软件架构设计是构建高质量软件系统的关键步骤，以下是系统化的设计方法和最佳实践：

一、设计原则

满足需求：

需同时满足功能性（如采集电压）和非功能性需求（如性能、安全性）。

实用性：

避免过度设计，确保架构能解决实际问题。

模块化与高内聚：

通过低耦合、高内聚设计提升可维护性和扩展性。

可测试性：

设计应便于单元测试和集成测试，确保各模块功能正确。

二、设计步骤

需求分析

- 明确功能需求（如采集电压、判断过压）和非功能需求（如响应时间、容错能力）。

- 与业务专家合作，通过用户故事、流程图等工具梳理需求。

架构选型

- 根据系统规模和复杂度选择架构模式，如分层架构、微服务架构或事件驱动架构。

- 考虑技术栈的成熟度、社区支持及维护成本。

模块划分

- 按功能或数据域划分模块，遵循单一职责原则，降低模块间依赖。

- 定义清晰的接口规范，确保模块间通信高效稳定。

静态设计

- 定义模块的静态结构（如类名、接口名），采用模块化设计原则。

- 绘制静态架构图，展示组件关系及交互接口。

动态行为设计

- 描述模块间的动态交互流程，包括时序逻辑和异常处理机制。

- 编写伪代码或流程图验证动态行为正确性。

安全与可靠性设计

- 集成安全机制（如权限控制、数据加密），防范潜在风险。

- 设计容错和恢复策略，确保系统在异常情况下稳定运行。

性能优化

- 通过算法优化、资源管理及负载均衡提升系统响应速度。

- 进行压力测试，验证性能瓶颈并及时调整。

三、设计方法

设计模式应用

- 使用工厂模式、观察者模式等解决常见问题，提高代码复用性。

- 参考设计模式库，选择最适合当前场景的解决方案。

原型与迭代

- 开发最小可行产品（MVP），通过原型验证核心概念。

- 根据反馈迭代优化架构，逐步完善功能。

文档与沟通

- 编写详细的设计文档，包括接口规范、架构图及部署指南。

- 定期与团队成员、利益相关者沟通架构进展，确保共识。

四、工具与实践

使用UML工具绘制架构图，辅助可视化设计。

采用敏捷开发方法，将架构设计融入迭代开发流程。

通过以上步骤和原则，可构建出兼具灵活性、可维护性和高性能的软件架构。