随着全球能源结构的调整,电力能源在能源供应中的比重逐年上升,国家电网提出了建设世界一流具有全球竞争力的电力能源互联网的战略目标。泛在电力物联网的建设是最为关键的一步,近年国家在泛在电力物联网的建设上投入了大量人力物力。智能电表在泛在电力物联网中充当智能传感器及智能终端的角色,是构成泛在电力物联网的重要基础。智能电表的发展和技术革新对泛在电力物联网的建设和发展极为重要。当代智能电表采用一体化结构设计,这种设计方式设计的智能电表存在诸多问题,如法制计量与非法制计量功能互相干扰、系统软件的重复使用率低、无法适应各种应用场景、不能实现功能模组的扩展等。因此,本课题以嵌入式技术为基础,根据国家电网最新提出的“多芯模组化”的智能电表设计理念,参照国家单相智能电表相关标准,设计了新一代智能电表。与当代的电表相比采用了全新的结构。在硬件上,根据功能划分成计量模组、管理模组和功能扩展模组,并将法制计量功能与非法制计量功能分别放入计量模组和管理模组中实现,其他扩展功能模组化,使得法制计量功能和非法制计量功能互不干扰,在电表出现故障或场景发生切换时,可通过更换模组来解决。在软件上,将计量模组和管理模组的软件分离开来,管理模组加入了实时操作系统,实现了模组管理子系统,模组管理子系统用于模组的管理和抽象化,并且为系统提供统一的设备和模组操作接口。本文主要工作内容包括:（1）阅读并研究了大量单相智能电表相关的标准和国内外文献,总结了智能电表的研究背景与研究现状,分析了智能电表的市场需求,提出了当代智能电表需要解决的问题,明确了智能电表的需求并设计了新一代智能电表框架。（2）根据前期设计的硬件框架,完成了计量模组、管理模组、热拔插电路、模组接口、电源等硬件电路的设计。（3）在硬件的基础上,根据前期设计的软件框架,完成了一系列软件设计。主要内容包括模组管理子系统、协议库、实时操作系统、应用层的软件设计。应用层重点描述了校表、电力数据采集、时段费率分时计量、通信、人机交互功能的设计。模组管理用于模组热拔插管理并为模组驱动抽象成统一接口。子系统的设计思想源于服务发现机制,服务发现机制源自于分布式系统的服务注册机制,本系统创造性的将这一概念迁移到嵌入式系统中。（4）最后针对本文设计的智能电表进行一系列的试验。测试项目包含准确度试验、电气性能测试,以及进行了部分电磁兼容性试验。结果表明,本文所设计的智能电表满足设计要求。