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# DLD110SV4 技术规格书
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> 单路线圈蓝牙车辆检测器 | 固件版本: V4.31 | 文档版本: V1.0
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> 本文档面向工程开发、系统集成及故障深度分析
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## 1. 系统架构
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### 1.1 硬件架构
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┌──────────────────────────────────┐
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线圈 ────────────┤ PA9 (TMR0) CH591R │
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│ 输入捕获 RISC-V ├──── PA8 (GPIO) ──────── RLY1 功能继电器
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│ 60MHz / 192KB │
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调频电容 ×2 ────┤ PA12/PA13 (GPIO) ├──── PB23 (GPIO) ─────── RLY2 存在继电器
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│ │
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滑动开关 ×2 ────┤ PA14/PA15 (GPIO) ├──── PB22 (GPIO) ─────── LEDA 绿灯
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│ │
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BLE ────────────┤ 内置 2.4GHz RF ├──── 小程序配置 + OTA
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└──────────────────────────────────┘
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```
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### 1.2 软件架构
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主循环轮询 (无 RTOS)
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├── TMR0 ISR — 线圈频率捕获 (FallEdge_To_FallEdge)
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│ ├── Xn = TMR0_CAPGetData() (直接获取周期)
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│ ├── LPCNT = 2^19 / Xn (自适应测量窗)
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│ └── CapCnt >= LPCNT → Value = ΣXn, CAP_OK = 1
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├── TMR1 ISR — 5ms 系统 tick (LED 驱动 + 50ms 状态机)
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├── cjq_srv() — 主循环服务
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│ ├── 线圈断开/重连检测
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│ ├── CAP_OK → vd1_task() (核心检测算法, ~8.74ms 周期)
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│ │ ├── IIR 滤波 (ALFA_CAP1=79/256, τ≈24ms)
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│ │ ├── 斜率限幅 (MAX_SLOPE_RATE=5%)
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│ │ ├── 基线跟踪 (500 窗口滑动平均, ~4.4s)
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│ │ ├── 进入确认 (ENTRY_CONFIRM=3 次)
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│ │ ├── 离开检测 (平坦性三条件 / cnt_release)
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│ │ └── 冻结超时恢复 (~8.7s + ±2% 稳定性检查)
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│ └── BLE 状态上报 (variation / frequent / car_state)
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└── BLE 协议栈 — DBN 命令解析 + 传感器数据上报
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## 2. 电气参数
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| 参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | 备注 |
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|------|--------|--------|--------|------|------|
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| 供电电压 (VDD) | 3.0 | 3.3 | 3.6 | V | CH591R 内核电压 |
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| 功耗 | — | 0.1 | 0.3 | W | BLE 广播 + 检测 |
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| 工作温度 | -40 | — | +85 | °C | 工业级 |
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| 存储温度 | -55 | — | +125 | °C | — |
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| 线圈电感范围 | 50 | 200 | 1000 | μH | 超出范围可工作但精度下降 |
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| 线圈频率范围 | 30 | 100 | 200 | kHz | — |
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| 线圈 Q 值 | 5 | — | — | — | 过低导致振荡不稳定 |
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| 继电器触点电压 | — | — | 250 | VAC | — |
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| 继电器触点电流 | — | — | 3 | A | — |
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| GPIO 输出电压 | 0 | 3.3 | 3.6 | V | CMOS 电平 |
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| GPIO 输出电流 | — | — | 25 | mA | 单引脚最大 |
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| BLE 发射功率 | — | 0 | +3 | dBm | 可配置 |
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| BLE 通信距离 | — | 30 | 100 | m | 无遮挡/有遮挡 |
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## 3. IO 引脚分配
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### 3.1 完整引脚表
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| 引脚 | 标识 | 功能 | 方向 | 外设 | 初始状态 | 备注 |
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|------|------|------|------|------|---------|------|
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| **PA9** | **LP** | 线圈频率捕获 | IN | **TMR0** | — | **核心输入** |
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| PA8 | RLY1 | 功能继电器 | OUT | GPIO PP | 0 (开路) | 存在/进入脉冲/离开脉冲 |
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| PB23 | RLY2 | 存在继电器 | OUT | GPIO PP | 0 (开路) | 固定存在输出 |
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| PB22 | LEDA | 绿灯 | OUT | GPIO PP | 0 (灭) | 有车/自检/故障指示 |
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| PA12 | FLEVEL_H | 调频电容 33nF | OUT | GPIO PP | — | 0=接入, 1=断开 |
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| PA13 | FLEVEL_L | 调频电容 10nF | OUT | GPIO PP | — | 0=接入, 1=断开 |
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| PA14 | KEY_SA1 | 灵敏度 bit0 | IN | GPIO, 上拉 | — | 滑动开关 |
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| PA15 | KEY_SA2 | 灵敏度 bit1 | IN | GPIO, 上拉 | — | 滑动开关 |
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### 3.2 调频电容组合
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| loopFreq_Level | FLEVEL_H (PA12) | FLEVEL_L (PA13) | 电容组合 | 说明 |
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|----------------|-----------------|-----------------|---------|------|
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| 0 (高频) | 0 | 0 | 33nF + 10nF | 总电容最大, 频率最低 |
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| 1 (中高) | 0 | 1 | 33nF | — |
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| 2 (中低) | 1 | 0 | 10nF | — |
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| 3 (低频) | 1 | 1 | 0 | 无外加电容, 频率最高 |
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> **注**：`0=接入电容`（低电平），`1=断开电容`（高电平）。调频档位由 BLE 配置参数 `loopFreq_Level` (1~4) 控制。
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### 3.3 滑动开关编码
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```c
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// SA1/SA2 读取与解码 (与 DLD154V4B 一致)
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SENS = 3 - (sw & 0x03);
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// SA2:SA1 = 11 → SENS = 0 (低灵敏)
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// SA2:SA1 = 10 → SENS = 1
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// SA2:SA1 = 01 → SENS = 2
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// SA2:SA1 = 00 → SENS = 3 (最高灵敏, BLE 灵敏度表)
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```
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附加灵敏度等级通过 BLE 配置 `g_loop_sens_list.sens[freq_level].sens_in/sens_out`，支持运行时覆盖。
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## 4. 检测算法
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### 4.1 频率测量
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#### 4.1.1 硬件链路
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DLD110SV4 使用 CH591R 内置 TMR0 输入捕获，直接捕获线圈振荡边沿周期（FallEdge_To_FallEdge）。
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| 对比项 | DLD154V4B (AT32F421) | DLD110SV4 (CH591R) |
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|--------|----------------------|---------------------|
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| MCU | Cortex-M4 @120MHz | RISC-V @60MHz |
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| 捕获外设 | TIM3_CH2 | TMR0 |
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| 分频 | DIV_2 (÷2) | 无 |
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| 捕获方式 | CapThis - CapLast 差分 | TMR0_CAPGetData() 直接返回 |
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| 定时器宽度 | 16-bit | 16-bit |
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#### 4.1.2 捕获流程
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```
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线圈边沿 → PA9 (TMR0)
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│
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▼
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TMR0 自由运行 (16-bit, 60MHz)
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└─ FallEdge_To_FallEdge → TMR0_CAPGetData() → Xn
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│
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▼
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TMR0 ISR:
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Xn == 0 → 除零保护, return
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LPCNT = MEASUREMENT_BASE / Xn (自适应窗口)
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if (LPCNT > 65535) return (Xn 毛刺保护)
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CapSum += Xn
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CapCnt++
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│
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CapCnt >= LPCNT ?
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YES → Value = CapSum (≈ MEASUREMENT_BASE)
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CapCnt = CapSum = 0
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loop1_CAP_OK = 1 (通知 vd1_task)
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```
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#### 4.1.3 关键常量
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```c
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#define MEASUREMENT_BASE 524288L // 2^19
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```
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| 线圈频率 | Xn @60MHz | LPCNT | 测量窗口 | Value 范围 |
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|---------|-----------|-------|---------|-----------|
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| 50 kHz | 1200 | 437 | ~7.3 ms | ~524400 |
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| 100 kHz | 600 | 874 | ~8.7 ms | ~524400 |
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| 150 kHz | 400 | 1311 | ~8.7 ms | ~524400 |
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| 200 kHz | 300 | 1748 | ~8.7 ms | ~524400 |
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> **设计要点**：LPCNT 自适应使不同频率下 Value 归一化到 ~524288，百分比阈值（灵敏度）直接适用，无需频率补偿。
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### 4.2 IIR 滤波
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```c
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#define ALFA_CAP1 79 // IIR α = 79/256 ≈ 0.31 (@8.74ms → τ≈24ms)
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// get_flt_value(): 通用一阶 IIR
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CAPVD = (|Value - CAPVD| * ALFA_CAP1) >> 8
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```
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| 参数 | 值 | 说明 |
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|------|-----|------|
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| α | 79/256 ≈ 0.31 | 指数平滑系数 |
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| τ | ~24ms @8.74ms tick | 3 次更新达 63% |
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| 噪声抑制 | 良好 | 单次野值影响 < 31% |
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进入确认：CAPVD 连续 ENTRY_CONFIRM=3 次低于阈值才判定有车。
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### 4.3 检测判据
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#### 4.3.1 灵敏度表
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灵敏度通过 BLE 配置的 `g_loop_sens_list` 表实现，支持 4 级频率档 × 多级灵敏度。滑动开关选择当前生效的灵敏度索引，BLE 可在线修改表值。
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| SENS (滑动开关) | 进入阈值 (sens_in/65536) | 离开阈值 (sens_out/65536) | 典型频偏 |
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|----------------|-------------------------|--------------------------|---------|
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| 0 (低) | ~0.33% | ~0.16% | 大车/高底盘 |
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| 1 (中) | ~0.16% | ~0.11% | 普通轿车 |
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| 2 (高) | ~0.055% | ~0.027% | 摩托车/小轿车 |
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#### 4.3.2 进入检测
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```c
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// CAPVD 连续 ENTRY_CONFIRM 次低于阈值才判定有车
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dlt_ORG = (Origin * sens_in) >> 16;
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if (CAPVD < Origin - dlt_ORG) {
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entry_cnt++;
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if (entry_cnt >= ENTRY_CONFIRM) { // 3 次连续确认
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VD_FLAG = 1; FLAG_IN = 1;
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entry_cnt = 0;
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}
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} else {
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if (entry_cnt > 0) entry_cnt = 0;
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}
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```
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| 参数 | 值 | 说明 |
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|------|-----|------|
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| ENTRY_CONFIRM | 3 | 连续确认次数 |
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| 进入响应 | ~530ms | 3×8.74ms 确认 + 500ms IN_DELAY |
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#### 4.3.3 离开检测（滞回）
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##### 模式 1：简单防抖 (USE_FLATNESS_EXIT=0)
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```c
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dlt_ORG = (Origin * sens_out) >> 16;
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if (CAPVD < Origin + dlt_ORG) {
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if (++cnt_release >= 3) { VD_FLAG = 0; FLAG_OUT = 1; }
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} else {
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cnt_release = 0;
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}
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```
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##### 模式 2：平坦性判定 (USE_FLATNESS_EXIT=1) — 默认
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基于专利 **CN200910309382**（中山大学），解决大车通行时频率多峰导致的多次误触发。
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**三条件判定**：频率回归基频 + 一阶导数近零 + 二阶导数近零，连续 FLAT_CONFIRM_CNT(3) 次全部满足。
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| 常量 | 值 | 含义 |
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|------|-----|------|
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| SLOPE_FLAT_THRESH | 350 | 斜率趋零判断阈值 (幅值基准 2^19) |
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| MIN_DELTA2 | 18 | Δ2 下限 |
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| MIN_DELTA3 | 7 | Δ3 下限 |
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| FLAT_CONFIRM_CNT | 3 | 平坦确认次数 |
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### 4.4 基线跟踪
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#### 4.4.1 斜率限幅
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```c
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#define MAX_SLOPE_RATE 5 // 单次最大变化 5%
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int32_t raw_delta = Value - CAPVD;
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int32_t max_step = CAPVD * MAX_SLOPE_RATE / 100;
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if (max_step < 100) max_step = 100; // 最小限幅，防止低 Origin 时锁死
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if (raw_delta > max_step) raw_delta = max_step;
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if (raw_delta < -max_step) raw_delta = -max_step;
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CAPVD = get_flt_value(CAPVD + raw_delta, CAPVD);
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```
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EMI/闪电等瞬态干扰被截断，真实车辆信号不受影响。
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#### 4.4.2 基线更新速率（两阶段）
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| 阶段 | 窗口 | 周期 | 用途 |
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|------|------|------|------|
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| 稳定期 (`!g_loop_stable`) | 100 | **~0.9s** | 绕过 IIR/限幅，快速收敛 |
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| 正常运行 | 500 (WINDOW_ORIGIN) | **~4.4s** | 强噪声抑制，稳定跟踪 |
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#### 4.4.3 冻结超时恢复
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| 常量 | 值 | 说明 |
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|------|-----|------|
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| 冻结触发阈值 | dlt_ORG × 4 | CAPVD 偏离 Origin 的倍数 |
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| FREEZE_TIMEOUT | 1000 | ~8.7s @8.74ms/tick |
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| FREEZE_STABILITY_RATE | 2 | 稳定性窗口：参考值的 ±2% |
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## 5. 时序状态机
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### 5.1 时序参数
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| 参数 | 50ms Tick 数 | 时间 | 说明 |
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|------|-------------|------|------|
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| IN_DELAY | 10 | **500 ms** | 进入确认防抖 |
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| OUT_DELAY | 由 delay_time 配置 | 100ms × delay_time | 离开延时（可配） |
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| PULSE_DELAY | 10 | **500 ms** | 脉冲输出宽度 |
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| HOLD_TIME | 由 exist_mode 配置 | 30s × exist_mode | 有限存在超时 |
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| STABLE_SAMPLES | 128 窗 | **~1.1 s** | 上电稳定期 |
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| FREEZE_TIMEOUT | 1000 窗 | **~8.7 s** | 基线冻结超时 |
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### 5.2 系统 Tick 来源
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TMR1 每 5ms 产生一次中断。`TM1cnt` 计数到 10 后执行 50ms 状态机（进入/离开/脉冲标志处理 + 继电器时序）。
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## 6. 线圈重连逻辑
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### 6.1 设计目标
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断开时不丢 VD_FLAG（车辆仍在线圈上方），重连后 CAPVD=0 触发首个样本直锁快速收敛。
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### 6.2 状态机
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断开检测: loop1_RF_FLAG == 0 (没有收到边沿)
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├─ loop1_LOOP_OK = 0
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├─ g_disconnect_active = 1
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├─ g_loop_cut_amount++ (≤3)
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├─ 保留 loop1_VD_FLAG ← 关键：不丢有车状态
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├─ 关断继电器输出
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└─ LEDA 200ms 快闪
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重连检测: loop1_RF_FLAG == 1 (重新收到边沿)
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├─ loop1_LOOP_OK = 1
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├─ g_disconnect_active = 0
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├─ loop1_CAPVD = 0 ← 触发快速收敛
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└─ vd1_task: CAPVD == 0 → CAPVD = Value (直锁首个样本)
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```
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### 6.3 断开-重连场景矩阵
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| 断开前 | 断开期间 | 重连后 | VD_FLAG | LEDA | 继电器 |
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|--------|---------|--------|---------|------|--------|
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| 有车 | 车仍在 | 车仍在 | 1 → 保持 | 正常 | 恢复输出 |
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| 有车 | 车离开 | 无车 | 1 → cnt_release→3 → 0 | 灭 | 释放 |
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| 无车 | 车进入 | 有车 | 0 → entry→3 → 1 | 亮 | 吸合 |
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## 7. 指示灯状态机
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### 7.1 LEDA (绿灯) 行为表
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DLD110SV4 仅有一个绿色 LEDA (PB22)，承担自检、有车指示、故障诊断三重功能。
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| 条件 | 行为 | 含义 |
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|------|------|------|
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| `g_disconnect_active == 1` | **200ms 快闪** | 线圈当前断开中 |
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| `!g_loop_power_up_state` | **200ms 快闪** | 上电后从未连接线圈 |
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| `!g_loop_stable` | **200ms 慢闪** | 稳定期中（自检） |
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| `VD_FLAG == 1` (有车) | **常亮** | 有车检测中 |
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| 正常运行，无车 | **灭** | 一切正常 |
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> **注意**：有车常亮优先级最高，覆盖闪烁状态。
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## 8. BLE 协议接口
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### 8.1 DBN BLE 协议
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DLD110SV4 通过 BLE GATT 与小程序通信，协议基于 DBN (Device Binary Notification) 框架。
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- **服务 UUID**: `0xFFE0`
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- **通知 Characteristic**: `0xFFE1` (NOTIFY)
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- **写入 Characteristic**: `0xFFE2` (WRITE_NO_RESPONSE)
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- **Magic Byte**: `0x7F`
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- **帧格式**: Magic(1) + Len(1) + Cmd(1) + Sub(1) + Value(LEN) + XOR(1) + SUM(1)
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### 8.2 传感器数据上报
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通过 `CMD_SUB_SENS_REPORT` 主动上报线圈动态信息：
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| 字段 | 字节 | 说明 |
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|------|------|------|
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| loop_state | 1 | 线圈状态 |
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| cut_amount | 3 | 累计断开次数（上电持续累计，不截断；上电未连时为 1） |
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| frequent | 3 | 实时频率 (Hz), 小端序 |
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| variation | **3** | Origin − CAPVD, 有符号 int24, 小端序 |
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> **V4.20 变更**：`variation` 从 2B 升级为 3B 有符号（int24），范围 ±8,388,607，完整覆盖 2^19 幅值基准。旧版 2B 无符号 ±32767 截断已废弃。
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||
> **V4.31 变更**：① 0x24 读参响应追加偏移 8-10 = LOOP_MEASURE_BASE（3B LE = 524288），供第三方 variation 归一化换算 ΔL/L（`ΔL/L ≈ -2×variation/LOOP_MEASURE_BASE`）；② 线圈断开次数改为**上电后持续累计**（`g_loop_cut_total`，不截断），LED 快闪仍用 3 次上限（`g_loop_cut_amount`）；③ 恢复重连时 `g_loop_cut_last = 0` 边沿记忆同步（修复第二次断开不计数）。
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### 8.3 可配置参数
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通过 BLE 读写命令配置：
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| 参数 | 说明 | 范围 |
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|------|------|------|
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| sensitvity | 灵敏度索引 | 0~15 |
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| delay_time | 离开延时 | 0~255 (×100ms) |
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| output_mode | 输出模式 | 0=存在, 1=进入脉冲, 2=离开脉冲 |
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||
| direction_mode | 方向模式 | — |
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| loopFreq_Level | 频率档位 | 1~4 |
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||
| loopSafe_Timeout | 安全复位超时 | 0=关闭, >0=超时秒数 |
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||
| exist_mode | 有限存在 | 0=无限, >0=超时×30s |
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||
|
||
---
|
||
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||
## 9. 编译选项
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||
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||
```c
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||
// peripheral_main.c
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||
#define USE_FLATNESS_EXIT 1 // 1 = 平坦性离开判定 (CN200910309382)
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||
// 0 = 简单 cnt_release 防抖
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||
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||
// 算法参数
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||
#define MAX_SLOPE_RATE 5 // 斜率限幅: 单次最大变化 5%
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||
#define ENTRY_CONFIRM 3 // 进入确认: 连续 N 次低于阈值
|
||
#define FREEZE_TIMEOUT 1000 // 冻结超时: ~8.7s @8.74ms/tick
|
||
#define FREEZE_STABILITY_RATE 2 // 稳定性窗口: 参考值的 ±2%
|
||
```
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||
|
||
---
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## 10. 关键专利
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| 专利号 | 名称 | 权利人 | 应用 |
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| CN200910309382 | 一种防误检环形线圈车辆检测器 | 中山大学 张辉/黄永强/陈古典 | 平坦性三条件离开判定 |
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DLD110SV4 自 V2.0 起实现该专利的整数化版本，用于大车通行时的离开判定。
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## 11. 代码架构
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### 11.1 目录结构
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DLD110SV4/
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├── BLE/DLD110S_Peripheral_28K/APP/
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│ ├── peripheral_main.c # 主流程 + 检测算法 + TMR0/TMR1 ISR
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│ ├── dbn_ble_srv.c # DBN BLE 协议服务
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│ ├── peripheral.c # BLE 外设角色管理
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│ └── storage.c # 参数存储 (EEPROM)
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├── BLE/HAL/ # MCU / RTC / KEY / LED 驱动
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├── BLE/LIB/ # CH59x BLE ROM 库
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├── SRC/ # 标准外设驱动 + RISC-V 启动
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├── docs/ # 技术文档
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└── tools/ # 辅助工具
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### 11.2 与 DLD154V4B 的主要差异
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| 项目 | DLD154V4B | DLD110SV4 |
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| MCU | AT32F421 (Cortex-M4) | CH591R (RISC-V) |
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| 主频 | 120 MHz | 60 MHz |
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| MEASUREMENT_BASE | 131072 (2^17) | 524288 (2^19) |
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| 有效 tick | 10ms (FreeRTOS) | ~8.74ms (主循环) |
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| 配置方式 | DIP 开关 | BLE 小程序 + 滑动开关(灵敏度) |
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| 指示灯 | 红/绿/黄 三色 | 单绿灯 LEDA |
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| 对外接口 | TTL Tx | BLE |
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| 定时器 | TIM3 + TIM15 | TMR0 + TMR1 |
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| RTOS | FreeRTOS | 无 (主循环轮询) |
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| 捕获方式 | CapThis - CapLast 差分 | TMR0_CAPGetData() 直接获取 |
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## 12. 修订记录
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| 版本 | 日期 | 说明 |
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| V1.0 | 2026-07-20 | 技术规格书初版 (固件 V4.20) |
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| V1.1 | 2026-08-26 | 同步固件 V4.31：LOOP_MEASURE_BASE、断开次数持续累计、cut_amount 字段语义更新 |
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> **产品手册**（安装指南、故障排查、使用说明等）请参阅 [产品手册](product-manual.md)
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