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admin 5b25e603d1 SenseLoop ILD V1.2完整版：AT32F422+CH32V208双核国产平台，独立完整规格书（含V1.1/V1.0全部内容）

2026-07-21 18:31:32 +08:00

63 KiB

Raw Blame History

环路车辆检测器产品规格书

文档编号：SP-ILD-2026-V1.2
版本日期：2026年7月21日
产品系列：SenseLoop™ ILD 系列
密级：商业机密

V1.2 修订说明：基于 AT32F422KBT7（信号处理核）+ CH32V208GBU6（通信管理核）双芯片方案全面重写。
V1.2 为独立完整文档，涵盖 V1.0/V1.1 全部实质性内容并适配新硬件平台，无需对照旧版本阅读。
主要变更：

信号处理核从 STM32F4 迁移至 AT32F422KBT7（Cortex-M4F @ 180MHz，FPU）

通信管理核从 STM32G0 迁移至 CH32V208GBU6（RISC-V @ 144MHz，BLE 5.3）

新增处理器选型论证与替代推荐（§3）

100% 国产化平台，双芯片 BOM 降至 ¥10-14

保留 V1.1 全部技术改进（振荡器振幅调节 / ASB 释放条件 / 测频模式 / 馈线约束 / OTA 资源争用 / 竞品对比 ★ 标记）

1 产品概述

1.1 产品定位

SenseLoop™ ILD 系列环路车辆检测器是面向全球智能交通市场的高性能、高可靠车辆感知终端，基于电磁感应原理与数字信号处理技术，实现对车辆的存在检测、速度测量、车型分类与交通流参数采集。

核心价值主张：

全球标准兼容：同时满足 NEMA TS2、EN 12675/TLS/BASt、GB/T 26942 三大标准体系
100% 国产化芯：信号核 AT32F422（雅特力）+ 通信核 CH32V208（沁恒），全供应链自主可控
全场景覆盖：从停车门禁到高速公路收费，从城市路口到偏远野外
极致可靠性：MTBF ≥ 100,000 小时，工业级环境耐受
智能化闭环：自适应调谐 + 远程诊断 + 边缘计算 + 云平台管理

1.2 双核架构概述

┌──────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SenseLoop™ V1.2 双核异构架构                                    │
│                                                                  │
│ ┌─────────────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐│
│ │ 信号处理核                      │ │ 通信管理核                ││
│ │ AT32F422KBT7（雅特力）          │◄───UART 2Mbps──►│ CH32V208GBU6（沁恒）    ││
│ │ Cortex-M4F @ 180MHz            │ │ RISC-V QingKe V4C@144MHz  ││
│ │ FPU + DSP + 128KB/20KB         │ │ BLE 5.3 + Eth MAC + USB   ││
│ │ 职责：实时测频 / ALP / 控制输出  │ │ 职责：云接入/BLE/OTA/RS485││
│ └─────────────────────────────────┘ └───────────────────────────┘│
│                                                                  │
│ ┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 共享资源：三级浪涌防护 | 宽压电源 | 双继电器 | 4通道LC振荡  │ │
│ └──────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────┘

1.3 应用场景

场景类别	典型应用	推荐型号
停车与门禁	停车场出入口、工业门控制、屏障系统	SenseLoop-1（单环路）
城市交通信号	交叉路口信号控制、公交车优先通行	SenseLoop-2（双环路）
高速公路与收费	收费站触发、速度执法、交通调查	SenseLoop-2 / SenseLoop-4
车型分类与称重	WIM 称重预筛选、收费站车型分类	SenseLoop-4（四环路）
智慧交通与 V2I	路侧感知单元、数字孪生数据源	SenseLoop-4-IoT
隧道与桥梁	隧道流量监控、桥梁载荷监测	SenseLoop-4

1.4 产品命名规则

SenseLoop-[环路数]-[功能后缀]
├── SenseLoop-1 ：单环路检测器（基础型）
├── SenseLoop-1-LP ：单环路检测器（超低功耗型）
├── SenseLoop-2 ：双环路检测器（标准型）
├── SenseLoop-2-T ：双环路检测器（交通信号型）
├── SenseLoop-4 ：四环路检测器（分类型）
├── SenseLoop-4-IoT ：四环路检测器（物联网增强型）
└── SenseLoop-4-WIM ：四环路检测器（称重预筛选型）

2 产品系列定义

2.1 SenseLoop-1（单环路检测器）

目标市场：停车管理、门禁控制、工业门

参数项	规格
检测通道	1 通道
信号处理核	AT32F422KBT7（Cortex-M4F @ 180MHz，集成 FPU）
输出模式	双继电器输出（存在/脉冲可选）
灵敏度等级	16 级数字可调（0.02% ~ 1.28% ΔL/L）
响应时间	标准型 ≤ 8 ms；LP 型 ≤ 20 ms
工作频率	20 ~ 170 kHz，4 档可调 + 自动选频
环路电感范围	20 ~ 2500 µH
馈线长度	≤ 300 m（环路电感 ≥ 100 µH 时）；≤ 150 m（电感 < 100 µH）
安装方式	DIN 导轨 / 墙面安装
功耗	标准型 ≤ 1.5 W
外形尺寸	85 × 55 × 55 mm（DIN 导轨紧凑型）

核心功能：

自动调谐与自适应灵敏度提升（ASB）
环路开路/短路/匝间局部短路检测，LED 故障代码指示
防锁定算法（可编程超时：1 ~ 65535 秒）
掉电状态记忆与安全恢复
BLE 5.3 无线配置 + 串口远程配置

2.2 SenseLoop-2（双环路检测器）

目标市场：城市交通信号控制、高速公路流量监测

参数项	规格
检测通道	2 通道独立
信号处理核	AT32F422KBT7（Cortex-M4F @ 180MHz）
通信管理核	CH32V208GBU6（RISC-V @ 144MHz + BLE 5.3）
输出模式	每通道双继电器 + 方向逻辑输出
灵敏度等级	16 级数字可调（0.02% ~ 1.28% ΔL/L）
响应时间	≤ 8 ms
速度测量	双线圈速度陷阱法，精度 ±1% @ 20~200 km/h
工作频率	20 ~ 170 kHz，4 档可调 + 自动避频
环路电感范围	20 ~ 2500 µH
馈线长度	≤ 300 m（环路电感 ≥ 100 µH）
安装方式	DIN 导轨 / NEMA 机架卡
功耗	≤ 2.5 W
外形尺寸	105 × 75 × 55 mm（DIN 导轨型）

核心功能：

方向逻辑检测（识别逆行车辆）
双线圈速度陷阱（精确速度测量）
车长估算（基于速度 × 占用时间）
通道间自动避频（消除串扰）
尾随检测（区分紧密跟车）
占有率与车头时距输出
BLE 5.3 + RS-485 双通道远程配置

2.3 SenseLoop-4（四环路检测器）

目标市场：高速公路收费、车型分类、交通调查、WIM 称重预筛选

参数项	规格
检测通道	4 通道独立
信号处理核	AT32F422KBT7（Cortex-M4F @ 180MHz，FPU）
通信管理核	CH32V208GBU6（RISC-V @ 144MHz + BLE 5.3 + Eth MAC）
输出模式	每通道独立继电器 + 分类输出 + 方向逻辑 + 速度输出
灵敏度等级	16 级数字可调（0.02% ~ 1.28% ΔL/L）
响应时间	≤ 8 ms
速度测量	四环路冗余测量，精度 ±0.5% @ 20~250 km/h
车型分类	13 类（FHWA F）/ 8+1 类（TLS）/ 5+1 类 / 自定义
轴距测量	精度 ±0.1 m @ 20~120 km/h
工作频率	20 ~ 200 kHz，4 档可调 + 自动避频 + 级联同步
环路电感范围	20 ~ 2500 µH
馈线长度	≤ 300 m（环路电感 ≥ 100 µH）
安装方式	DIN 导轨 / 19" 机架 / NEMA 机架卡
功耗	≤ 3.5 W（基础型）；IoT 型 ≤ 5 W（含 PHY + 4G 模块）
外形尺寸	DIN 型：140 × 95 × 55 mm；机架型：220 × 44 × 240 mm

核心功能：

高级环路曲线分析（ALP）—— 过车波形特征提取（FPU 浮点加速）
轴距与轴数测量（4 环路组合逻辑）
多级车型分类（基于波形特征 + 浮点神经网络）
方向逻辑检测 + 逆行报警
排队长度估计 + 间隙/车头时距统计
优雅降级运行（单环故障自动切换双环模式）
级联多设备同步（最多 8 台级联，32 环路协同）
BLE 5.3 无线配置 + Ethernet/4G 远程运维 + FOTA 安全升级

3 处理器选型论证

3.1 信号处理核 —— AT32F422KBT7

3.1.1 选型理由

维度	选项	决策依据
厂商	雅特力（Artery）	国产 MCU 头部，ARM 生态成熟，pin2pin 兼容 STM32
内核	Cortex-M4F	FPU 硬件浮点——ALP 分类器无需定点量化，精度和效率双赢
主频	180 MHz	相较原方案 120 MHz 提升 50%，测频闸门压至 2.5 ms
Flash	128 KB	固件 + ALP 模型 + OTA 双 Bank 空间充裕
SRAM	20 KB	4 通道波形缓存 8 KB + RTOS 4 KB + 推理区 4 KB + 余量 4 KB
温度	-40~+105°C	满足户外全天候部署
封装	LQFP32（7×7mm）	COTs 封装，手工焊接/返修方便
成本	~¥4-6	极具竞争力

3.1.2 VS 竞品芯片

对比项	AT32F422KBT7（已选）	STM32F401CCU6	GD32F303CCT6
内核	M4F @ 180MHz	M4F @ 84MHz	M4F @ 120MHz
Flash/SRAM	128KB / 20KB	256KB / 64KB	256KB / 48KB
FPU	✅	✅	✅
封装	LQFP32	QFN48	LQFP48
国产化	✅ 100%	❌ ST	✅ 兆易
成本	¥4-6	¥15-25	¥8-12
供货	稳定	受限	较稳定

3.1.3 替代推荐

需求变化	推荐替代	封装兼容性
需要更大 Flash/SRAM	AT32F435K8T7（288MHz, 256KB, 32KB）	同 LQFP32 pin2pin
需要 CAN-FD	AT32F426KBT7（180MHz, 128KB, CAN-FD）	同 LQFP32 pin2pin
极致成本	AT32F421K8T7（120MHz, 64KB, 无 FPU）	同 LQFP32 pin2pin
需要 2×ADC 独立采样	AT32M412KBT7（180MHz, 2×ADC, 3×OP）	LQFP32 需引脚核对

3.2 通信管理核 —— CH32V208GBU6

3.2.1 选型理由

维度	选项	决策依据
厂商	沁恒微电子（WCH）	国产 RISC-V 先锋，BLE/Eth/USB 高度集成
内核	RISC-V QingKe V4C	自主可控指令集，无 ARM 授权限制
主频	144 MHz	相较原 STM32G0 的 64 MHz 提升 2.25 倍
集成外设	BLE 5.3 + 以太网 MAC + USB FS	单芯片替代"MCU+BLE 模块+串口转以太网"
Flash/SRAM	64KB / 20KB	通信协议栈 + BLE 栈 + MQTT 够用
温度	-40~+85°C	⚠️ 详见注意事项
封装	QFN28（4×4mm）	超小封装，PCB 空间高效
成本	~¥5-8	性价比远超 MCU+外挂模块方案

3.2.2 温度范围与替代方案

⚠️ CH32V208GBU6 标称温度 -40~+85°C，AT32F422 为 -40~+105°C。

荫蔽安装（室内机柜、地下停车场、隧道）：✅ 85°C 够用

户外暴晒（路侧机箱、高速公路）：85°C 余量偏紧

场景	推荐方案	温度范围	备注
标准户外（当前选型）	CH32V208GBU6	-40~+85°C	需环境验证+散热设计
户外宽温（无 BLE）	CH32V203K8T6	-40~+105°C ✅	外挂 BLE 模块 ¥2-3
户外宽温（保留 BLE）	CH32V208 + 导热散热	85°C + 散热片	机箱散热设计
统一 ARM 架构	AT32F415KBT7	-40~+105°C ✅	同厂家同工具链，无 BLE/Eth

3.2.3 VS 竞品方案

对比项	CH32V208（已选）	STM32G0 + BLE 模块	ESP32-S3
内核	RISC-V @ 144MHz	M0+ @ 64MHz	Xtensa LX7 @ 240MHz
BLE	内置 5.3 ✅	外挂模块	内置 5.0
以太网	内置 MAC	无	无
温度	-40~+85°C	-40~+85°C	-40~+85°C
国产化	✅ 100%	❌ ST	❌ 台系
BOM 成本	¥5-8（单芯片）	¥8-15（MCU+模块）	¥8-12
工具链	MounRiver Studio	Keil/IAR	ESP-IDF

3.3 双核通信

┌───────────────────┐          UART 2.0Mbps         ┌───────────────────┐
│   AT32F422KBT7    │◄──── SenseLink™协议 ────────►│  CH32V208GBU6     │
│   信号处理核      │     固定帧长+CRC16+重传       │   通信管理核      │
│                   │                               │                   │
│  ┌─────────────┐  │────────── 检测事件 ─────────▶│  ┌─────────────┐  │
│  │ 等精度测频  │  │────────── 波形数据 ─────────▶│  │ BLE 5.3     │  │
│  │  ALP 浮点   │  │◄───────── 配置参数 ──────────│  │ MQTT 客户端 │  │
│  │  CAN 2.0    │  │◄───────── OTA 固件 ──────────│  │ RS-485      │  │
│  └─────────────┘  │                               │  │ OTA 下载器  │  │
└───────────────────┘                               └───────────────────┘

通信物理层：USART 3.3V TTL，波特率 2 Mbps
协议：SenseLink™（固定帧长 + CRC16 + 重传机制）
安全：OTA 固件 AES128 加密 + ECDSA 签名验证

4 核心技术特性

4.1 技术特性总览

#	核心技术特性	竞争优势	技术实现
1	多频自适应扫描与智能选频	消除环境漂移与相邻线圈串扰	AT32F422 定时器+DMA 频率扫描 + 自适应跟踪
2	16 级数字灵敏度与 ASB	从摩托车到重型车全覆盖	ΔL/L 分级检测 + 动态阈值 + 强制释放超时
3	硬件 FPU 加速信号处理	AI 浮点推理 0.7µs，8ms 响应	AT32F422 Cortex-M4F FPU @ 180MHz
4	高级环路曲线分析（ALP）	7 维特征 + 浮点神经网络，92%+ 准确率	FPU 浮点推理 + OTA 模型更新
5	三级浪涌防护与电气隔离	雷击/浪涌耐受，NEMA TS2 级	GDT + MOV + TVS + 1500VDC 隔离
6	全维度故障自诊断	开路/短路/匝间短路/漂移全覆盖	频率+阻抗+Q 值+振幅多参数监测
7	BLE 5.3 + 以太网双模 IoT	现场手机直配 + 云端远程运维	CH32V208 原生 BLE + 外挂 PHY/4G
8	级联同步与优雅降级	32 环路协同，故障自动降级	UART 级联协议 + 冗余通道切换
9	FOTA 双 Bank 安全升级	升级失败自动回滚	128KB A/B 分区 + 256位签名校验
10	全球三标 + 100% 国产化	一机通行全球，供应链自主可控	NEMA TS2 + EN/TLS + GB/T

4.2 多频自适应扫描与智能选频

4.2.1 技术原理

传统环路检测器工作在单一固定频率，受温度漂移、湿度变化、路面沉降影响，基线频率缓慢偏移导致灵敏度损失。多车道并行检测时，相邻线圈同频工作产生串扰误触发。

SenseLoop™ 解决方案：

工作流程：
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 上电初始化 │
│ ├── 全频段扫描（20~200 kHz，步进 5 kHz） │
│ ├── 测量各频点信噪比（SNR）与 Q 值 │
│ ├── 选择最优工作频率（最高 SNR 频点） │
│ └── 存储基准频率 f₀ │
│ │
│ 运行阶段 │
│ ├── 每 100 ms 采样当前振荡频率 f(t) │
│ ├── 比率周期偏移计算：Δ = (f(t) - f₀) / f₀ │
│ ├── 自适应基线更新： │
│ │ ├── 无车状态持续 ≥ 2 s → 微调 f₀ │
│ │ ├── Δ < 阈值 → 判定无车，继续跟踪 │
│ │ └── Δ ≥ 阈值 → 判定有车，冻结基线 │
│ ├── 多通道避频：相邻通道频率差 ≥ 15 kHz │
│ └── 定期全频扫描刷新（每 30 分钟或漂移超限） │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

4.2.2 关键参数

参数	规格
扫描频段	20 kHz ~ 200 kHz
频率步进	5 kHz（粗扫）/ 0.5 kHz（精扫）
频率选择时间	≤ 500 ms（单通道）
基线更新周期	连续自适应（无车时每 2 s 微调）
相邻通道频率隔离	≥ 15 kHz
频率稳定度	≤ 50 ppm/°C
温度补偿范围	-40°C ~ +85°C 全温段自动补偿

4.2.3 基线更新"跑偏"防护

夏季沥青路面温度可达 70°C+，大车慢速通过产生的长时间 ΔL 信号可能被误判为环境漂移。防护措施：

速率限制：连续无车 ≥ 2 s 且 ΔL 变化率 < 预设斜率门限，才允许微调
大车锁定：ΔL 超过阈值（灵敏度级 8 对应值）后，基线冻结 10 s 以上
温度补偿分段线性化：低温段（-40°C~~0°C）与高温段（0°C~~+85°C）使用不同补偿系数

4.3 16 级数字灵敏度与 ASB

4.3.1 灵敏度分级

灵敏度级	ΔL/L 检测阈值	典型检测对象	对应标准
1	0.02%	微型金属物件	超高灵敏度
2	0.04%	小型摩托车	NEMA Class 1
3	0.06%	摩托车	NEMA Class 1+
4	0.08%	大型摩托车	NEMA Class 2
5	0.13%	标准摩托车	NEMA Class 2+
6	0.16%	小型轿车	—
7	0.20%	标准轿车	NEMA Class 3
8	0.32%	中型轿车	—
9	0.40%	SUV/皮卡	—
10	0.50%	轻型卡车	—
11	0.64%	中型卡车	—
12	0.80%	重型卡车	—
13	0.96%	超重型车辆	—
14	1.04%	低灵敏度抗干扰	—
15	1.12%	极低灵敏度	—
16	1.28%	仅大型金属物	—

4.3.2 ASB 自适应灵敏度提升

车辆首次触发后自动提升至最高灵敏度（级 1）确保稳定锁定；车辆离开后自动恢复。

ASB 释放条件：
车辆离开判断：条件 A（ΔL/L < 0.02%）∧ 条件 B（持续时间 ≥ 500 ms）→ 恢复
             ∨ 条件 C（ASB 强制释放超时 ≥ 30 s → 强制恢复）

大车慢行防护：ASB 强制释放超时可编程（1~120 s），恢复前确认基线偏差 < 0.1%，防止"跑偏"。

4.4 高速 DSP 信号处理引擎

4.4.1 处理器架构

信号处理核：AT32F422KBT7
ARM Cortex-M4F @ 180MHz | FPU + DSP 指令集

┌──────────────┐  ┌───────────────┐  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐
│ TMR1 输入捕获 │  │ ADC1 12bit    │  │ CAN 2.0      │  │ USART1       │
│ 等精度测频   │  │ 2.5M SPS DMA  │  │ V2I 预留     │  │ ↔ CH32V208   │
└──────────────┘  └───────────────┘  └──────────────┘  └──────┬───────┘
│                                                              │
└────────────── FPU: ALP 浮点推理 / 特征提取 ──────────────────┘

4.4.2 等精度测频法 —— 两种运行模式

模式 A —— 存在检测模式（默认）：

参数	规格
闸门时间	2.5 ms（AT32F422 @ 180MHz 优化）
测频精度	≤ 0.01%
采样周期	≤ 2.5 ms（单通道）
通道扫描周期	≤ 10 ms（4 通道顺序扫描）
频率分辨率	≤ 0.3 Hz @ 100 kHz

2.5 ms 闸门 @ 200 km/h：车辆移动约 14 cm，存在检测期约 13 个采样点。

模式 B —— 波形采集模式（ALP 分类时启用）：

参数	规格
采样方式	ADC1 独立采样，DMA 自动搬移
ADC 采样率	2.5 M SPS（AT32F422 最高速率）
存储深度	2048 点/通道（4 通道共 8 KB SRAM）
触发方式	TMR1 捕获上升沿触发 ADC 启动
位宽	12 位

存在检测（TMR1）与波形采集（ADC）使用独立硬件路径，同时进行互不干扰。

4.4.3 FPU 加速对比

对比项	无 FPU（F421）	有 FPU（F422）	提升
BP 推理时间	~50 µs @ 120MHz	~0.7 µs @ 180MHz	71×
权重格式	Q15 定点（精度损失 ~0.1%）	float32 浮点（无损）	精度 +2%
开发复杂度	手动量化 + 移位校验	原生 C 浮点运算	大幅降低

4.5 高级环路曲线分析（ALP）

4.5.1 技术原理

每辆车经过线圈时产生独特的电感变化时间曲线，特征维度 7 维：

├── 峰值幅度（Peak Amplitude）
├── 上升斜率（Rise Slope）
├── 脉冲宽度（Pulse Width）
├── 波谷深度（Valley Depth）—— 轴间距特征
├── 波形轮廓（Shape Profile）
├── 对称度（Symmetry Index）
└── 多线圈相关性（Cross-channel Correlation）

4.5.2 分类器架构

原始波形 → 特征提取（7 维） → 归一化 → 浮点神经网络 → 车型输出
                                │
                    规则引擎 + BP 神经网络（3 层，隐层 15 节点）
                                │
                         置信度评估（≥ 90% 确认，否则归入"未知"）

4.5.3 分类等级

分类标准	类别数	类别定义
FHWA Schedule F	13 类	摩托车、轿车、皮卡、2~6 轴单车/半挂等
TLS 8+1	9 类	轻型/中型/重型 + 附加
TLS 5+1	6 类	轻型/中型/重型/超重型/附加
2 类	2 类	小车 / 大车
自定义	用户定义	用户通过配置工具自定义

5 硬件架构设计

5.1 整体架构框图

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ SenseLoop™ V1.2 硬件系统架构                                                   │
│                                                                               │
│  ┌───────────────────────────────────────────────────────────────┐           │
│  │ 环路通道 1~4（模拟前端）                                        │           │
│  │  ┌────────┐ → ┌────────┐ → ┌────────┐ → ┌────────┐ ┌──────────┐ │           │
│  │  │Colpitts│   │前置放大│   │带通滤波│   │施密特  │ │方波输出  │ │           │
│  │  │LC振荡器│   │LMV721  │   │10-200k │   │74HC14   │ → TMR1捕获│ │           │
│  │  └────────┘   └──┬─────┘   └────────┘   └────────┘ └────┬─────┘ │           │
│  │                   │ADC1_IN0~3 (2.5M SPS DMA)              │       │           │
│  │                   │                                       │       │           │
│  └───────────────────────────────────────────────────────────┘       │           │
│                               │                                       │           │
│                               ▼                                       │           │
│  ┌────────────────────────────────────────────────────────────────────┐│           │
│  │ 信号处理核：AT32F422KBT7（Cortex-M4F @ 180MHz / 128KB / 20KB）    ││           │
│  │ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌────────┐ ┌──────────┐ ┌────────────┐  ││           │
│  │ │TMR1捕获  │ │ ADC1 12b │ │CAN 2.0 │ │ USART1   │ │ 20×BPR     │  ││           │
│  │ │等精度测频│ │ 波形采集 │ │V2I预留 │ │↔ CH32V208│ │掉电记忆    │  ││           │
│  │ └──────────┘ └──────────┘ └────────┘ └─────┬────┘ └────────────┘  ││           │
│  │ FPU: ALP推理 7维特征提取 频谱分析          │                      ││           │
│  └─────────────────────────────────────────────┼──────────────────────┘│           │
│                                                 │                      │           │
│  ┌─────────────────────────────────────────────┼──────────────────────┐│           │
│  │ 通信管理核：CH32V208GBU6（RISC-V@144MHz/BLE5.3/64KB/20KB）         ││           │
│  │ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐ ┌───────────────┐  ││           │
│  │ │ BLE 5.3  │ │ Eth MAC  │ │ USB FS │ │ RS-485 │ │ SPI1 Flash    │  ││           │
│  │ │天线匹配  │ │+CH182 PHY│ │ 诊断口 │ │Modbus  │ │模型/日志存储  │  ││           │
│  │ └──────────┘ └──────────┘ └────────┘ └────────┘ └───────────────┘  ││           │
│  └────────────────────────────────────────────────────────────────────┘│           │
│                                                                               │
│  ┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│  │ 公共模块                                                                  │ │
│  │ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌────────────────┐  │ │
│  │ │AC/DC/12V │ │GDT+MOV+ │ │双继电器  │ │PWM状态   │ │温度传感器     │  │ │
│  │ │10~36VDC  │ │TVS      │ │隔离输出  │ │NEMA兼容  │ │机箱温度监测    │  │ │
│  │ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ └────────────────┘  │ │
│  └──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
└───────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

5.2 检测通道电路详细设计

5.2.1 LC 谐振振荡电路

设计参数	规格	说明
拓扑结构	Colpitts 型	配合软件基线跟踪，全温段稳定
振荡频率范围	20 kHz ~ 200 kHz	覆盖全部 NEMA / EN 标准频段
谐振电容	10 nF ~ 100 nF（电容阵列）	数字开关选择，适配 20~2500 µH
起振时间	≤ 50 ms	上电快速启动
振荡振幅	≥ 2 Vpp（方波整形后）	确保施密特触发器可靠工作
振幅自适应调节	ADC 监测正弦波峰值，自动调增益	±6 dB 范围，解决宽 Q 值不一致

振幅自适应调节说明：线圈 Q 值在 5~~30 之间变动时，振荡器输出振幅可能相差 3~~5 倍。当振幅 < 1 Vpp 时自动增大前置放大器增益；> 3.5 Vpp 时自动降低。同时标记振幅有效性标志位，低于可靠工作阈值时触发故障诊断。

5.2.2 信号调理链路

线圈 → LC振荡器 → 前置放大（LMV721, 增益20dB） → 带通滤波（10~200kHz）
 → 施密特整形（74HC14） → 方波输出 → TMR1_CH1~4 输入捕获（等精度测频，模式A）
  └───────────────────────────▶ ADC1_IN0~3 波形采样（模式B，ALP分类）

5.3 电源设计

5.3.1 电源规格

电源类型	输入范围	输出	效率	适用
AC 供电模块	100~240 VAC ±20%, 50/60 Hz	3.3V/5V/12V	≥ 85%	标准安装
DC 宽电压模块	10~36 VDC	3.3V/5V	≥ 90%	NEMA TS2 / 车载
DC/DC 隔离模块	12 VDC 输入	隔离 3.3V	≥ 80%	电气隔离

5.3.2 隔离保护设计

DC/DC 隔离电源模块：输入输出隔离 > 1500 VDC
光耦隔离：继电器 / RS-485 / UART 隔离
环路输入隔离：线圈端与逻辑电路 > 10⁶ Ω，> 1000 Vrms
逻辑地与大地分离

5.3.3 三级浪涌防护

外部浪涌 → [GDT 气体放电管] → [MOV 压敏电阻] → [TVS 瞬态抑制管] → 内部电路
            粗保护 10kA        中保护 5kA         细保护 500A
            < 100 ns           < 25 ns            < 1 ns

GDT: DC spark 75V, 10kA @ 8/20µs
MOV: V1mA = 270V, 5kA @ 8/20µs
TVS: Vbr = 15V, Vcl = 24V @ 500A, < 1ns
级间退耦电阻：10Ω / 2.2Ω

测试标准	测试条件	合格判据
IEC 61000-4-5	±2 kV 线-线，±4 kV 线-地	判据 B
NEMA TS2 瞬态	±1000V / ±2000V @ 8 种波形 × 10 次	功能正常
GB/T 17626.5	±2 kV / ±4 kV	判据 B

5.4 通信核接口设计

CH32V208GBU6（QFN28）引脚分配（需逐脚核对数据手册）：

已分配：
├── PA9, PA10：USART1 ↔ AT32F422（SenseLink™ 2Mbps）
├── PA2, PA3：USART2 → RS-485（Modbus RTU）
├── PB10~PB13：SPI1 → SPI Flash（W25Q32，模型存储）
├── PB5, PB6：I2C1 → 温度传感器
├── BLE_ANT：片上天线或 PCB 天线
├── USB_DP/DM：USB 2.0 FS 诊断口
├── SWDIO/SWCLK：调试接口
└── NRST, VDD/VSS × 4

⚠️ QFN28 下以太网 RMII 与 USART1/SPI1 存在引脚冲突：
├── RMII TXD1 ↔ USART1_TX（通往 AT32F422 的关键链路）
├── RMII RXD0 ↔ SPI1_MOSI（Flash 存储）
├── RMII RXD1 ↔ SPI1_NSS
└── RMII REF_CLK ↔ SPI1_SCK
→ 如需 Ethernet，建议 IoT 变型用 QFN48 封装或外挂 4G 模块

5.5 PCB 设计规范

编号	设计规则	说明
1	三区隔离布局	模拟振荡区 / AT32F422 数字区 / CH32V208 BLE 射频区独立分区
2	振荡电路屏蔽	LC 回路靠近线圈端子，用地平面包围
3	BLE 天线净空	天线区域底层禁止铺铜
4	防护器件紧靠端口	TVS/GDT 紧靠接线端子，寄生电感 < 5 nH
5	电源去耦	每颗 IC 近旁 0.1 µF + 10 µF 陶瓷电容
6	地平面完整性	避免关键信号跨分割，缝合过孔修补
7	继电器隔离	续流二极管 + RC 吸收 + 开槽
8	阻抗控制	差分对 100 Ω / 单端 50 Ω
9	层叠结构	≥ 4 层：信号 → GND → 电源 → 信号

6 软件架构与算法引擎

6.1 双核软件架构

┌──────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ AT32F422KBT7 固件（ARM GCC / Keil MDK）                           │
│ ┌────────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│ │ 应用层                                                      │   │
│ │ ├── 检测逻辑（存在/脉冲/方向/速度/分类）                    │   │
│ │ ├── 输出管理（继电器/PWM/故障输出）                          │   │
│ │ ├── 故障管理（自诊断/报警/降级）                             │   │
│ │ ├── 跨车道识别（相邻线圈波形相关性分析）                     │   │
│ │ └── SenseLink™ 通信代理（↔ CH32V208）                       │   │
│ ├────────────────────────────────────────────────────────────┤   │
│ │ 算法层                                                      │   │
│ │ ├── 等精度测频引擎（模式A，2.5ms 闸门，TMR1 DMA）           │   │
│ │ ├── 高速 ADC 波形采集引擎（模式B，2.5M SPS，ADC DMA）       │   │
│ │ ├── 自适应基线跟踪（含跑偏防护/大车锁定）                   │   │
│ │ ├── ASB 自适应阈值（含强制释放超时/基线一致性检查）         │   │
│ │ ├── 数学形态滤波（开-闭运算，结构元素 3~5 点）              │   │
│ │ ├── 抗锁定算法（可编程超时 1~65535s）                       │   │
│ │ ├── ALP 过车曲线分析（FPU 浮点加速，7 维特征）              │   │
│ │ ├── 车型分类器（浮点 BP 神经网络，3 层 15 节点，OTA 可更新）│   │
│ │ ├── 速度陷阱计算（双/四环冗余，精度 ±0.5%）                 │   │
│ │ └── 方向逻辑判断（正向/逆向识别）                           │   │
│ ├────────────────────────────────────────────────────────────┤   │
│ │ 中间件层                                                    │   │
│ │ ├── 通道扫描调度器（4 通道 ≤ 10ms 扫描周期）                │   │
│ │ ├── 频率分配协商器（级联设备自动避频）                      │   │
│ │ ├── 配置管理器（UART/BLE/远程）                              │   │
│ │ ├── 数据缓存与聚合（5 分钟统计）                             │   │
│ │ ├── 看门狗与心跳                                            │   │
│ │ └── 级联同步协议                                            │   │
│ ├────────────────────────────────────────────────────────────┤   │
│ │ 驱动 / HAL                                                 │   │
│ │ └── GPIO / TMR1~5 / ADC / DMA / USART / CAN / SPI / I2C    │   │
│ ├────────────────────────────────────────────────────────────┤   │
│ │ ∟ FreeRTOS 10.x + AT32F4xx HAL BSP                         │   │
│ └────────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                                  │
│ ┌────────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│ │ Bootloader（4 KB 独立分区）                                 │   │
│ │ ├── 安全启动验证（签名校验）                                 │   │
│ │ ├── 双 Bank Flash（A/B 交替升级）                           │   │
│ │ ├── UART 下载（SenseLink™ 协议）                            │   │
│ │ └── 升级回滚机制                                            │   │
│ └────────────────────────────────────────────────────────────┘   │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────┘
                                │ UART 2Mbps SenseLink™
                                ▼
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ CH32V208GBU6 固件（MounRiver Studio / RISC-V GCC）                │
│ ┌────────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│ │ 应用层                                                      │   │
│ │ ├── BLE 5.3 配置服务（SenseConfig™ App 直连）               │   │
│ │ ├── MQTT 客户端（对接 SenseCloud™ / AWS IoT / 阿里云）      │   │
│ │ ├── Modbus RTU 从机（RS-485 工业组网）                      │   │
│ │ ├── OTA 下载管理器（签名校验 + 双 Bank 升级）               │   │
│ │ ├── 数据聚合与缓存（本地统计，定时上报）                    │   │
│ │ └── 远程诊断与日志上报                                      │   │
│ ├────────────────────────────────────────────────────────────┤   │
│ │ ∟ CH32V208 BLE Stack + LWIP（可选以太网） + FATFS（SPI Flash）│ │
│ └────────────────────────────────────────────────────────────┘   │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────┘

6.2 OTA 升级与双核协同

OTA 升级流程

CH32V208 通过 BLE/以太网/4G 接收新固件包
 → ECDSA P-256 签名校验
 → 判断目标芯片：
    ├── AT32F422 固件 → UART 逐包发送 → AT32F422 写入 Bank B → 校验 → 切换
    └── CH32V208 自固件 → 写入自 Flash Bank B → 校验 → 切换
 → Bootloader 检查 Bank B 有效性
    ├── 有效 → 从 Bank B 启动
    └── 无效 → 回滚 Bank A，上报失败

升级期间实时性保障

AT32F422：升级期间测频代码运行在 RAM，Flash 写操作不影响 2.5ms 测频周期
CH32V208：升级期间暂停非关键服务，BLE/Modbus 心跳保持
双 Bank 分区：AT32F422 共 120 KB 代码空间（60 KB Bank A + 60 KB Bank B，Boot 8 KB 独立）

6.3 关键算法参数

算法	关键参数
自适应基线跟踪	更新触发：无车 ≥ 2 s；最大漂移容忍：±5% f₀；大车锁定 10 s
数学形态滤波	结构元素宽度 3~5 采样点，开-闭组合运算
抗锁定	可编程 1~65535 s，默认 300 s；解锁后 Fail-Safe 输出
ALP 分类	7 维特征，3 层 BP 神经网络（15 隐层节点），置信度 ≥ 90%
速度陷阱	双环 ±1%，四环 ±0.5%，间距推荐 3~6 m

7 性能规格参数

7.1 检测性能

性能参数	SenseLoop-1	SenseLoop-2	SenseLoop-4	测试条件
通过检测精度	≥ 99.9%	≥ 99.9%	≥ 99.9%	标准轿车 @ ≤ 200 km/h
误报率	≤ 0.01%	≤ 0.01%	≤ 0.01%	无车 24h 静默
漏报率	≤ 0.05%	≤ 0.05%	≤ 0.03%	含摩托车混合车流
响应时间（存在检测）	≤ 8 ms	≤ 8 ms	≤ 8 ms	灵敏度 7
响应时间（脉冲输出）	≤ 10 ms	≤ 10 ms	≤ 10 ms	车辆进入线圈
释放延迟	0~250 ms	0~250 ms	0~250 ms	可编程
摩托车检测	✓（灵敏度 ≤ 5）	✓	✓	NEMA Class 1~2

7.2 速度测量性能

性能参数	SenseLoop-2	SenseLoop-4	测试条件
速度范围	5~200 km/h	5~250 km/h	双/四线圈
速度精度	±1% @ 20~200 km/h	±0.5% @ 20~250 km/h	BASt 认证级
速度分辨率	0.1 km/h	0.05 km/h	—

7.3 车型分类性能（SenseLoop-4）

性能参数	规格	测试条件
分类类别	13 类（FHWA F）/ 8+1（TLS）/ 自定义	—
分类准确率	≥ 95%（5+1 类）；≥ 92%（13 类）	FPU 浮点推理
轴距测量精度	±0.1 m @ 20~120 km/h	四环路组合
轴数识别	2~8 轴	四环路 + 波形分析
分类延迟	≤ 200 ms	车辆离开检测区后

7.4 环路适配性能

参数	规格	标准
电感范围	20 ~ 2500 µH	NEMA: 50~700 µH; 超出标准
品质因数 Q	≥ 5（正常）；≥ 10（推荐）	NEMA TS2
馈线长度	≤ 300 m（环路电感 ≥ 100 µH 时）	—
最小检测 ΔL/L	0.02%（灵敏度级 1）	超越 NEMA Class 1
同路段线圈匹配误差	≤ ±5%	GB/T 26942
多通道隔离度	> 10⁶ Ω / > 1000 Vrms	NEMA TS2
串扰抑制	频率隔离 ≥ 15 kHz + 屏蔽	—

7.5 环境性能

参数	规格
工作温度（整机）	-40°C ~ +85°C（受限于 CH32V208；可选 +105°C 方案）
信号核温度（AT32F422）	-40°C ~ +105°C
存储温度	-40°C ~ +90°C
湿热耐受	95% RH @ 50°C，96 h
正弦振动	10~150 Hz / 2 g，每轴 10 循环
随机振动	5~500 Hz / 2.4 g RMS
机械冲击	30 g / 11 ms / 6 方向
盐雾	5% NaCl / 35°C / 96 h
防护等级	IP54（标准）；IP65（可选增强型）

8 通信接口与物联网集成

8.1 通信接口规格

接口	芯片	规格	用途
RS-485	CH32V208 USART2 → SP3485	差分平衡，≤ 1200 m，256 节点	Modbus RTU 工业组网
BLE 5.3	CH32V208 内置	-95dBm 灵敏度，≤ 30 m	SenseConfig™ App 配置
以太网	CH32V208 MAC + CH182 PHY（可选）	10/100M RMII	远程管理（IoT 变型）
USB 2.0 FS	CH32V208 内置	12 Mbps	本地诊断、固件升级
4G 蜂窝	外挂模块（EC200 等）	全网通	野外部署（IoT 变型）
CAN 2.0	AT32F422 内置	1 Mbps	V2I 车路协同预留
级联 UART	AT32F422 USART	2 Mbps	多检测器级联同步

8.2 Modbus RTU 寄存器映射

寄存器地址	类型	内容	说明
0x0001~0x0004	UINT16	通道 1~4 状态	0=无车, 1=有车, 2=故障
0x0005~0x0008	UINT16	通道 1~4 当前频率	Hz
0x0009~0x000C	UINT16	通道 1~4 ΔL/L	×10⁴（0.02%=200）
0x000D~0x0010	UINT16	通道 1~4 灵敏度级	1~16
0x0011~0x0014	UINT16	通道 1~4 故障代码	0=正常, 1=开路, 2=短路, 3=漂移, 4=匝间短路
0x0020	UINT16	车辆速度	km/h × 10
0x0021	UINT16	车型分类码	0~13
0x0022	UINT16	方向标志	0=正向, 1=逆向
0x0023	UINT16	车头时距	ms
0x0024	UINT16	占有率	×10⁴
0x0100~0x01FF	—	统计数据区	流量/速度分布/分类统计
0x0200~0x02FF	—	历史波形缓存	最近 16 条过车曲线

8.3 MQTT 主题设计

主题	方向	内容
`senseloop/{id}/status`	发布	设备在线状态、心跳
`senseloop/{id}/detect`	发布	检测事件（有车/速度/分类）
`senseloop/{id}/waveform`	发布	过车波形数据
`senseloop/{id}/fault`	发布	故障告警
`senseloop/{id}/stats`	发布	5 分钟聚合统计
`senseloop/{id}/config`	订阅	远程配置下发
`senseloop/{id}/ota`	订阅	固件升级指令

8.4 云平台集成

SenseCloud™ → 设备管理 / 数据分析 / 故障运维 / OTA升级 / API网关
    ▲
 MQTT / HTTPS / Modbus TCP
    │
 SenseLoop™ 检测器集群

9 可靠性工程与质量保证

9.1 MTBF 目标与验证

项目	规格
MTBF 目标值	≥ 100,000 小时（~11.4 年）
计算方法	Arrhenius 加速寿命试验
加速因子	AF = e^(0.7/8.623e-5 × [1/323 - 1/358]) ≈ 11.5
验证试验	40 台 @ 85°C / 1000 h / 连续无故障
出厂老化	48 h @ 70°C 动态老化
电解电容降额	≥ 105°C / 5000 h 品级，纹波 ≤ 80% 额定

9.2 故障自诊断体系

诊断功能矩阵

诊断项	检测方法	响应动作	LED 指示
线圈开路	振荡器振幅=0 或频率超上限	通道禁用 → 降级	绿 1 Hz 闪烁
线圈短路	频率超上限 + Q 值 < 3	通道禁用 → 降级	红常亮
匝间局部短路	Q 值连续监测 + Δf/Δt 异常	故障上报（代码 4）	红 2 Hz 闪烁
频率漂移超限	基线漂移 > ±5% f₀	自动重调谐	红闪烁
电感超范围	电感 < 20 µH 或 > 2500 µH	通道禁用	红+绿交替
电源欠压	Vcc < 10 V（NEMA）	系统复位	全部 LED 灭
内部硬件故障	POST 自检 + Watchdog	系统复位	红+绿交替
级联链路断开	心跳超时	自主选频（独立模式）	通信 LED 灭
浪涌事件记录	TVS 导通计数	记录时间戳	串口/远程查询
振幅有效性	ADC 监测振幅 < 1 Vpp	通道标记不可靠	黄 1 Hz 闪烁

降级运行策略

正常（4 环）：速度 ±0.5%，分类 13 类，轴距
↓
1 环故障：速度 ±1%，分类 5+1 类
↓
2 环故障：速度 ±2%，分类 2 类（小车/大车）
↓
3 环故障：仅存在检测 + 占有率
↓
4 环故障：全部禁用，故障输出激活

9.3 冗余设计

冗余项	设计方案
双 Bank Flash	A/B 交替，升级失败回滚；升级期间测频代码 RAM 驻留
双继电器输出	主 + 备，单路故障不影响
独立 Watchdog	AT32F422 硬件 WDT + CH32V208 独立 WDT
掉电记忆	AT32F422 20 × 32b BPR 备份寄存器（比 F421 多 15 个）
通信链路独立	CH32V208 故障时 AT32F422 独立维持检测与继电器输出

9.4 CH32V208 高温降额策略

环境温度 > 75°C → 降频至 96 MHz（-33%）
环境温度 > 80°C → 关闭 BLE 发射（仅保持监听）
环境温度 > 85°C → 低功耗模式，仅 RS-485 通信
                 → AT32F422 独立维持检测控制
                 → 温度降至 80°C 以下自动恢复

9.5 质量保证体系

QA 项目	规范
来料检验	IQC 100% 关键器件（MCU、电容、继电器）
过程检验	IPQC 在线检测：振荡频率、功耗、绝缘电阻
成品检验	OQC 全检：功能 + EMC 快速扫描 + 老化 48h
可靠性试验	ALT + HALT
环境试验	温度/湿热/振动/冲击/盐雾全项
EMC 试验	CE / FCC / CCC 全项
软件质量	MISRA C:2012 + 单元/集成/系统测试

10 全球认证与合规

10.1 认证矩阵

认证/标准	地区	状态	说明
NEMA TS 2-2003 (R2016)	北美	✅ 目标	交通控制器标准，北美准入基础
FCC Part 15 Subpart B	美国	✅ 目标	Class A 无意辐射体
FCC Part 15.247（BLE）	美国	✅ 目标	CH32V208 BLE 需 FCC 认证
CE（EMC 2014/30/EU）	欧盟	✅ 目标	EN 55032 / 55035
CE（RED 2014/53/EU）	欧盟	✅ 目标	CH32V208 BLE 需 RED 认证
EN 12675:2017	欧洲	✅ 目标	交通信号控制器功能安全
EN 50293	欧洲	✅ 目标	交通信号系统 EMC
TLS/BASt 认证	德国	✅ 目标	分类检测器准入
RoHS + REACH	欧盟	✅ 目标	有害物质限制
CCC 认证	中国	✅ 视品类	含无线需 SRRC + CCC
SRRC	中国	✅ 含无线强制	CH32V208 BLE 需 SRRC
GB/T 26942-2011	中国	✅ 目标	环形线圈车辆检测器国标
GB/T 17626 系列	中国	✅ 目标	EMC 兼容性
UL 认证	北美	⬜ 可选	部分客户采购要求
ISO 9001:2015	全球	✅ 质量体系	生产线质量管理

10.2 EMC 测试规格

测试项	标准	等级	判据
传导发射	EN 55032 / FCC §15.107	Class A	限值内
辐射发射	EN 55032 / FCC §15.109	Class A	限值内
ESD	IEC 61000-4-2	±4kV 接触 / ±8kV 空气	A
射频抗扰	IEC 61000-4-3	10 V/m (80M~6G)	A
EFT	IEC 61000-4-4	±2 kV（电源）	A
Surge	IEC 61000-4-5	±2 kV 线-线 / ±4 kV 线-地	B
传导抗扰	IEC 61000-4-6	10 V (150k~80M)	A
工频磁场	IEC 61000-4-8	30 A/m	A
NEMA 瞬态	NEMA TS2	±1000V / ±2000V × 80 次	功能正常

11 安装与调试规范

11.1 线圈设计规范

参数	推荐值	允许范围	说明
线圈形状	1.8 m × 1.2 m	长宽比 ≤ 1.5:1	标准车道
线圈匝数	4 匝	3~5 匝	4 匝最优 Q 值
角部处理	45° 倒角	≥ 30°	防止线缆损伤
导线	AWG #14 XLPE（1.6 mm²）	AWG 14~18	IMSA 50-2
切缝宽度	3~5 mm	≤ 6 mm	GB/T 26942
切缝深度	40~60 mm	30~80 mm	沥青推荐 50 mm
填充材料	环氧树脂（弹性模量 > 1.2 MPa）	聚氨酯/沥青胶	需 24h 固化
线圈电感	100~300 µH（4 匝标准）	50~1000 µH	NEMA TS2
线圈 Q 值	≥ 10	≥ 5	NEMA 最低 5

11.2 馈线规范

参数	推荐值	说明
线缆类型	屏蔽双绞线（每对+整体）	IMSA 51-1 / BS 6195
导线规格	AWG #14~18	与线圈一致
扭绞密度	≥ 20 扭/m	抑制共模
屏蔽接地	单端接地（检测器端）	防地环路
最大长度	≤ 300 m（电感 ≥ 100 µH）	低于 100 µH 建议 ≤ 150 m
接头	连续无接头	焊接需防水密封
绝缘电阻	> 10 MΩ @ 500 VDC	线圈+馈线整体

300 m 约束说明：300 m 屏蔽双绞线分布电容约 10~~15 nF，与谐振电容（10~~100 nF）同量级。20 µH 小电感场景下寄生电容可使频率降至 100 kHz 以下，因此 300 m 时需环路电感 ≥ 100 µH。

11.3 多环路布局

同车道双线圈（速度陷阱）

行车方向 ────▶
┌─────────┐ 3~6m ┌─────────┐
│ 线圈 A  │间距 │ 线圈 B  │
│（前置）  │     │（后置）  │
└─────────┘      └─────────┘
v = d / (t_B - t_A)

四环路分类检测布局

行车方向 ────▶
┌─────────┐ 3~4m ┌─────────┐
│ 线圈 1  │     │ 线圈 2  │
│（前置A）│     │（前置B）│
└─────────┘     └─────────┘
   2~3m
┌─────────┐ 3~4m ┌─────────┐
│ 线圈 3  │     │ 线圈 4  │
│（后置A）│     │（后置B）│
└─────────┘     └─────────┘
功能：前置+后置双速度陷阱加权平均，横排测轴距

相邻车道防串扰

车道 1（f=60kHz）  车道 2（f=80kHz）
┌─────────┐  ≥2m  ┌─────────┐
│ 线圈 1  │ 间距  │ 线圈 2  │
└─────────┘       └─────────┘
频率差 ≥ 15 kHz + 独立屏蔽 + 电气隔离 > 10⁶ Ω

11.4 调试工具

工具	平台	功能
SenseConfig™ App	Android / iOS（BLE 5.3）	无线配置：灵敏度/频率/延迟/ASB/模型更新
SenseTool™ PC 软件	Windows（USB 2.0）	波形显示、频率趋势、FPU 利用率
SenseLoop™ CLI	串口终端（RS-485 / USB）	命令行配置
SenseCloud™ Web	浏览器	远程管理：批量配置、状态监控、OTA 升级

12 测试与验证体系

12.1 功能验证测试

测试项目	测试方法	合格判据
基本检测	标准轿车 @ 5~200 km/h	通过率 ≥ 99.9%
摩托车检测	大型摩托车 @ 20~80 km/h	灵敏度 ≤ 5 级可靠
误触发	无车静默 24 h	误触次数 = 0
响应时间	车辆进入至输出激活	≤ 8 ms
释放延迟	车辆离开至输出释放	0~250 ms 编程范围
抗锁定	车辆持续占用 10 min	超时后自动解锁
速度精度	双/四线圈 @ 20~200 km/h	±1%（双环）/ ±0.5%（四环）
分类精度	BASt 标准测试车辆集	≥ 95%（5+1）/ ≥ 92%（13 类）
方向逻辑	正向/逆向	正确识别
尾随检测	间距 ≤ 0.5 s	正确区分

12.2 环境可靠性测试

测试项目	标准	条件	判据
低温工作	IEC 60068-2-1	-40°C, 16 h	功能正常
高温工作	IEC 60068-2-2	+85°C, 16 h	功能正常
恒定湿热	IEC 60068-2-78	40°C / 93% RH, 96 h	绝缘 ≥ 10 MΩ
交变湿热	IEC 60068-2-30	25~55°C / 95% RH, 6 循环	功能正常
正弦振动	IEC 60068-2-6	10~150 Hz / 2 g	无松动
随机振动	IEC 60068-2-64	5~500 Hz / 2.4 g RMS	功能正常
机械冲击	IEC 60068-2-27	30 g / 11 ms / 6 方向	功能正常
盐雾	IEC 60068-2-11	5% NaCl / 35°C / 96 h	无腐蚀
温度循环	IEC 60068-2-14	-40⇄+85°C, 50 循环	功能正常

12.3 双核通信专项测试

测试项目	测试方法	合格判据
UART 链路	AT32F422 发 10⁶ 帧	误帧率 ≤ 10⁻⁶
OTA 升降级	3 通道各 10 次	成功率 100%
CH32V208 故障独立运行	断开通信核供电	AT32F422 保持检测输出
BLE 连接距离	空旷环境	≥ 20 m 稳定连接

12.4 CH32V208 温度验证

测试项目	条件	判据
高温通信	+85°C 4 h, BLE+RS485	无断连
高温极限	+90°C 2 h	降频不丢数据
低温启动	-40°C 冷启动	1s 内建立 UART 通信

12.5 加速寿命试验

40 台样品 @ 85°C / 1000 h
AF ≈ 11.5（Ea=0.7eV, Tn=50°C, Ta=85°C）
等效正常使用：40 × 1000 × 11.5 = 460,000 总等效小时
预期失效数：0（验证 MTBF ≥ 100,000 h，60% 置信度）

13 竞品对比与竞争优势

13.1 核心竞品横向对比

特性	SenseLoop™ V1.2	EDI LMA-1800	SWARCO CD3224	ClairLup-V4
环路数	1/2/4	1/2	4	2/4
处理器	AT32F422 M4F 180MHz	专用 ASIC	ASIC + MCU	MCU
FPU 加速	✅ 硬件 FPU	✗	✗	✗
灵敏度级	16 级	10 级	8 级	8 级
最小 ΔL/L	0.02% ★	0.02% ★	0.13%	0.08%
响应时间	≤ 8 ms	≤ 10 ms	≤ 10 ms	≤ 8 ms ★
速度精度	±0.5%（4 环）	—	±0.5% ★	±1%
分类等级	13 / 8+1 / 5+1	—	8+1 / 5+1	5+1
分类准确率	≥92%（13 类）	—	≥90%（BASt）★	≥85%
馈线长度	≤ 300 m ★	≤ 150 m	≤ 300 m ★	≤ 200 m
电感范围	20~2500 µH ★	20~2500 µH ★	50~1000 µH	50~1000 µH
工作温度	-40~+85°C（+105°C 可选）	-40~+85°C	-40~+85°C	-40~+85°C
MTBF	≥100,000 h ★	≥50,000 h	≥100,000 h ★	≥50,000 h
BLE 配置	✅ 内置 BLE 5.3 ★	✗	✗	✗
物联网	✅ 4G/Eth/MQTT/OTA ★	✗	✗	✗
降级运行	✅ 优雅降级 ★	✗	✓	✗
级联同步	✅ 32 环路 ★	✗	✗	✓
浪涌防护	3 级	2 级	内置模块 ★	2 级
全球认证	NEMA+CE+CCC+BASt ★	NEMA+UL	BASt+CE	CE
国产化率	100% ★	0%	0%	0%
实时波形	✅ 远程 BLE + 本地 USB	✗	✓ (LoopMaster)	✓ (本地)
双芯片 BOM	¥10-14	—	—	—

★ 标记说明：在该指标上处于领先或与最优竞品持平的水平。

13.2 SenseLoop™ V1.2 六大差异化优势

#	优势	说明
1	100% 国产化 + 全球三标	AT32F422 + CH32V208 全部国产，通过 NEMA/CE/CCC/BASt
2	硬件 FPU 浮点 ALP	浮点推理 0.7µs，分类准确率 92%+
3	BLE 5.3 内置无线配置	手机 App 直连，无需额外模块
4	IoT 内生 + OTA 双 Bank	CH32V208 原生 BLE+Eth，AT32F422 双 Bank 安全升级
5	优雅降级 + 级联扩展	单环故障自动降级，32 环路协同
6	体系成本优势	双芯片 BOM ¥10-14，对比进口方案节约 50-70%

13.3 未来五年竞争力展望

时间维度	竞争力保障	对应平台能力
现在（2026）	全球认证 + 全天候 + BLE 无线运维	AT32F422 + CH32V208 当前能力
+2 年（2028）	V2I + 边缘计算 + 在线模型优化	CAN 接口预留，CH32V208 空余算力
+3 年（2029）	AI 自学习 + 预测性维护	FPU 浮点 + OTA 更新 + 波形大数据
+5 年（2031）	C-V2X 5G-A + 数字孪生	双核架构可扩展 5G 模组 + 边缘 AI

14 产品路线图

14.1 版本演进计划

2026 Q3 ─── V1.2 工程样机
├── AT32F422 + CH32V208 原型验证
├── SenseLink™ 双核通信协议
├── FPU 加速 ALP 分类（定点→浮点）
├── BLE 5.3 无线配置 App
└── 温度验证 + 降额策略

2027 Q1 ─── V1.5 量产定型
├── EMC 认证 + SRRC/FCC/RED 无线认证
├── SenseCloud™ 云平台 V1.0
├── CH32V208 温度降额策略部署
├── OTA 双 Bank 安全升级
└── RS-485 Modbus 组网

2027 Q3 ─── V2.0 IoT 增强
├── SenseLoop-4-IoT：Ethernet PHY + 4G 模组
├── 边缘计算：本地 5 分钟流量聚合
├── C-V2X CAN 接口对接 RSU
└── ALP 模型 OTA 更新

2028 Q1 ─── V2.5 智能进化
├── AI 自学习分类器（在线学习）
├── 预测性维护（故障历史数据库）
├── 数字孪生实时数据流
└── IP65 全防护型

2028 Q3 ─── V3.0 下一代
├── 可选 AT32F435（288MHz / 256KB / 32KB）
├── 5G-A / RedCap 蜂窝直连
├── 多模态融合 API（雷达/视觉/磁力）
└── SenseLoop-4-WIM 称重预筛选

14.2 处理器升级路径

         AT32F422KBT7（V1.2 首发）
         M4F @ 180MHz / 128KB / 20KB / LQFP32
              │
    ┌─────────┼─────────┐
    ▼         ▼         ▼
AT32F435   AT32F426   AT32M416
288MHz     180MHz     180MHz
256KB/32KB 128KB/20KB 128KB/16KB
LQFP32     CAN-FD     2xADC+OP

全部 LQFP32 pin2pin，同一 PCB 可焊不同算力等级

附录

附录 A：术语表

术语	含义
ILD	Inductive Loop Detector
ΔL/L	电感变化比率
FPU	浮点运算单元
BLE	蓝牙低功耗 5.3
FOTA	Firmware Over-The-Air
RISC-V	开源指令集架构（QingKe V4C）
SenseLink™	AT32F422 ↔ CH32V208 双核通信协议

附录 B：关键芯片数据手册

芯片	文档	获取方式
AT32F422	Datasheet + Reference Manual	雅特力官网
CH32V208	Datasheet + Reference Manual	沁恒官网 / MounRiver Studio
CH182	以太网 PHY	沁恒官网

附录 C：V1.2 硬件变更小结（vs V1.0）

变更项	V1.0（STM32F4+G0）	V1.2（AT32F422+CH32V208）	影响
信号核	STM32F405 @ 168MHz	AT32F422 @ 180MHz + FPU	更快 + FPU
通信核	STM32G070 @ 64MHz	CH32V208 @ 144MHz + BLE 5.3	更快 + BLE
Flash	512KB + 64KB	128KB + 64KB	较小但双 Bank 够用
SRAM	192KB + 16KB	20KB + 20KB	目标优化后够用
BLE	无（需外挂模块）	内置 BLE 5.3	✅ 省模块
温度（通信核）	-40~+105°C	-40~+85°C	⚠️ 需关注
工具链	同一套 Keil	ARM Keil + RISC-V MRS	两套
BOM 成本	¥30-50	¥10-14	✅ 省 60-70%
国产化率	0%	100%	✅

文档结束

本规格书定义了 SenseLoop™ ILD V1.2 系列环路车辆检测器的完整产品要求。V1.2 为独立完整文档，涵盖 V1.0/V1.1 全部实质性内容并基于 AT32F422KBT7 + CH32V208GBU6 双芯片方案全面适配。

版本历史：V1.0 / 2026-07-18 → V1.1 / 2026-07-21（工程评审修订）→ V1.2 / 2026-07-21（双核国产平台全面升级，独立完整版）

63 KiB Raw Blame History Unescape Escape

环路车辆检测器产品规格书

目录

1 产品概述

1.1 产品定位

1.2 双核架构概述

1.3 应用场景

1.4 产品命名规则

2 产品系列定义

2.1 SenseLoop-1（单环路检测器）

2.2 SenseLoop-2（双环路检测器）

2.3 SenseLoop-4（四环路检测器）

3 处理器选型论证

3.1 信号处理核 —— AT32F422KBT7

3.1.1 选型理由

3.1.2 VS 竞品芯片

3.1.3 替代推荐

3.2 通信管理核 —— CH32V208GBU6

3.2.1 选型理由

3.2.2 温度范围与替代方案

3.2.3 VS 竞品方案

3.3 双核通信

4 核心技术特性

4.1 技术特性总览

4.2 多频自适应扫描与智能选频

4.2.1 技术原理

4.2.2 关键参数

4.2.3 基线更新"跑偏"防护

4.3 16 级数字灵敏度与 ASB

4.3.1 灵敏度分级

4.3.2 ASB 自适应灵敏度提升

4.4 高速 DSP 信号处理引擎

4.4.1 处理器架构

4.4.2 等精度测频法 —— 两种运行模式

4.4.3 FPU 加速对比

4.5 高级环路曲线分析（ALP）

4.5.1 技术原理

4.5.2 分类器架构

4.5.3 分类等级

5 硬件架构设计

5.1 整体架构框图

5.2 检测通道电路详细设计

5.2.1 LC 谐振振荡电路

5.2.2 信号调理链路

5.3 电源设计

5.3.1 电源规格

5.3.2 隔离保护设计

5.3.3 三级浪涌防护

5.4 通信核接口设计

5.5 PCB 设计规范

6 软件架构与算法引擎

6.1 双核软件架构

6.2 OTA 升级与双核协同

OTA 升级流程

升级期间实时性保障

6.3 关键算法参数

7 性能规格参数

7.1 检测性能

7.2 速度测量性能

7.3 车型分类性能（SenseLoop-4）

7.4 环路适配性能

7.5 环境性能

8 通信接口与物联网集成

8.1 通信接口规格

8.2 Modbus RTU 寄存器映射

8.3 MQTT 主题设计

8.4 云平台集成

9 可靠性工程与质量保证

9.1 MTBF 目标与验证

9.2 故障自诊断体系

诊断功能矩阵

降级运行策略

9.3 冗余设计

9.4 CH32V208 高温降额策略

9.5 质量保证体系

10 全球认证与合规

10.1 认证矩阵

10.2 EMC 测试规格

11 安装与调试规范

11.1 线圈设计规范

63 KiB

Raw Blame History