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