.3 数据存储需求
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||||
- **存储介质**：外部SPI Flash 2G + MCU内部Flash。
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||||
- **掉电保护**：所有写入重要数据时需保证原子性，防止写一半掉电损坏。
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||||
- **存储寿命**：采用损耗均衡算法，延长Flash寿命。
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||||
### 6.4 数据上报需求
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||||
- **上报方式**：定时自动上报、变化触发上报、事件触发上报、主站轮询/召测。
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||||
- **断网续传**：通信中断时，数据缓存在SPI Flash中，恢复后自动续传（支持补传策略）。
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## 7 验收测试标准
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### 7.1 验收总则
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||||
- 所有P0级功能、性能需求必须100%通过测试，P1级通过率≥90%方为验收合格。
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- 要求 **出具委外测试报告**（环境、EMC、绝缘等），并电科院或第三方机构 **符合GB/T 35732-2025的检测报告**。
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||||
- 所有验收项必须具备明确的测试方法与合格标准。
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### 7.2 文档验收标准
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||||
* **ACC-001**：需求文档、设计文档、开发文档、测试报告、用户手册齐全，签署完整。
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||||
### 7.3 功能验收标准
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||||
| 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 |
|
||||
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
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||||
| ACC-FUN-001 | FUN-001-01 | 交流电压/电流精度 | 输入标称值，用标准表比对 | 引用误差≤0.5% [1] | P0 |
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||||
| ACC-FUN-002 | FUN-002-01 | 遥控功能 | 发送遥控指令，观察继电器动作和反馈 | 动作成功，无误动，反馈正确 | P0 |
|
||||
| ACC-FUN-003 | FUN-003-01 | IEC 104协议一致性 | 与模拟主站通信，测试所有功能码 | 通信正常，数据收发正确 | P0 |
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||||
### 7.4 性能验收标准
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||||
| 验收项编号 | 验收项名称 | 测试方法 | 合格标准 | 优先级 |
|
||||
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
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||||
| ACC-PER-001 | SOE分辨率 | 用信号发生器同时触发两路变位，记录 | ≤2ms [1] | P0 |
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||||
| ACC-PER-002 | 守时精度 | 断开外部授时24h，观察时钟误差 | ≤1s [1] | P0 |
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||||
### 7.5 环境与可靠性验收标准
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||||
| 验收项编号 | 验收项名称 | 测试方法 | 合格标准 | 优先级 |
|
||||
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
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||||
| ACC-ENV-001 | 高低温工作 | -40℃和+70℃下运行 | 工作正常，精度不超差 | P0 |
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||||
| ACC-ENV-002 | EMC静电放电 | 接触±8kV，空气±15kV | 功能正常，性能不降级 | P0 |
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||||
| ACC-ENV-003 | 连续通电 | 72小时连续运行 | 无死机/重启/数据丢失 | P0 |
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||||
### 7.6 安全与合规验收标准
|
||||
| 验收项编号 | 验收项名称 | 测试方法 | 合格标准 | 优先级 |
|
||||
| :---------- | :---- | :---------- | :------------ | :-- |
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||||
| ACC-SAF-001 | 绝缘耐压 | 2kV/1min | 无击穿，泄漏电流≤5mA | P0 |
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||||
| ACC-SAF-002 | 国密功能 | 验证安全芯片认证、加密 | 功能正常，可与主站安全通信 | P0 |
|
||||
### 7.7 验收结论
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||||
所有验收项通过后，由供需双方签署验收报告，产品正式交付。
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||||
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---
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||||
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## 8 项目约束与交付要求
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||||
### 8.1 项目里程碑约束
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- **M1**：需求评审完成（当前文档签署版）。
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||||
- **M2**：硬件设计完成（原理图、PCB、BOM评审）。
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||||
- **M3**：软件开发完成（固件、源码、软件设计文档）。
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||||
- **M4**：样机测试完成（内部功能、性能测试）。
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||||
- **M5**：委外测试完成（EMC、环境、绝缘等）。
|
||||
- **M6**：量产交付（产品、全套交付文档）
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||||
### 8.2 成本约束
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||||
量产BOM成本上限：≤1500元/台。
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### 8.3 供应链约束
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||||
- 核心器件（主控、ADC、协议栈、安全芯片、4G）必须工业级，优先国产化。
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||||
- 禁止选用停产或供货不稳定的器件，关键器件必须有备选。
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||||
### 8.4 交付物清单
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||||
| 交付类别 | 交付物名称 | 交付格式 | 数量 | 优先级 |
|
||||
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
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| 硬件 | 量产产品整机 | 实物 | 按合同 | P0 |
|
||||
| 硬件 | 原理图、PCB、BOM | 电子文档 | 1套 | P0 |
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| 软件 | 量产固件(Hex/Bin) | 电子文件 | 1份 | P0 |
|
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| 软件 | 嵌入式完整源码 | 工程文件 | 1份 | P1 |
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| 文档 | 需求规格说明书 | PDF | 1份 | P0 |
|
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| 文档 | 设计、测试、用户手册 | PDF | 1套 | P0 |
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| 报告 | 内部/外部测试报告 | PDF | 1套 | P0 |
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| 证书 | EMC、环境、绝缘等 | 扫描件 | 1份 | P0 |
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## 9 知识产权与合规声明
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- **知识产权归属**：归甲方/项目开发方所有。
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- **开源合规**：使用的FreeRTOS（MIT）、LwIP（BSD）等符合开源协议，无侵权风险。
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- **合规声明**：本产品设计符合国家法律法规、GB/T 35732-2025等标准及强制认证要求。
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## 10 附录
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【可选章节，按需补充，不影响主文档核心逻辑】
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### 10.1 附录A：详细通信协议规范
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【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】
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### 10.2 附录B：关键器件选型清单
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| 功能模块 | 推荐型号 | 说明 |
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| 主控MCU | STM32F407VGT6 | 工业级，-40~85℃ |
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| 外挂ADC | TPAFE5160 | 16位精度，SPI接口 |
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| 硬件协议栈 | CH395H | 内置TCP/IP，减轻MCU负担 |
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| 4G模块 | EC20 | 支持LTE，支持GPS/北斗 |
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| 国密安全芯片 | LKT2106 | 支持SM2/SM3/SM4 |
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| 后备电池 | 24V/18Ah锂电池 | 符合GB/T 36276 |
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| 电源管理 | TPS系列+隔离模块 | BMS由电池自带或外扩 |
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| 存储 | W25Q128 | 16MB SPI Flash |
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| 授时模块 | Ublox NEO-M9N | 北斗+GPS双模 |
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### 10.3 附录C：测试用例大纲
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【补充完整的测试用例，与验收标准一一对应】
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### 10.4 附录D：客户需求确认函
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【补充客户签字确认的需求变更函、补充需求说明】
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### 10.5 附录E：其他补充说明
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【其他相关的补充资料、参考文档】
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### 模板使用说明
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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。
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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。
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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。
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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。
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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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