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DLD154V4B 技术规格书

单路线圈车辆检测器 | 固件版本: V4.29 | 文档版本: V2.8
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

1.1 硬件架构

                    ┌──────────────────────────────────┐
   线圈 ────────────┤ PA7 (TIM3_CH2)   AT32F421F8P7    │
                    │   输入捕获          Cortex-M4      ├──── PB1 (TMR14 PWM) ──── 红灯
                    │                  120MHz / 64KB    │
   DIP ×5 ─────────┤ PA0~PA4 (GPIO)                    ├──── PA9 (GPIO) ──────── 绿灯
                    │                                   │
   Tx ─────────────┤ USART (TTL)                       ├──── PA10 (GPIO) ─────── 黄灯
                    │                                   │
                    │                      PA5 (GPIO) ──┼──── RLY2 继电器
                    │                      PA6 (GPIO) ──┼──── RLY1 继电器
                    │                                   │
                    │   SWD (PA13/PA14) ────────────────┼──── 调试接口
                    └──────────────────────────────────┘

1.2 软件架构

FreeRTOS Kernel (CMSIS-RTOS v2)
├── loop_task (主检测任务)
│   ├── vd1_task() — 每 ~10ms 执行 (M4 优化)
│   │   ├── IIR 滤波 (ALFA_CAP1=79/256, τ≈32ms)
│   │   ├── 斜率限幅 (MAX_SLOPE_RATE=5%)
│   │   ├── 基线跟踪 (500 窗口滑动平均, 5s)
│   │   ├── 进入确认 (ENTRY_CONFIRM=3 次)
│   │   ├── 离开检测 (cnt_release 防抖，平坦性 #if 可选)
│   │   ├── 时序状态机 (IN/OUT/PULSE/HOLD)
│   │   └── 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
├── TMR3_ISR() — 线圈频率捕获
├── TMR15_ISR() — 5ms 系统 tick (LED 驱动 + 看门狗活性计数)
├── TMR14_PWM() — 红灯呼吸
└── 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

参数	最小值	典型值	最大值	单位	备注
供电电压 (VDD)	10	12 / 24	30	V	宽压输入
功耗	—	0.5	2	W	含继电器吸合
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
ESD 防护	±2	—	—	kV	HBM

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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
PA0	SA_1	灵敏度 bit0	IN	GPIO, 上拉	—	DIP 开关
PA1	SA_2	灵敏度 bit1	IN	GPIO, 上拉	—	DIP 开关
PA2	SW_3	存在/脉冲选择	IN	GPIO, 上拉	—	0=存在, 1=脉冲
PA3	SW_4	离开延时	IN	GPIO, 上拉	—	0=无, 1=500ms
PA4	SW_5	安全复位	IN	GPIO, 上拉	—	1=复位
PA5	RLY2	继电器 2	OUT	GPIO PP	0 (开路)	辅助输出
PA6	RLY1	继电器 1	OUT	GPIO PP	0 (开路)	主输出
PA7	LP	线圈频率捕获	IN	TIM3_CH2	—	核心输入
PA9	LEDA	绿灯	OUT	GPIO PP	0 (灭)	有车/自检
PA10	LEDC	黄灯	OUT	GPIO PP	0 (灭)	故障诊断
PB1	LEDA_RED	红灯	ALT	TMR14_CH1 PWM	—	呼吸灯
PA13	SWDIO	调试数据	I/O	SWD	—	仅调试
PA14	SWCLK	调试时钟	IN	SWD	—	仅调试

3.2 拨码开关逻辑

// DIP 开关读取与解码
SENS = 3 - (sw & 0x03);
// SA_2:SA_1 = 11 → SENS = 0 (低灵敏)
// SA_2:SA_1 = 10 → SENS = 1
// SA_2:SA_1 = 01 → SENS = 2
// SA_2:SA_1 = 00 → SENS = 3 (最高灵敏)

SET_PLUS = (sw >> 2) & 0x01;   // PA2 = SW_3
SET_DLY  = (sw >> 3) & 0x01;   // PA3 = SW_4
SET_SAFE = (sw >> 4) & 0x01;   // PA4 = SW_5

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

4.1 频率测量

4.1.1 硬件链路

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)。

对比项	M1H/TLD-110	DLD154V4B
外部分频	CD4060 Pin5 (÷32)	无（直连）
MCU 内部分频	无	TIM3 DIV_2 (÷2)
总分频比	÷32	÷2
中断率 @100kHz	~3.1k/s	50k/s
CPU 占用 @120MHz	—	< 3%

4.1.2 捕获流程

线圈边沿 → PA7 (TIM3_CH2)
       │
       ▼
TIM3 自由运行 (16-bit, 计数时钟 = sclk = 120MHz)
  └─ 通道输入捕获 DIV_2 (每 2 个信号边沿捕获一次) → CH2 捕获 → 读 CCR2
     Xn = 2 × 120MHz / f_real  →  f_kHz = 240000 × LPCNT / CAPVD  (V4.27 修正)
       │
       ▼
TMR3 ISR:
  CCR2_now → 存为 CapThis
  Xn = CapThis - CapLast          (相邻边沿周期差)
  处理 16-bit 溢出: if (Xn & 0x8000) Xn += 0x10000
  CapLast = CapThis
       │
       ▼
  LPCNT = MEASUREMENT_BASE / Xn   (自适应窗口)
  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  131072       // 2^17
#define g_input_div       2            // TIM3 DIV_2

线圈频率	Xn @DIV_2	LPCNT	测量窗口	Value 范围
50 kHz	1200	109	2.2 ms	~130800
100 kHz	600	218	2.2 ms	~130800
150 kHz	400	328	2.2 ms	~131200
200 kHz	300	437	2.2 ms	~131100

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。

4.1.4 精度陷阱（已修复）

旧代码存在 <<6 和 >>6 互相抵消的精度浪费：

旧: LPCNT = (32768 << 6) / Xn = 437   → 窗口 17.5ms
     Value >>= 6                       → 等效 7 样本精度
新: LPCNT = 131072 / Xn = 27~54        → 窗口 ~1ms
     不做右移                           → 全样本精度

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（M4 优化：ALFA_CAP1=79 @10ms）

V2.6 起采用单路 IIR，ALFA_CAP1=79 @10ms (τ≈32ms)，比旧 50ms tick 的 τ≈162ms 快 5 倍：

#define ALFA_CAP1  79   // IIR α = 79/256 ≈ 0.31 (@10ms → τ≈32ms)

// get_flt_value(): 通用一阶 IIR
CAPVD = (|Value - CAPVD| * ALFA_CAP1) >> 8   // 每 tick 移动 ~31%

参数	值	说明
α	79/256 ≈ 0.31	指数平滑系数
τ	~32ms @10ms 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。

if (CAPVD < Origin - dlt_ORG) {
    if (++entry_cnt >= 3)
        VD_FLAG = 1;        // 确认有车
} else {
    entry_cnt = 0;           // 恢复则重置
}

对比	8051/M1H 旧设计	V2.6
tick	50ms	10ms
IIR α	79/256 (@50ms, τ=162ms)	79/256 (@10ms, τ=32ms)
确认方式	单次阈值	连续 3 次
瞬态抑制	无	斜率限幅 + 确认
进入响应	~550ms	~530ms

4.3 检测判据

4.3.1 灵敏度表

const uint16_t SensTable[4]   = {300,  60,  32,  21};  // 进入阈值 (V2.11: 全档与 PD132T 完全一致)
const uint16_t SensTable_1[4] = { 60,  32,  21,  14};  // 离开阈值 (V2.11: 分档与 PD132T 完全一致)

SENS	SensTable	进入阈值 (×Origin/65536)	SensTable_1	离开阈值 (×Origin/65536)
0 (低)	300	0.46%	60	0.092%
1	60	0.09%	32	0.049%
2	32	0.049%	21	0.032%
3 (高)	21	0.032%	14	0.021%

⚠ 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。

⚠ V2.11（2026-08-28）：PD132T 客户现场替换对齐——进入/离开表全档与 PD132T 完全一致：① 进入 216/108/36/20 → 300/60/32/21（0.33%/0.16%/0.055%/0.031% → 0.458%/0.092%/0.049%/0.032% Δf/f，即 PD132T SensTable 原值）；② 离开表 {108,72,18,14} → {60,32,21,14}（0.092%/0.049%/0.032%/0.021% Δf/f，即 PD132T SensTable1 原值，SENUP 标贴 OFF=出厂默认态）。替换后任意档位触发/释放手感与 PD132T 完全一致。

4.3.2 进入检测（M4 优化：确认机制）

// CAPVD 连续 ENTRY_CONFIRM 次低于阈值才判定有车
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;  // 恢复则重置
}

对比	8051/M1H 旧设计	V2.6 M4 优化
判定依据	CAPVD (α=79, τ=162ms)	CAPVD (α=79, τ=32ms)
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	~530ms

4.3.3 离开检测（滞回）

模式 1：简单防抖 (USE_FLATNESS_EXIT=0) — 默认（V2.9 起）

dlt_ORG = (Origin * SensTable_1[SENS]) >> 16;    // V2.11 起恒 14（对齐 PD132T 默认）
if ((Origin - dlt_ORG) < CAPVD) {                // CAPVD 回升至距基线不足 dlt → 离开
    if (++cnt_release >= 3) {                     // 连续 3 次确认
        VD_FLAG = 0; FLAG_OUT = 1;
    }
} else {
    cnt_release = 0;                               // 回落立即重置
}

离开分档设计依据（V2.11）：离开表 {60,32,21,14}（0.092%/0.049%/0.032%/0.021% Δf/f）对齐 PD132T SENUP 标贴 OFF（拨码低有效：标贴 OFF=电平 1=SET_ASB=1 → if(SET_ASB) 分档分支，出厂默认态）。物理意义：离开滞回比进入小一档（档0: 20%、档1: 53%、档2: 58%、档3: 70%），保证释放快于触发、车走即释放，同时防瞬态误落杆。若现场 PD132T 的 SENUP 标贴为 ON（电平0=SET_ASB=0 → 恒 14），需将 SensTable_1 改回恒 14 表对齐。

⚠ V4.03（2026-08-31）释放慢滤波（方案 A，USE_SLOW_RELEASE）：现场金属板测试——灵敏度表已对齐，但释放高度 V4B 比 PD132T 低（V4B 刚离开触发位置即释放，PD132T 需离得更远）。根因：IIR 滤波时间常数差异（V4B 10ms tick + α79 → τ≈32ms；PD132T 43.7ms tick + α79/64 → τ≈142175ms，慢 4.45.5×），释放阈值浅（进入的 20%）放大差异。修复：离开判定改用独立慢滤波值 loop1_CAPVD_slow（α=18/256 @10ms → τ≈142ms，复刻 PD132T 恢复速度，吃原始 Value 不经斜率限幅），进入路径不变。开关 USE_SLOW_RELEASE（TaskLoop.h，默认 1；0=原快滤波释放）。单测：τ fast=30ms/slow=140ms，释放时机差 260ms（tests/test_release_slow_filter.c）。⚠ 若现场 PD132T 的 SET_FLT=ON（α64 → τ≈175ms），可调 RELEASE_ALFA 15（τ≈170ms）更贴近。

⚠ V4.04（2026-09-01）方案A 现场复核修正（RELEASE_ALFA 18→21 + 进入 snap）：金属板复测两现象——① 慢速抬板释放高度 V4B 仍比 PD132T 高一点（跟手速有关）；② 定在 HR0/2（释放高度一半）保持 ~1s V4B 释放、PD132T 不释放。根因：① τ 对齐用了近似口径——α18 精确 τ≈137ms vs PD132T α79@43.7ms 精确 τ≈118ms（α=79 时 T×256/α 近似公式高估 19.6%），叠加 3 次确认 30ms；② 双滤波进入瞬态假释放——进入由快滤波 30ms 确认、释放判定用慢滤波，进入确认瞬间慢滤波还悬在基线附近，残余信号落在窄带（SENS=3 时 0.032%~0.044%）时释放条件瞬时为真 → 假释放；PD132T 进出共用同一滤波，结构性免疫。修正：① RELEASE_ALFA 18→21（精确 τ≈117ms 对齐 PD132T 118ms）；② 进入确认处 snap loop1_CAPVD_slow = loop1_CAPVD（进入线 0.032% 恒深于离开线 0.021%，snap 后释放条件结构性为假）。单测：τ fast=30ms/slow=120ms，释放时机差 200ms；仿真 3s 抬升高度差 +9mm→+3mm，0.10% 板 HR0/2 假释放消除。⚠ 待板级复测。

⚠ V4.05（2026-09-01）方案B 实验（USE_SLOW_RELEASE=0 + USE_PLANB_TABLE=1）：对比路线——释放走快滤波（无慢滤波状态），手感对齐改由调深释放阈值表 ReleaseTable_B={80,42,27,18}（原始 {60,32,21,14} 加深 30%）承担。⚠ 关键认知：释放方向是 CAPVD 向 Origin 恢复，dlt 增大（调深）→ 释放线降低 → 释放更早（与"调深=更严格"直觉相反，仿真+单测双确认）。仿真预测：深信号（≥0.2%）加深表比 PD132T 早 36 counts，原始表更接近；浅信号（~0.1%）加深表更接近（差 ~1.3 counts）。HR0/2 假释放结构性免疫（无悬停状态）。现场 A/B 对比后定稿，USE_SLOW_RELEASE/USE_PLANB_TABLE 两宏二选一保留。

⚠ V4.06/V4.07（2026-09-01）方案B 现场调校定稿（USE_SLOW_RELEASE=0 + USE_PLANB_TABLE=1）：现场实测——加深表失败（释放更早）；用户改 SENS=3 进入 21→25、释放 14→12 → 接近 PD132T 最高灵敏手感。关键：**进入加深（触发更严）+ 释放调浅（释放更晚）**组合，滞回 66%→47%。全档等比（×25/21 进入、×12/14 释放）后 V4.07 SENS=0 回调 357→337：进入 {337,71,38,25}、释放 {51,27,18,12}。⚠ 与 PD132T 表值不再一致（行为等效）。废弃 ReleaseTable_B（方向错误，并入 SensTable_1 调校）。

模式 2：平坦性判定 (USE_FLATNESS_EXIT=1) — ⚠ 默认禁用（#if 0，代码保留）

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。

⚠ 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。

算法架构：

车辆到达 → 单一阈值法 (沿用 SensTable)
    │
    ▼ Phase 1: g_exit_state = 0 (追踪第一上升坡面)
    │   追踪最大 |f'| 和 |f''|
    │   当 |f'| 连续 3 次 < SLOPE_FLAT_THRESH:
    │     Δ2 = max_slope / K1       (一阶平坦阈值)
    │     Δ3 = max_slope_rate / K2  (二阶平坦阈值)
    │     g_exit_state = 1
    │
    ▼ Phase 2: g_exit_state = 1 (平坦性判定)
      三条件同时满足:
      ① |f - f_b| < dlt_ORG        (频率回归基频)
      ② |f'| < Δ2                   (一阶导数近零)
      ③ |f''| < Δ3                  (二阶导数近零)
    │
    连续 FLAT_CONFIRM_CNT(3) 次全部满足 → 车辆离开

参数表：

常量	值	含义
K1, K2	8	动态阈值除数（专利推荐值）
SLOPE_FLAT_THRESH	100	斜率趋零判断阈值
MIN_DELTA2	5	Δ2 下限（防除数过小）
MIN_DELTA3	2	Δ3 下限
FLAT_CONFIRM_CNT	3	平坦确认次数

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。

4.4 基线跟踪（M4 优化：斜率限幅 + 冻结超时）

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%：

#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

// 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 {
        // CAPVD 异常偏高 → 冻结 + 超时恢复逻辑
    }
}

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）
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）
环境重校准（V4.24/26）	dev>+4×dlt 高位连续 10s（ENV_RESYNC_WAIT，V4.26 由 60s 提速）→ 判定永久环境变化 → 学习基线 B（空闲窗均值+判稳，黄灯常亮）→ 原子替换 Origin；铁块类瞬态 10s 内仍只冻结不污染

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
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）

4.5.1 问题演进

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

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
    }
}

4.5.3 关键常量

常量	值	说明
冻结触发阈值	dlt_ORG × 4	CAPVD 偏离 Origin 的倍数
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）

---

5. 时序状态机

5.1 状态转移

                       IN_DELAY=10               OUT_DELAY=10
     [空闲] ──有车──→ [进入延时] ──超时──→ [有车确认]
        ↑                                         │
        │                                   车辆离开 (+ SW_4离开延时)
        │                                         ↓
        └──脉冲结束───── [脉冲输出] ←──超时── [离开延时]
                         PULSE_DELAY=10

5.2 时序参数

参数	Tick (10ms)	时间	说明
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	≥1.3 s	上电稳定期最少样本（基准漂移达标才判稳，见 §7）
STABLE_ORIGIN_PPT	1	—	判稳带：窗口 Origin 均值漂移 ≤ Origin×0.1%
STABLE_SETTLE_WINDOWS	2	~2 s	连续窗口漂移达标数
STABLE_MAX_SAMPLES	500 tick	~5 s	自检硬兜底上限（超时强制判稳）
FREEZE_TIMEOUT	1000	~10 s	基线冻结超时（连续稳定后更新 Origin）
ENV_WARN_WAIT	500 tick	~5 s	环境预判锁存（V4.25）：dev>+4×dlt 高位连续 5s → 黄灯常亮预判（锁存）
ENV_RECOVER_WAIT	500 tick	~5 s	恢复确认（V4.25）：环境回正常空闲连续 5s 才解除预判锁存、黄灯灭（回摆/目标靠近保持常亮）
ENV_RESYNC_WAIT	1000 tick	~10 s	环境重校准等待：dev>+4×dlt 高位连续 10s 判定永久环境变化（V4.26 拍板：60s→10s）
ENV_LEARN_WINDOW	200 tick	~2 s	环境学习窗口（基线 B 均值窗，学习期黄灯常亮）
ENV_LEARN_MAX_TICKS	3000 tick	~30 s	学习预算：窗口不稳超时放弃，保留旧 Origin（防死锁）
COIL_F_OK_MIN_KHZ	20 kHz	—	线圈频率合理窗下界（V4.26）：默认低频档口径，f<20kHz → L偏大告警
COIL_F_OK_MAX_KHZ	120 kHz	—	线圈频率合理窗上界（V4.26）：f>120kHz → L偏小告警
COIL_CAL_C_NF	68 nF	—	标定等效谐振电容（V4.29）：0Ω 板低频档实测 C_eff=68.1~68.9nF（均值 68.4）≈名义 66；旧 43 为 5.1K 旧板带病特性（三极管开关未饱和导通）作废；高频档（33nF）参考 34（0Ω 板待复测）；标定法：LCR 实测 L → C=2.533e7/(f²×L)，多颗平均

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

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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6. 指示灯状态机

6.1 三 LED 驱动架构

TMR15 ISR (每 5ms)
├── 红灯 PB1 — TMR14 PWM 呼吸（硬件自主，不需软件干预）
├── 绿灯 PA9 — poll_green_led() 每 tick 更新
└── 黄灯 PA10 — poll_yellow_led() 每 tick 更新

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。

6.2 绿灯行为表

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

优先级	条件	行为	参数	诊断含义
1	g_disconnect_active == 1 或 !g_loop_power_up_state	快闪	200ms 亮 / 200ms 灭	线圈当前断开中 / 从无线圈上电
4	g_env_warn 或 g_env_resync	常亮	—	环境异常预判/重校准学习（V4.24/25；故障补偿 ~10 s 内完成）
5	g_coil_fault（V4.26）	一长一短	长亮 200ms / 灭 100ms / 短亮 100ms / 灭 800ms 循环	电感量不合理：1=L偏大(f<20kHz) 2=L偏小(f>120kHz)
3	g_disconnect_count == 1	1 短闪	80ms 亮 / 200ms 灭 → 1.2s 灭（循环）	断开 1 次，已恢复
3	g_disconnect_count == 2	2 短闪	同上	断开 2 次
3	g_disconnect_count >= 3	3 短闪	同上	断开 3+ 次
2	正常	灭	—	一切正常

void poll_yellow_led(void) {           // 优先级 1 > 4 > 5 > 3 > 2 (V4.26)
    if (g_disconnect_active || !g_loop_power_up_state)
        fast_blink_200ms();           // ① 断开中快闪
    else if (g_env_warn || g_env_resync)
        led_on();                     // ④ 环境预判/学习中常亮 (V4.24/25)
    else if (g_coil_fault)
        long_short_blink();           // ⑤ 电感量不合理: 一长一短 (V4.26)
    else if (g_disconnect_count > 0)
        n_short_flash(g_disconnect_count);  // ③ N 短闪编码
    else
        led_off();                    // ② 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

7.1 背景

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）。

7.2 实现

#define STABLE_SAMPLES        128   // 最少样本 (128×10ms≈1.3s)
#define STABLE_ORIGIN_PPT     1     // 判稳带: 窗口均值漂移 ≤ Origin×0.1%
#define STABLE_SETTLE_WINDOWS 2     // 连续 2 窗漂移达标判稳
#define STABLE_MAX_SAMPLES    500   // 硬兜底 5s (防环境长期不稳无限自检)

if (!g_loop_stable) {
    // 仅跟踪基线，不检测车辆 (窗=100样本≈1s)
    update_moving_average(&ORG_SUM, &ORG_CNT, &Origin, CAPVD, 100);
    // 每窗完成时比较 Origin 均值漂移: ≤0.1% → g_settle_cnt++, 否则清零
    if ((g_stable_cnt >= STABLE_SAMPLES && g_settle_cnt >= STABLE_SETTLE_WINDOWS)
        || g_stable_cnt >= STABLE_MAX_SAMPLES)
        g_loop_stable = 1;      // 基准稳定确认, 正式启用检测 (V4.23)
    return;                     // 跳过进入/离开判断
}

稳定期间绿灯继续慢闪（poll_green_led 条件包含 !g_loop_stable），闪烁持续到基准值稳定才停止。 安全复位时 loop1_LC_Reset 重置 g_loop_stable = 0。

V4.23 判稳语义：自检结束 = 基准值稳定（连续 2 窗 Origin 漂移 ≤0.1%），而非固定样本数。 旧实现固定 128 样本即判稳，与基准是否稳定无关，且 static 计数残留导致二次稳定期 1 样本瞬间判稳——已改全局计数并在判稳退出/INIT_VD 时清零。

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8. 线圈重连逻辑

8.1 设计目标

断开时不丢 VD_FLAG（车辆仍在线圈上方），重连后快速收敛 IIR。

8.2 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_disconnect_count++    (≤3)
    ├─ 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)

9.1 物理层

参数	值
接口	TTL 电平 UART Tx
电平	3.3V CMOS
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

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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10. 故障检测

10.1 检测项

检测项	判定条件	触发动作
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
电感量不合理（L偏大）	空场 f 持续 < 20 kHz（默认低频档，V4.26）	黄灯一长一短（g_coil_fault=1）/ 持续监视 1s 防抖
电感量不合理（L偏小）	空场 f 持续 > 120 kHz	黄灯一长一短（g_coil_fault=2）/ 持续监视 1s 防抖

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
• 一长一短=线圈电感量不合理（V4.26）：空场频率出 20~120kHz 窗（默认低频档）；用标定线圈实测后微调阈值

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11. 代码架构

11.1 目录结构

DLD154V4B/
├── utilities/at32f421_freertos_demo/
│   ├── src/
│   │   └── 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/
│   ├── 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

版本	代码量	说明
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）
• FltHistoryManager（20+ 未用字段）
• StageRangeConfig（区间约束未引用）
• 动态窗口切换（LOOP_WINDOW_SIZE_LOW → FAST）
• 中间层时序状态（PLUSE_IN_F / PLUSE_IN）

---

12. 性能基准

12.1 检测性能

指标	值	说明
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

模块	大小	说明
全局检测变量	~100 B	状态、计数、滤波值
FreeRTOS 堆栈	~4 KB	任务栈 + 系统堆
剩余	~11 KB	可用于扩展功能

---

13. 编译选项

// TaskLoop.h

#define USE_FLATNESS_EXIT  0   // 1 = 平坦性离开判定 (CN200910309382)
                                // 0 = 简单 cnt_release 防抖 (V2.9 默认)

// 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%

// 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

13.1 看门狗机制（IWDT，V2.10 新增）

AT32F421 独立看门狗（IWDT），双保险喂狗模式（对齐 DLD154Pro V3.03 方案）：

环节	实现
使能	main() 中 wdt_init()：分频 16（枚举 WDT_CLK_DIV_16）+ 重装载 4095 + 立即喂一次
超时	≈ 1.64s（LSI≈40kHz，16×4096/40k）
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：

• 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

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

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

版本	日期	说明
V1.0	2026-06-24	技术规格书初版（V1.5 固件）
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
V2.1	2026-06-29	更新至 V2.6：单路 IIR ALFA_CAP1=79, WINDOW_ORIGIN=500, 两阶段基线
V2.2	2026-09-02	更新至 V4.23：上电稳定期判稳语义（基准漂移≤0.1%×2窗 + 5s兜底）、红灯呼吸周期≈2.6s、绿灯自检描述
V2.3	2026-09-02	更新至 V4.24：环境重校准（dev>+4dlt 高位连续 60s → 学习基线 B → 空闲原子替换 Origin，黄灯常亮指示；瞬态 60s 内不污染、30s 学习预算兜底）
V2.4	2026-09-02	更新至 V4.25：环境异常黄灯预判锁存（ENV_WARN_WAIT=5s 触发；回摆保持，ENV_RECOVER_WAIT 空闲 5s 才解除）；预判≠学习
V2.5	2026-09-03	更新至 V4.26：线圈电感量告警（频率窗 20~120kHz 单窗，黄灯一长一短）；故障补偿 ENV_RESYNC_WAIT 60s→10s；黄灯优先级 1>4>5>3>2
V2.6	2026-09-03	更新至 V4.27：频率测量 4 倍偏差修正（calc_freq_khz 60000→240000：TMR3 实际 120MHz 计数 + 通道 DIV_2 边沿分频，原按 60MHz 假设漏乘 2×2）；§4.1.2 流程文字更正
V2.7	2026-09-03	更新至 V4.28：L 估算引入标定等效谐振电容 COIL_CAL_C_NF=43（名义 66nF 与实测 C_eff≈43 不符；5 组实测 41.3~45.5nF）
V2.8	2026-09-03	更新至 V4.29：硬件修复（拨码三极管 5.1K→0Ω）使低频档并联全导通，C_eff 43→68.4≈名义66；COIL_CAL_C_NF 43→68