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# DLD154V4B 技术规格书
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> 单路线圈车辆检测器 | 固件版本: V2.6 | 文档版本: V2.1
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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 ────────────┤ PA7 (TIM3_CH2) AT32F421F8P7 │
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│ 输入捕获 Cortex-M4 ├──── PB1 (TMR14 PWM) ──── 红灯
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│ 120MHz / 64KB │
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DIP ×5 ─────────┤ PA0~PA4 (GPIO) ├──── PA9 (GPIO) ──────── 绿灯
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│ │
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Tx ─────────────┤ USART (TTL) ├──── PA10 (GPIO) ─────── 黄灯
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│ │
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│ PA5 (GPIO) ──┼──── RLY2 继电器
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│ PA6 (GPIO) ──┼──── RLY1 继电器
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│ │
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│ SWD (PA13/PA14) ────────────────┼──── 调试接口
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└──────────────────────────────────┘
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### 1.2 软件架构
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FreeRTOS Kernel (CMSIS-RTOS v2)
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├── loop_task (主检测任务)
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│ ├── vd1_task() — 每 ~10ms 执行 (M4 优化)
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│ │ ├── IIR 滤波 (ALFA_CAP1=79/256, τ≈32ms)
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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, 5s)
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│ │ ├── 进入确认 (ENTRY_CONFIRM=3 次)
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│ │ ├── 离开检测 (cnt_release 防抖，平坦性 #if 可选)
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│ │ ├── 时序状态机 (IN/OUT/PULSE/HOLD)
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│ │ └── 冻结超时恢复 (10s + ±2% 稳定性检查)
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│ ├── poll_sw_state() — 拨码去抖
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│ ├── poll_green_led() — 绿灯驱动
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│ └── poll_yellow_led() — 黄灯故障编码
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├── TMR3_ISR() — 线圈频率捕获
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├── TMR15_ISR() — 5ms 系统 tick (LED 驱动 + 看门狗活性计数)
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├── TMR14_PWM() — 红灯呼吸
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└── IWDT — 硬件看门狗 (超时≈1.64s, main 使能, 主循环 poll_wdg 喂狗)
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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) | 10 | 12 / 24 | 30 | V | 宽压输入 |
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| 功耗 | — | 0.5 | 2 | W | 含继电器吸合 |
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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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| ESD 防护 | ±2 | — | — | kV | HBM |
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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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| PA0 | SA_1 | 灵敏度 bit0 | IN | GPIO, 上拉 | — | DIP 开关 |
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| PA1 | SA_2 | 灵敏度 bit1 | IN | GPIO, 上拉 | — | DIP 开关 |
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| PA2 | SW_3 | 存在/脉冲选择 | IN | GPIO, 上拉 | — | 0=存在, 1=脉冲 |
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| PA3 | SW_4 | 离开延时 | IN | GPIO, 上拉 | — | 0=无, 1=500ms |
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| PA4 | SW_5 | 安全复位 | IN | GPIO, 上拉 | — | 1=复位 |
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| PA5 | RLY2 | 继电器 2 | OUT | GPIO PP | 0 (开路) | 辅助输出 |
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| PA6 | RLY1 | 继电器 1 | OUT | GPIO PP | 0 (开路) | 主输出 |
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| **PA7** | **LP** | 线圈频率捕获 | IN | **TIM3_CH2** | — | **核心输入** |
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| PA9 | LEDA | 绿灯 | OUT | GPIO PP | 0 (灭) | 有车/自检 |
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| PA10 | LEDC | 黄灯 | OUT | GPIO PP | 0 (灭) | 故障诊断 |
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| PB1 | LEDA_RED | 红灯 | ALT | TMR14_CH1 PWM | — | 呼吸灯 |
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| PA13 | SWDIO | 调试数据 | I/O | SWD | — | 仅调试 |
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| PA14 | SWCLK | 调试时钟 | IN | SWD | — | 仅调试 |
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### 3.2 拨码开关逻辑
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```c
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// DIP 开关读取与解码
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SENS = 3 - (sw & 0x03);
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// SA_2:SA_1 = 11 → SENS = 0 (低灵敏)
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// SA_2:SA_1 = 10 → SENS = 1
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// SA_2:SA_1 = 01 → SENS = 2
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// SA_2:SA_1 = 00 → SENS = 3 (最高灵敏)
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SET_PLUS = (sw >> 2) & 0x01; // PA2 = SW_3
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SET_DLY = (sw >> 3) & 0x01; // PA3 = SW_4
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SET_SAFE = (sw >> 4) & 0x01; // PA4 = SW_5
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```
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**拨码去抖**：连续 5 次读取一致才生效（对齐 M1H 参考实现）。
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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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DLD154V4B **不使用** CD4060 外部分频芯片。线圈直接驱动 PA7 (TIM3_CH2)，利用 AT32F421 内置 TIM3 输入分频器 DIV_2 (÷2)。
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| 对比项 | M1H/TLD-110 | DLD154V4B |
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|--------|-------------|-----------|
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| 外部分频 | CD4060 Pin5 (÷32) | **无（直连）** |
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| MCU 内部分频 | 无 | TIM3 DIV_2 (÷2) |
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| 总分频比 | ÷32 | **÷2** |
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| 中断率 @100kHz | ~3.1k/s | **50k/s** |
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| CPU 占用 @120MHz | — | < 3% |
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#### 4.1.2 捕获流程
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```
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线圈边沿 → PA7 (TIM3_CH2)
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│
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▼
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TIM3 自由运行 (16-bit, 120MHz/DIV_2 = 60MHz 时钟)
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└─ 每个边沿 → CH2 捕获 → 读 CCR2
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│
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▼
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TMR3 ISR:
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CCR2_now → 存为 CapThis
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Xn = CapThis - CapLast (相邻边沿周期差)
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处理 16-bit 溢出: if (Xn & 0x8000) Xn += 0x10000
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CapLast = CapThis
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│
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▼
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LPCNT = MEASUREMENT_BASE / Xn (自适应窗口)
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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 131072 // 2^17
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#define g_input_div 2 // TIM3 DIV_2
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```
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| 线圈频率 | Xn @DIV_2 | LPCNT | 测量窗口 | Value 范围 |
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|---------|-----------|-------|---------|-----------|
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| 50 kHz | 1200 | 109 | 2.2 ms | ~130800 |
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| 100 kHz | 600 | 218 | 2.2 ms | ~130800 |
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| 150 kHz | 400 | 328 | 2.2 ms | ~131200 |
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| 200 kHz | 300 | 437 | 2.2 ms | ~131100 |
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> **设计要点**：LPCNT 自适应使不同频率下 Value 归一化到 ~131072，百分比阈值（灵敏度）直接适用，无需频率补偿。
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#### 4.1.4 精度陷阱（已修复）
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旧代码存在 `<<6` 和 `>>6` 互相抵消的精度浪费：
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```
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旧: LPCNT = (32768 << 6) / Xn = 437 → 窗口 17.5ms
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Value >>= 6 → 等效 7 样本精度
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新: LPCNT = 131072 / Xn = 27~54 → 窗口 ~1ms
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不做右移 → 全样本精度
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```
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**改进效果**：响应速度提升 16 倍，精度保留全部采样信息。
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### 4.2 IIR 滤波（M4 优化：ALFA_CAP1=79 @10ms）
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V2.6 起采用单路 IIR，ALFA_CAP1=79 @10ms (τ≈32ms)，比旧 50ms tick 的 τ≈162ms 快 5 倍：
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```c
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#define ALFA_CAP1 79 // IIR α = 79/256 ≈ 0.31 (@10ms → τ≈32ms)
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// get_flt_value(): 通用一阶 IIR
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CAPVD = (|Value - CAPVD| * ALFA_CAP1) >> 8 // 每 tick 移动 ~31%
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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 | ~32ms @10ms 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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```c
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if (CAPVD < Origin - dlt_ORG) {
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if (++entry_cnt >= 3)
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VD_FLAG = 1; // 确认有车
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} else {
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entry_cnt = 0; // 恢复则重置
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}
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```
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| 对比 | 8051/M1H 旧设计 | V2.6 |
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|------|----------------|------|
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| tick | 50ms | **10ms** |
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| IIR α | 79/256 (@50ms, τ=162ms) | **79/256 (@10ms, τ=32ms)** |
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| 确认方式 | 单次阈值 | **连续 3 次** |
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| 瞬态抑制 | 无 | **斜率限幅 + 确认** |
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| 进入响应 | ~550ms | **~530ms** |
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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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```c
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const uint16_t SensTable[4] = {300, 60, 36, 20}; // 进入阈值 (V2.11: 0/1 档对齐 PD132T)
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const uint16_t SensTable_1[4] = { 14, 14, 14, 14}; // 离开恒 14 (V2.11: 对齐 PD132T ASB=OFF 出厂默认)
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```
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| SENS | SensTable | 进入阈值 (×Origin/65536) | SensTable_1 | 离开阈值 (×Origin/65536) |
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|------|-----------|-------------------------|-------------|-------------------------|
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| 0 (低) | 300 | 0.46% | 14 | 0.021% |
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| 1 | 60 | 0.09% | 14 | 0.021% |
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| 2 | 36 | 0.055% | 14 | 0.021% |
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| 3 (高) | 20 | 0.031% | 14 | 0.021% |
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> ⚠ V2.8（2026-08-27）：SENS=3 最高档进入阈值 10→20（0.015%→0.031% Δf/f，ΔL/L 0.031%→0.061%），离开 9→14（滞回 90%→70%）——现场广告杆落杆时最高档易误触发（落杆机械/电磁扰动越过 0.015% 阈值），提高阈值并加大滞回。
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> ⚠ V2.11（2026-08-28）：**PD132T 客户现场替换对齐**——① 进入 0/1 档 216/108 → **300/60**（0.33%/0.16% → **0.46%/0.09%** Δf/f，对齐 PD132T SensTable {300,60,32,21} 的 0/1 档）；② 离开表 {108,72,18,14} → **恒 14**（0.021% Δf/f，对齐 PD132T 出厂默认 ASB=OFF 的恒 14 释放；若现场 PD132T ASB 拨码为 ON 则 PD132T 离开分档 {60,32,21,14}，需改回分档）。2/3 档进入保持 V4B 优化值（与 PD132T 几乎一致）。
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#### 4.3.2 进入检测（M4 优化：确认机制）
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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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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; // 恢复则重置
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}
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```
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| 对比 | 8051/M1H 旧设计 | V2.6 M4 优化 |
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|------|----------------|-------------|
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| 判定依据 | CAPVD (α=79, τ=162ms) | **CAPVD (α=79, τ=32ms)** |
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| 确认方式 | 单次阈值 | **连续 3 次确认** |
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| 瞬态抑制 | 无 | **斜率限幅 + 确认双重保护** |
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| 进入响应 | ~550ms | **~530ms** |
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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) — 默认（V2.9 起）
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```c
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dlt_ORG = (Origin * SensTable_1[SENS]) >> 16; // V2.11 起恒 14（对齐 PD132T 默认）
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if ((Origin - dlt_ORG) < CAPVD) { // CAPVD 回升至距基线不足 dlt → 离开
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if (++cnt_release >= 3) { // 连续 3 次确认
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VD_FLAG = 0; FLAG_OUT = 1;
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}
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} else {
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cnt_release = 0; // 回落立即重置
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}
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```
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> **恒 14 设计依据（V2.11）**：离开阈值恒 14（0.021% Δf/f）是对齐 PD132T **出厂默认（ASB=OFF）** 行为——PD132T 出厂即"离开阈值固定、不随灵敏度档位变化"（`SET_ASB=OFF` 时强制 `SensTable1[3]`=14）。物理意义：进入需分档适配车型（大车/摩托车），离开判定本质是"频率恢复到接近基线"的二元事实，固定小阈值保证**任何档位下车走即释放、释放手感一致**。若现场 PD132T 的 ASB 拨码为 ON（离开分档 {60,32,21,14}），需将 `SensTable_1` 改回分档表对齐。
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##### 模式 2：平坦性判定 (USE_FLATNESS_EXIT=1) — ⚠ 默认禁用（#if 0，代码保留）
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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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> ⚠ **2026-08-28 现场结论：平坦性算法实测不理想，默认关闭（USE_FLATNESS_EXIT=0）**，离开判定切回简单 cnt_release 防抖（模式 1）。平坦性代码完整保留在 `#if USE_FLATNESS_EXIT` 内，可在 TaskLoop.h 一行开启，现场对比验证用。
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**算法架构：**
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```
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车辆到达 → 单一阈值法 (沿用 SensTable)
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│
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▼ Phase 1: g_exit_state = 0 (追踪第一上升坡面)
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│ 追踪最大 |f'| 和 |f''|
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│ 当 |f'| 连续 3 次 < SLOPE_FLAT_THRESH:
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│ Δ2 = max_slope / K1 (一阶平坦阈值)
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│ Δ3 = max_slope_rate / K2 (二阶平坦阈值)
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│ g_exit_state = 1
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||
│
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||
▼ Phase 2: g_exit_state = 1 (平坦性判定)
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三条件同时满足:
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① |f - f_b| < dlt_ORG (频率回归基频)
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② |f'| < Δ2 (一阶导数近零)
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③ |f''| < Δ3 (二阶导数近零)
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||
│
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||
连续 FLAT_CONFIRM_CNT(3) 次全部满足 → 车辆离开
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```
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||
**参数表：**
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| 常量 | 值 | 含义 |
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|------|-----|------|
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| K1, K2 | 8 | 动态阈值除数（专利推荐值） |
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| SLOPE_FLAT_THRESH | 100 | 斜率趋零判断阈值 |
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| MIN_DELTA2 | 5 | Δ2 下限（防除数过小） |
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| MIN_DELTA3 | 2 | Δ3 下限 |
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| FLAT_CONFIRM_CNT | 3 | 平坦确认次数 |
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||
**整数化适配：** 专利原实现用 float（Hz 频率值），DLD154V4B 用 uint32 定点（Origin ≈ 131K）。导数计算用 int32 整数差分，阈值 /K1、/K2 做整数除法，精度足够。
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### 4.4 基线跟踪（M4 优化：斜率限幅 + 冻结超时）
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#### 4.4.1 斜率限幅
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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%：
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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;
|
||
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;
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||
uint32_t clamped_value = CAPVD + raw_delta;
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CAPVD = get_flt_value(clamped_value, CAPVD); // 慢速 IIR
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||
```
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||
|
||
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
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```c
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||
// 仅无车 + 无离开延时中 → 跟踪基线
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if (!VD_FLAG) {
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int32_t dev = CAPVD - Origin;
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if (dev < dlt_ORG * 4) {
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// CAPVD 未显著偏离 → 正常跟踪
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loop1_freeze_cnt = 0;
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update_moving_average(&ORG_SUM, &ORG_CNT, &Origin, CAPVD, 100);
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||
} else {
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||
// CAPVD 异常偏高 → 冻结 + 超时恢复逻辑
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||
}
|
||
}
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||
```
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|
||
| 设计决策 | 原因 |
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|---------|------|
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||
| 有车时冻结基线 | 防止把车辆的影响"学"进基线（仿 TLD-110） |
|
||
| 100 窗口滑动平均 | 缓慢跟踪温漂，但不响应车辆 |
|
||
| 4× 冻结阈值 | 防止异常 CAPVD 上升污染基线（V1.5） |
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||
| 5% 斜率限幅 | 过滤 EMI/闪电尖峰，保护 IIR（V2.0） |
|
||
| 冻结超时 + 稳定性检查 | 防止永久冻结死锁（V2.3~2.5） |
|
||
|
||
#### 4.4.3 基线更新速率（两阶段）
|
||
|
||
| 阶段 | 窗口 | 周期 | 用途 |
|
||
|------|------|------|------|
|
||
| 稳定期 (`!g_loop_stable`) | 100 | **1s** | 绕过 IIR/限幅，快速收敛，开机即用 |
|
||
| 正常运行 | 500 (WINDOW_ORIGIN) | **5s** | 强噪声抑制，稳定跟踪 |
|
||
|
||
```
|
||
稳定期: CAPVD = Value (raw) → 100 样本 → Origin 快速建立
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||
正常: CAPVD = IIR(Value, α=79) → 500 样本 → Origin 稳定跟踪
|
||
```
|
||
|
||
### 4.5 Origin 污染保护与冻结超时恢复（V1.5 → V2.5）
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||
#### 4.5.1 问题演进
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||
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||
| 版本 | 问题 | 方案 | 遗留问题 |
|
||
|------|------|------|---------|
|
||
| V1.5 | 车辆驶入时 Xn 先增，Origin 被污染后无法释放 | 4×阈值冻结 | 环境变化时永久冻结，需复位 |
|
||
| V2.3 | 永久冻结导致死锁 | 冻结超时（30s 后强制更新） | 波动值也可能超时触发 |
|
||
| V2.4 | 波动值被误判为"新常态" | 稳定性检查（±2% 窗口） | — |
|
||
| V2.5 | 30s 等待太长 | 缩短到 10s | — |
|
||
|
||
#### 4.5.2 当前完整逻辑
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||
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||
```c
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||
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 {
|
||
/* 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
|
||
}
|
||
}
|
||
```
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||
|
||
#### 4.5.3 关键常量
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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 | ~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） |
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---
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## 5. 时序状态机
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### 5.1 状态转移
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```
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IN_DELAY=10 OUT_DELAY=10
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||
[空闲] ──有车──→ [进入延时] ──超时──→ [有车确认]
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||
↑ │
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||
│ 车辆离开 (+ SW_4离开延时)
|
||
│ ↓
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||
└──脉冲结束───── [脉冲输出] ←──超时── [离开延时]
|
||
PULSE_DELAY=10
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||
```
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||
### 5.2 时序参数
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||
| 参数 | Tick (10ms) | 时间 | 说明 |
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|------|------------|------|------|
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||
| IN_DELAY | 50 | **500 ms** | 进入确认防抖（3 次 IIR 确认 + 500ms IN_DELAY） |
|
||
| OUT_DELAY | 50 | **500 ms** | 离开防抖（仅 SW_4=ON 时生效，OFF 时为 0） |
|
||
| PULSE_DELAY | 50 | **500 ms** | 脉冲输出宽度 |
|
||
| HOLD_TIME | 5×1200 | **~5 min** | 有限存在超时 |
|
||
| LC_HOLD_TIME | 4×1200 | **~4 min** | 安全复位超时 |
|
||
| STABLE_SAMPLES | 128 tick | **~128 ms** | 上电稳定期 |
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||
| FREEZE_TIMEOUT | 1000 | **~10 s** | 基线冻结超时（连续稳定后更新 Origin） |
|
||
|
||
> **M4 优化**：V2.0 将 tick 从 50ms (TMR15 5ms×10) 提升到 10ms (vTaskDelay 10ms)。IIR 系数同步调整（α 从 79/256→18/256），保持等效时间常数。进入确认 3×10ms + 500ms IN_DELAY = ~530ms，比旧设计 (50ms + 500ms = 550ms) 略快。基线更新从 5s 加速到 1s。
|
||
|
||
### 5.3 系统 Tick 来源
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||
TMR15 每 5ms 产生一次中断，`TM1cnt` 计数到 10 后触发 vd1_task（50ms 周期）。TMR15 ISR 同时驱动 LED。
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---
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||
## 6. 指示灯状态机
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### 6.1 三 LED 驱动架构
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```
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||
TMR15 ISR (每 5ms)
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||
├── 红灯 PB1 — TMR14 PWM 呼吸（硬件自主，不需软件干预）
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||
├── 绿灯 PA9 — poll_green_led() 每 tick 更新
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||
└── 黄灯 PA10 — poll_yellow_led() 每 tick 更新
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||
```
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||
|
||
> **设计原则**：三 LED 由 TMR15 ISR 统一驱动，单点控制。vd1_task 只设标志位，ISR 据此刷新硬件。
|
||
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||
### 6.2 绿灯行为表
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||
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||
```c
|
||
void poll_green_led(void) {
|
||
if (loop1_INI_LOOP || !g_loop_stable) {
|
||
// 自检 / 稳定期：慢闪 200ms
|
||
blink_200ms();
|
||
} else if (g_disconnect_active) {
|
||
// 当前断开中：强制灭
|
||
LEDA_OFF;
|
||
} else if (VD_FLAG || FLAG_IN || FLAG_OUT) {
|
||
// 有车 / 进入 / 离开延时中：亮
|
||
LEDA_ON;
|
||
} else {
|
||
// 无车：灭
|
||
LEDA_OFF;
|
||
}
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 6.3 黄灯行为表
|
||
|
||
| 条件 | 行为 | 参数 | 诊断含义 |
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||
|------|------|------|---------|
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||
| `g_disconnect_active == 1` | **快闪** | 200ms 亮 / 200ms 灭 | 线圈当前断开中 |
|
||
| `!g_loop_power_up_state` | **快闪** | 200ms 亮 / 200ms 灭 | 上电后从未连接线圈 |
|
||
| `g_disconnect_count == 1` | **1 短闪** | 80ms 亮 / 200ms 灭 → 1.2s 灭（循环） | 断开 1 次，已恢复 |
|
||
| `g_disconnect_count == 2` | **2 短闪** | 同上 | 断开 2 次 |
|
||
| `g_disconnect_count >= 3` | **3 短闪** | 同上 | 断开 3+ 次 |
|
||
| 正常 | **灭** | — | 一切正常 |
|
||
|
||
```c
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||
void poll_yellow_led(void) {
|
||
if (g_disconnect_active || !g_loop_power_up_state)
|
||
fast_blink_200ms(); // 断开中快闪
|
||
else if (g_disconnect_count > 0)
|
||
n_short_flash(g_disconnect_count); // N 短闪编码
|
||
else
|
||
led_off(); // 正常
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
> **注意**："上电后不接线，之后再接线圈"不计入断开次数（`g_loop_power_up_state` 控制）。只有已连接过的线圈断开才计入 `g_disconnect_count`。
|
||
|
||
---
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||
## 7. 上电稳定期
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||
### 7.1 背景
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||
Origin 首次确立后，线圈振荡未真正稳定。立即启用检测容易误判为有车（绿灯常亮）。
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||
### 7.2 实现
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```c
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||
#define STABLE_SAMPLES 128 // ~128ms
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||
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||
if (!g_loop_stable) {
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||
// 仅跟踪基线，不检测车辆
|
||
update_moving_average(&ORG_SUM, &ORG_CNT, &Origin, CAPVD, 100);
|
||
if (++_stable_cnt >= STABLE_SAMPLES)
|
||
g_loop_stable = 1; // 稳定确认，正式启用检测
|
||
return; // 跳过进入/离开判断
|
||
}
|
||
```
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||
|
||
稳定期间绿灯继续慢闪（`poll_green_led` 条件包含 `!g_loop_stable`）。
|
||
安全复位时 `loop1_LC_Reset` 重置 `g_loop_stable = 0`。
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||
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||
---
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||
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||
## 8. 线圈重连逻辑
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||
### 8.1 设计目标
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断开时不丢 VD_FLAG（车辆仍在线圈上方），重连后快速收敛 IIR。
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||
### 8.2 状态机
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||
```
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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
|
||
├─ g_disconnect_count++ (≤3)
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||
├─ 保留 loop1_VD_FLAG ← 关键：不丢有车状态
|
||
├─ 关断继电器输出
|
||
└─ 绿灯强制灭
|
||
|
||
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)
|
||
```
|
||
|
||
### 8.3 断开-重连场景矩阵
|
||
|
||
| 断开前 | 断开期间 | 重连后 | VD_FLAG | 绿灯 | 继电器 |
|
||
|--------|---------|--------|---------|------|--------|
|
||
| 有车 | 车仍在 | 车仍在 | 1 → 保持 | 恢复亮 | 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 → CAPVD>Origin+dlt → 1 | 亮 | 吸合 |
|
||
|
||
---
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||
## 9. 调试接口 (TTL Tx)
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||
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||
### 9.1 物理层
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| 参数 | 值 |
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||
|------|-----|
|
||
| 接口 | TTL 电平 UART Tx |
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||
| 电平 | 3.3V CMOS |
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||
| 波特率 | 9600（默认） |
|
||
| 数据位 | 8 |
|
||
| 停止位 | 1 |
|
||
| 校验 | 无 |
|
||
| 用途 | 调试信息输出（频率、状态、标志位） |
|
||
|
||
### 9.2 数据格式
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||
|
||
> 调试输出内容待后续版本补充。当前版本可通过 TTL 串口输出检测状态和原始频率值，用于开发调试和现场调参。
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||
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---
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||
## 10. 故障检测
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||
### 10.1 检测项
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||
| 检测项 | 判定条件 | 触发动作 |
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||
|--------|---------|---------|
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||
| 线圈断开 | `loop1_RF_FLAG == 0` 持续 | 黄灯快闪 / 继电器释放 |
|
||
| 线圈短路 | Xn 持续为 0 或极小 | 黄灯快闪 / 继电器释放 |
|
||
| 频率过低 | Value 持续 < MIN_FREQ | 黄灯编码闪烁 |
|
||
| 频率过高 | Value 持续 > MAX_FREQ | 黄灯编码闪烁 |
|
||
|
||
### 10.2 黄灯编码设计
|
||
|
||
断开次数编码提供了比 TLD-110 的均匀闪烁更丰富的诊断信息：
|
||
- **快闪=当前故障** → 现场立即处理
|
||
- **N短闪=历史故障** → 判断是偶发还是持续问题
|
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---
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||
## 11. 代码架构
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||
### 11.1 目录结构
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```
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DLD154V4B/
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├── utilities/at32f421_freertos_demo/
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||
│ ├── src/
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│ │ └── 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
|
||
├── docs/
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||
│ ├── product-manual.md # 产品手册
|
||
│ ├── technical-spec.md # 本文档
|
||
│ ├── devlog.md # 开发日志
|
||
│ └── reference_analysis.md # M1H/TLD-110 参考分析
|
||
└── README.md
|
||
```
|
||
|
||
### 11.2 代码精简历程
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|
||
| 版本 | 代码量 | 说明 |
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|------|--------|------|
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||
| 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 |
|
||
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||
**删除的死代码：**
|
||
- 二阶差分滤波（计算但从未参与判决）
|
||
- FltHistoryManager（20+ 未用字段）
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||
- StageRangeConfig（区间约束未引用）
|
||
- 动态窗口切换（LOOP_WINDOW_SIZE_LOW → FAST）
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||
- 中间层时序状态（PLUSE_IN_F / PLUSE_IN）
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||
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---
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||
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||
## 12. 性能基准
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### 12.1 检测性能
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| 指标 | 值 | 说明 |
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|------|-----|------|
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||
| 进入检测延迟 | < 3 ms (测量) + 3×10ms (确认) + 500 ms (防抖) = **~530 ms** | M4 优化，比旧 550ms 略快 |
|
||
| 离开检测延迟 | < 3 ms (测量) + 3×10ms (防抖确认) + 500 ms (可选延时) | 滞回 + 3 次确认 |
|
||
| 误检率（单阈值） | — | 基准参考 |
|
||
| 误检率（防抖） | 滞回 + 3 次确认 | 瞬态干扰免疫（平坦性 #if 可选） |
|
||
| 频率分辨率 | < 0.01% | 取决于线圈 Q 值 |
|
||
| 温漂补偿 | 自动（100 窗口基线跟踪，更新周期 ~1s） | 仅无车时；冻结超时 10s |
|
||
| 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
|
||
|
||
| 任务 | 频率 | CPU 占用 @120MHz | 说明 |
|
||
|------|------|-----------------|------|
|
||
| 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 | 100/s | < 1% | 滤波 + 检测（M4 10ms tick） |
|
||
| FreeRTOS 开销 | — | < 1% | 任务调度 |
|
||
| **总计** | — | **< 5%** | 余量充足 |
|
||
|
||
### 12.3 RAM 占用
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||
|
||
| 模块 | 大小 | 说明 |
|
||
|------|------|------|
|
||
| 全局检测变量 | ~100 B | 状态、计数、滤波值 |
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||
| FreeRTOS 堆栈 | ~4 KB | 任务栈 + 系统堆 |
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||
| 剩余 | ~11 KB | 可用于扩展功能 |
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||
---
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## 13. 编译选项
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||
```c
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// TaskLoop.h
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||
#define USE_FLATNESS_EXIT 0 // 1 = 平坦性离开判定 (CN200910309382)
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||
// 0 = 简单 cnt_release 防抖 (V2.9 默认)
|
||
|
||
// M4 优化参数
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||
#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%
|
||
|
||
// 看门狗参数 (IWDT, V2.10 新增)
|
||
#define WDT_COUNTER_LIMIT 100 // 喂狗周期 500ms (TMR15 5ms × 100)
|
||
#define WDT_DIV 2 // IWDT 分频枚举值: 2 = WDT_CLK_DIV_16 (实际分频 16, 勿传 16!)
|
||
#define WDT_RLD 4095 // 12bit 重装载 → 超时 ≈ 1.64s
|
||
```
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||
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||
### 13.1 看门狗机制（IWDT，V2.10 新增）
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||
AT32F421 独立看门狗（IWDT），双保险喂狗模式（对齐 DLD154Pro V3.03 方案）：
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||
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||
| 环节 | 实现 |
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||
|------|------|
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||
| 使能 | `main()` 中 `wdt_init()`：分频 16（枚举 `WDT_CLK_DIV_16`）+ 重装载 4095 + 立即喂一次 |
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||
| 超时 | ≈ 1.64s（LSI≈40kHz，`16×4096/40k`） |
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||
| 活性计数 | TMR15 ISR 每 5ms `g_wdg_counter++` |
|
||
| 喂狗 | 主循环每轮 `poll_wdg()`：计数达 100（500ms）才 `wdt_counter_reload()` |
|
||
|
||
**双保险语义**：
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||
- TMR15 ISR 死 → 计数不涨 → 永不喂狗 → 1.64s 后复位
|
||
- 主循环死（阻塞/死循环不走喂狗点）→ poll_wdg 不执行 → 1.64s 后复位
|
||
- FreeRTOS 调度失败 / 任务创建失败 → 无人喂狗 → 复位（期望行为，避免"假活"）
|
||
|
||
> ⚠ 喂狗周期 500ms 必须远小于超时 1.64s；修改 WDT_DIV/WDT_RLD 时保持 `喂狗周期 < 超时/2`。
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||
## 14. 关键专利
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| 专利号 | 名称 | 权利人 | 应用 |
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|--------|------|--------|------|
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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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DLD154V4B V1.4 起实现该专利的整数化版本，用于大车通行时的离开判定，有效抑制频率曲线多峰导致的多次误触发。**V2.9（2026-08-28）起默认关闭（现场实测不理想），代码保留在 `#if USE_FLATNESS_EXIT` 内可一行开启。**
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## 15. 修订记录
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| 版本 | 日期 | 说明 |
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|------|------|------|
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| V1.0 | 2026-06-24 | 技术规格书初版（V1.5 固件） |
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| 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 |
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| V2.1 | 2026-06-29 | 更新至 V2.6：单路 IIR ALFA_CAP1=79, WINDOW_ORIGIN=500, 两阶段基线 |
|