@@ -1,6 +1,6 @@
# DLD154V4B 技术规格书
> 单路线圈车辆检测器 | 固件版本: V1 .5 | 文档版本: V1 .0
> 单路线圈车辆检测器 | 固件版本: V2 .5 | 文档版本: V2 .0
> 本文档面向工程开发、系统集成及故障深度分析
---
@@ -30,12 +30,14 @@
```
├── loop_task (主检测任务)
│ ├── vd1_task() — 每 5ms tick 执行
│ │ ├── IIR 滤波 (ALFA_CAP1 = 79/256 )
│ ├── vd1_task() — 每 ~10ms 执行 (M4 优化)
│ │ ├── 双路 IIR 滤波 (慢速 α α )
│ │ ├── 斜率限幅 (MAX_SLOPE_RATE=5%)
│ │ ├── 基线跟踪 (100 窗口滑动平均)
│ │ ├── 进入/离开检测
│ │ ├── 进入确认 (ENTRY_CONFIRM=3 次)
│ │ ├── 离开检测 (平坦性 / cnt_release)
│ │ ├── 时序状态机 (IN/OUT/PULSE/HOLD)
│ │ └── 平坦性离开判定 (CN200910309382 )
│ │ └── 冻结超时恢复 (10s + ±2% 稳定性检查 )
│ ├── poll_sw_state() — 拨码去抖
│ ├── poll_green_led() — 绿灯驱动
│ └── poll_yellow_led() — 黄灯故障编码
@@ -176,21 +178,47 @@ TMR3 ISR:
**改进效果 ** ：响应速度提升 16 倍，精度保留全部采样信息。
### 4.2 IIR 滤波
### 4.2 IIR 滤波（ ）
V2.0 起采用双路 IIR 架构，将基线跟踪与检测判定解耦：
``` c
// α
if ( Value > CAPVD )
CAPVD + = ( ( Value - CAPVD ) * 79 ) > > 8 ;
else
CAPVD - = ( ( CAPVD - Value ) * 79 ) > > 8 ;
# define ALFA_CAP1 18 // 慢速 IIR: α
# define ALFA_FAST 128 // 快速 IIR: α
```
| 滤波器 | α @10ms | 输入 | 用途 |
|--------|---|---------|------|------|
| CAPVD (慢速) | 18/256 ≈ 0.07 | 135ms | Value（ ）
| CAPVD_fast (快速) | 128/256 = 0.5 | 28ms | CAPVD（ ）
**为什么需要双路： **
- 基线跟踪需要**慢响应**，避免将车辆的频率偏移"学"进基线（τ=135ms， @50ms ）
- 检测判定需要**快响应**，快速捕捉车辆进入/离开（τ=28ms， ×
- 快速 IIR 输入来自慢速 IIR 的输出，继承斜率限幅的瞬态抑制能力
**进入确认 ** ：快速 IIR 连续 3 次低于阈值才判定有车，单次瞬态干扰被过滤。
``` c
// 快速 IIR: α
loop1_CAPVD_fast = ( loop1_CAPVD_fast + loop1_CAPVD ) / 2 ;
// 进入确认
if ( CAPVD_fast < Origin - dlt_ORG ) {
if ( + + entry_cnt > = 3 )
VD_FLAG = 1 ; // 确认有车
} else {
entry_cnt = 0 ; // 恢复到阈值以上则重置
}
```
| 参数 | 值 | 说明 |
|------|-----|------|
| α 79 /256 ≈ 0.3086 | 指数平滑系数 |
| 响应速度 | ~3 次达 63% | ~15ms @5ms tick |
| 噪声抑制 | 良好 | 单次野值影响 < 31% |
| α _slow | 18 /256 ≈ 0.07 | 慢速 IIR 指数平滑系数 |
| α
| 慢速 τ | ~135ms | 等效 50ms tick 的 79/256 |
| 快速 τ | ~28ms | 5×
| ENTRY_CONFIRM | 3 | 连续确认次数 |
### 4.3 检测判据
@@ -208,17 +236,29 @@ const uint16_t SensTable_1[4] = {108, 72, 18, 9}; // 离开阈值（滞回
| 2 | 36 | 0.055% | 18 | 0.027% |
| 3 (高) | 10 | 0.015% | 9 | 0.014% |
#### 4.3.2 进入检测
#### 4.3.2 进入检测（
``` c
dlt_ORG = ( Origin * SensTable [ SENS ] ) > > 16 ; // /65536
if ( CAPVD > Origin + dlt_ORG ) {
// 频率上升超过阈值 → 有车
// 进入 IN_DELAY (500ms) 防抖
// 使用快速 IIR (CAPVD_fast) 提高响应速度
// 连续 ENTRY_CONFIRM 次低于阈值才判定有车
if ( CAPVD_fast < 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 ; // 恢复则重置
}
```
> **注**：有车时线圈电感减小 → 频率上升 → CAPVD > Origin。公式为 `CAPVD > Origin + dlt_ORG`（判定上升量）。
| 对比 | 8051/M1H 旧设计 | M4 优化 |
|------|----------------|---------|
| 判定依据 | CAPVD（ ） **CAPVD_fast ** （快速 IIR， ×
| 确认方式 | 单次阈值 | **连续 3 次确认 ** |
| 瞬态抑制 | 无 | **斜率限幅 + 确认双重保护 ** |
| 进入响应 | ~550ms (50ms tick + 500ms IN_DELAY) | * * ~530ms** (10ms tick + 3×
| 误触发风险 | 中 | **低 ** |
#### 4.3.3 离开检测（滞回）
@@ -272,20 +312,38 @@ if (CAPVD < Origin + dlt_ORG) {
**整数化适配： ** 专利原实现用 float（ ） ， （ ）
### 4.4 基线跟踪
### 4.4 基线跟踪（
#### 4.4.1 斜率限幅
EMI/闪电等瞬态干扰会造成 CAPVD 瞬间跳变。物理车辆不可能让线圈频率瞬间改变 >5%：
``` c
// 有车时冻结，无车时 100 窗口滑动平均
if ( ! VD_FLAG & & ! FLAG_OUT ) {
if ( CAPVD - Origin < dlt_ORG * 4 ) { // Origin 污染保护
ORG_SUM + = CAPVD ;
if ( + + ORG_CNT > = 100 ) {
Origin = ORG_SUM / 100 ;
ORG_SUM = ORG_CNT = 0 ;
}
# 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 ;
uint32_t clamped_value = CAPVD + raw_delta ;
CAPVD = get_flt_value ( clamped_value , CAPVD ) ; // 慢速 IIR
```
尖峰被截断，真实车辆信号（缓慢的频率漂移）不受影响。
#### 4.4.2 基线跟踪规则
``` c
// 仅无车 + 无离开延时中 → 跟踪基线
if ( ! VD_FLAG ) {
int32_t dev = CAPVD - Origin ;
if ( dev < dlt_ORG * 4 ) {
// CAPVD 未显著偏离 → 正常跟踪
loop1_freeze_cnt = 0 ;
update_moving_average ( & ORG_SUM , & ORG_CNT , & Origin , CAPVD , 100 ) ;
} else {
// 冻结： CAPVD 偏离 Origin 超过进入阈值的 4 倍
ORG_SUM = ORG_CNT = 0 ;
// CAPVD 异常偏高 → 冻结 + 超时恢复逻辑
}
}
```
@@ -293,49 +351,67 @@ if (!VD_FLAG && !FLAG_OUT) {
| 设计决策 | 原因 |
|---------|------|
| 有车时冻结基线 | 防止把车辆的影响"学"进基线（仿 TLD-110）
| 100 窗口跟踪 | 缓慢跟踪温漂，但不响应车辆 |
| 4× （ 新增 ）
| 100 窗口滑动平均 | 缓慢跟踪温漂，但不响应车辆 |
| 4× （ ）
| 5% 斜率限幅 | 过滤 EMI/闪电尖峰，保护 IIR（ ）
| 冻结超时 + 稳定性检查 | 防止永久冻结死锁（ ）
#### 4.4.1 更新速率
#### 4.4.3 基线 更新速率
`vd1_task` 每 5 0ms（ × ） `ORG_SUM` ，满 100 次后取平均更新 Origin：
`vd1_task` 每 ~1 0ms 执行一次。空闲时每次累加 CAPVD 到 `ORG_SUM` ，满 100 次后取平均更新 Origin：
```
× 5 0ms/tick = 5 000ms = 5 秒
× 1 0ms/tick = 1 000ms = 1 秒
```
| 产品 | 窗口大小 | 更新周期 | 空闲时跟踪 | 有车时冻结 |
|------|---------|---------|-----------|-----------|
| **DLD154V4B ** | 100 次 | **5 000ms ** | ✅ | ✅ |
| **M1H ** | 100 次 | ** 5000ms**
| **TLD-110 ** | 16 次 | * * ** | ✅ | ✅ |
| **DLD154V4B ** | 100 次 | **1 000ms ** | ✅ | ✅ |
| **M1H ** | 100 次 | 5000ms | ✅ | ❌（有车也跟踪） |
| **TLD-110 ** | 16 次 | ~800ms | ✅ | ✅ |
**关键差异： **
> **注意**： ，
- **DLD154V4B vs M1H**：同为 100 窗口 5s，
- **TLD-110 最快**：
- DLD154V4B 的 100 窗口 5s 取 M1H 的窗口大小 + TLD-110 的冻结策略，
- 注意： ） ， ，
### 4.5 Origin 污染保护与冻结超时恢复（ ）
### 4.5 Origin 污染保护（ ）
#### 4.5.1 问题演进
**问题 ** ：实测发现车辆驶入时 Xn 偶尔先增大再减小。无车状态下 Origin 跟踪上升被污染到虚高值，导致离开时 `|f - f_b|` 远超阈值 → 绿灯常亮、永远不释放。
| 版本 | 问题 | 方案 | 遗留问题 |
|------|------|------|---------|
| V1.5 | 车辆驶入时 Xn 先增， ×
| V2.3 | 永久冻结导致死锁 | 冻结超时（
| V2.4 | 波动值被误判为"新常态" | 稳定性检查（
| V2.5 | 30s 等待太长 | 缩短到 10s | — |
**修复 ** ：基线跟踪前增加保护条件：
#### 4.5.2 当前完整逻辑
``` c
// 仅当 CAPVD 偏离 Origin < dlt_ORG ×
// 超出则冻结+重置累计
if ( CAPVD - Origin < dlt_ORG * 4 )
if ( dev < dlt_ORG * 4 ) {
/* 正常范围 → 跟踪，清零冻结状态 */
loop1_freeze_cnt = 0 ;
update_moving_average ( . . . ) ;
else
freeze ( ) ;
} else {
/* 异常偏高 → 冻结 + 超时 + 稳定性验证 */
if ( loop1_freeze_cnt = = 0 )
loop1_freeze_ref = CAPVD ; // 记录冻结起始值
else if ( | CAPVD - freeze_ref | > freeze_ref * FREEZE_STABILITY_RATE / 100 )
reset ( freeze_cnt , freeze_ref ) ; // 波动 > ±2% → 重新计时
loop1_freeze_cnt + + ;
if ( loop1_freeze_cnt > = FREEZE_TIMEOUT ) { // 10s @ 10ms/tick
Origin = CAPVD ; // 连续稳定 → 接受为新基线
}
}
```
| 场景 | Origin | CAPVD | dev | 4×
|------|--------|-------|-----|--------|------|
| 正常无车 | 127080 | 127081 | +1 | 276 | 跟踪 ✓ |
| 异常上升 | 127085 | 127884 | +799 | 276 | 冻结 ✓ |
#### 4.5.3 关键常量
| 常量 | 值 | 说明 |
|------|-----|------ |
| 冻结触发阈值 | dlt_ORG ×
| FREEZE_TIMEOUT | 1000 | ~10s @ 10ms/tick |
| FREEZE_STABILITY_RATE | 2 | 稳定性窗口：参考值的 ±2% |
| 基线窗口 | 100 | 滑动平均样本数（更新周期 ~1s）
---
@@ -355,16 +431,17 @@ else
### 5.2 时序参数
| 参数 | Tick (5 0ms) | 时间 | 说明 |
| 参数 | Tick (1 0ms) | 时间 | 说明 |
|------|------------|------|------|
| IN_DELAY | 1 0 | **500 ms ** | 进入确认防抖 |
| OUT_DELAY | 1 0 | **500 ms ** | 离开防抖（仅 SW_4=ON 时生效， ）
| PULSE_DELAY | 1 0 | **500 ms ** | 脉冲输出宽度 |
| IN_DELAY | 5 0 | **500 ms ** | 进入确认防抖（ ）
| OUT_DELAY | 5 0 | **500 ms ** | 离开防抖（仅 SW_4=ON 时生效， ）
| PULSE_DELAY | 5 0 | **500 ms ** | 脉冲输出宽度 |
| HOLD_TIME | 5× * * ~5 min** | 有限存在超时 |
| LC_HOLD_TIME | 4× * * ~4 min** | 安全复位超时 |
| STABLE_SAMPLES | 128 tick | * * ~128 ms** | 上电稳定期 |
| FREEZE_TIMEOUT | 1000 | * * ~10 s** | 基线冻结超时（连续稳定后更新 Origin）
> **SW_4 离开延时**： ， ； ， ， 。
> **M4 优化**： × ） ， × ， 。
### 5.3 系统 Tick 来源
@@ -537,7 +614,7 @@ if (!g_loop_stable) {
├── utilities/at32f421_freertos_demo/
│ ├── src/
│ │ └── TaskLoop.c # 主检测逻辑 (~868 行 V1 .5)
│ │ └── TaskLoop.c # 主检测逻辑 (~945 行 V2 .5)
│ ├── inc/
│ │ └── TaskLoop.h # 全局变量和函数声明
│ └── ... # FreeRTOS + HAL 框架
@@ -556,6 +633,7 @@ DLD154V4B/
| 原始 | ~1177 行 | 包含二阶滤波、FltHistoryManager 等死代码 |
| V1.1 | ~706 行 | 精简重构，-40% |
| V1.5 | ~868 行 | 增加平坦性判定、污染保护 |
| V2.5 | ~945 行 | 增加双路 IIR、斜率限幅、进入确认、冻结超时+稳定性 |
**删除的死代码： **
- 二阶差分滤波（计算但从未参与判决）
@@ -572,12 +650,13 @@ DLD154V4B/
| 指标 | 值 | 说明 |
|------|-----|------|
| 进入检测延迟 | < 3 ms (测量) + 500 ms (防抖) | 电信号延迟 |
| 离开检测延迟 | < 3 ms (测量) + 平坦性确认 + 1.9 s (防抖) | 含双重确认 |
| 进入检测延迟 | < 3 ms (测量) + 3× * * ~530 ms** | M4 优化，比旧 550ms 略快 |
| 离开检测延迟 | < 3 ms (测量) + 平坦性确认 + 500 m s (防抖) | 含双重确认 |
| 误检率（单阈值） | — | 基准参考 |
| 误检率（平坦性） | 显著降低 | 大车多峰场景 |
| 频率分辨率 | < 0.01% | 取决于线圈 Q 值 |
| 温漂补偿 | 自动（ ）
| 温漂补偿 | 自动（ ，更新周期 ~1s） |
| 瞬态抑制 | 5% 斜率限幅 + 3 次进入确认 | EMI/闪电免疫 |
### 12.2 CPU 占用
@@ -585,7 +664,7 @@ DLD154V4B/
|------|------|-----------------|------|
| TMR3 ISR (捕获) | 50k/s @100kHz | ~2.1% | 每边沿约 50 周期 |
| TMR15 ISR (tick) | 200/s | < 1% | LED + 计数 |
| vd1_task | 2 0/s | < 1% | 滤波 + 检测 |
| vd1_task | 10 0/s | < 1% | 滤波 + 检测（ ）
| FreeRTOS 开销 | — | < 1% | 任务调度 |
| **总计 ** | — | * * < 5%** | 余量充足 |
@@ -606,9 +685,13 @@ DLD154V4B/
# define USE_FLATNESS_EXIT 1 // 1 = 平坦性离开判定 (CN200910309382)
// 0 = 简单 cnt_release 防抖
```
置 0 回退到传统 `cnt_release >= 3` ，方便对比测试两种方案的差异。
// M4 优化参数
# 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: ~10s @ 10ms/tick
# define FREEZE_STABILITY_RATE 2 // 稳定性窗口: 参考值的 ±2%
```
---
@@ -626,4 +709,5 @@ DLD154V4B V1.4 起实现该专利的整数化版本，用于大车通行时的
| 版本 | 日期 | 说明 |
|------|------|------|
| V1.0 | 2026-06-24 | 技术规格书初版 |
| V1.0 | 2026-06-24 | 技术规格书初版（
| V2.0 | 2026-06-29 | 更新至 V2.5 固件：双路 IIR、斜率限幅、进入确认、冻结超时+稳定性 |
wangfq