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# variation 上报量分析报告
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> 分析对象：`uart_report_packet_loop_acs()` 中上报的 **变化量 variation**
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> 涉及文件：`src/main.c`（组包）、`src/TaskLoop.c`（基线/IIR 更新）、`inc/TaskLoop.h`（参数宏）
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> 协议版本：与《DLD960Loop_串口通信协议.md》**V1.05** 同步（2026-07-14：variation 无符号 2B → **有符号 3B**，见 §5）
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> 结论层次：物理层 → 信号层 → 数据层 → 上报调度层
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## 0. 一句话结论
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`variation = loop_Origin − loop_CAPVD`（V1.05 起为 **3 字节有符号补码**：正 = 车辆/金属进入方向，负 = 反向漂移），是 **"慢阶跃基线"** 与 **"快速跟踪当前值"** 两个不同时间尺度量的瞬时差。
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它在 **每次组包时实时计算**，本身无独立状态；真正决定其波形形态的是三个错位的时钟：
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- `loop_CAPVD` 的 **≈10ms** 采样
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- `loop_Origin` 的 **5s 阶跃** 更新
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- 上报的 **150ms / 600ms** 采样窗
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三者不同步 → 无车时 variation 天然呈 **锯齿波**。
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## 1. 定义位置
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`src/main.c` — `uart_report_packet_loop_acs()` 组包段（V1.05 现行实现）：
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```c
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// 变化量 (3B, LE, 有符号补码) — V1.05
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// 定义: variation = Origin - CAPVD
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// 正值 = 当前值低于基线(车辆/金属进入, 检测裕量方向)
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// 负值 = 当前值高于基线(反向漂移/异常抬升)
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int32_t variation = (int32_t)unit->loop_Origin - (int32_t)unit->loop_CAPVD;
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if (variation > 8388607) variation = 8388607; // +2^23-1 饱和, 防回绕
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if (variation < -8388608) variation = -8388608; // -2^23 饱和
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g_pkg_uart_report.pkg[i++] = (uint8_t)(variation & 0xFF);
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g_pkg_uart_report.pkg[i++] = (uint8_t)((variation >> 8) & 0xFF);
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g_pkg_uart_report.pkg[i++] = (uint8_t)((variation >> 16) & 0xFF);
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```
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- **带符号带方向**：正 = 检测裕量方向（与旧版有车时的数值语义连续），负 = 反向漂移
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- 3 字节小端补码，值域 ±2²³−1，发送端 **饱和限幅，不会回绕**
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- 旧版（≤V1.04）为 2B 无符号绝对值，缺陷与变更动机见 **§5**
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## 2. 三个操作数的更新节奏
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| 量 | 物理含义 | 更新触发 | 真实周期 | 特性 |
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|---|---|---|---|---|
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| `loop_CAPVD` | IIR 后当前线圈值 | 每次 `loop_CAP_OK` → `vd1_task_per_channel()` | **≈10ms**（固定测量窗 `LPCNT×Xn≈131072` timer counts） | 快，τ≈32ms，斜率限幅 5% |
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| `loop_Origin` | 基线 | `update_moving_average()` 窗口满才写 | **阶跃式**（见 §3） | 慢，平台期恒定不动 |
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| `variation` | 上报的变化量 | 每次组包现算 | 被 **上报窗采样**：事件 150ms / 空闲 600ms | 瞬时差，3 字节有符号（V1.05） |
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> 关键点：`variation` 没有独立状态，它只是组包那一刻两值之差。
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> 它的"更新周期"实际是 **上报采样周期**（150/600ms）；它的"波形形态"由 Origin 的阶跃周期决定。
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上报间隔宏（`inc/TaskLoop.h`，50ms tick）：
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```c
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#define REPORT_IDLE_TICKS 12 // 空闲稳定: 12×50ms = 600ms
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#define REPORT_EVENT_TICKS 3 // 事件/变化: 3×50ms = 150ms
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```
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上报调度还叠加了 **上电 3s 抑制**（`misc_counter < 60` 跳过，等基线稳定）。
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## 3. loop_Origin 基线更新的状态机（核心）
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`update_moving_average()` 是 **累加到窗口满才写一次**，中途 Origin 岿然不动：
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```c
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*p_sum += new_value; (*p_cnt)++;
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if (*p_cnt >= window) { // 只有这里改写 Origin
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*p_origin = *p_sum / window;
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*p_cnt = 0; *p_sum = 0;
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}
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```
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| 状态 | 判据 | window | 阶跃周期 @10ms | 对 variation 的影响 |
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|---|---|---|---|---|
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| **稳定期** | `!loop_stable`，`stable_cnt < 128` | 100 | **~1s** | 上电快速收敛，`CAPVD = Value` 直通 |
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| **正常跟踪** | 无车 & `dev < dlt_ORG×4` | **500** | **~5s** | Origin 每 5s 阶跃一次，锯齿主因 |
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| **冻结** | 无车 & `dev ≥ dlt_ORG×4` | — | `ORG_CNT/SUM` 清零，**不更新** | Origin 锁死，variation 保持大值 |
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| **冻结超时** | 冻结持续 & 漂移 <±2% 达 1000 次 | — | **~10s 一次性抓取** | Origin 直接 = CAPVD，variation **突然归零** |
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| **有车** | `loop_VD_FLAG == 1` | — | 不进基线分支 | Origin 全程冻结，variation 忠实跟随 CAPVD |
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相关参数宏（`inc/TaskLoop.h`）：
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```c
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#define STABLE_SAMPLES 128 // 稳定期样本数
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#define WINDOW_ORIGIN 500 // 基线跟踪窗口 (500×10ms = 5s)
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#define FREEZE_TIMEOUT 1000 // 冻结超时 ~10s @10ms
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#define FREEZE_STABILITY_RATE 2 // 稳定性窗口 ±2%
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#define MAX_SLOPE_RATE 5 // 斜率限幅 5%
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#define ENTRY_CONFIRM 3 // 进入确认次数
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```
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## 4. variation 波形特征
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### 场景 1 — 无车缓慢漂移（温漂 / 湿漂），最典型
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```
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CAPVD ─╱╱╱╱╱ 持续缓慢漂移(每10ms微动)
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Origin ───┐ ┌───┐ ┌── 每5s阶跃追一次
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└────────┘ └────────┘
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variation: ╱| ╱| ╱| ╱| ← 锯齿波!
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峰=5s漂移量, 谷≈0(基线刚追上)
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```
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- 5s 窗口内 Origin 恒定，CAPVD 漂 → variation 线性爬升
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- 窗口边界 Origin 阶跃到近 5s 均值 → variation **突然跌回 ~0**
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- **锯齿幅度 ≈ 漂移速率 × 5s**；变频器干扰下漂移快，齿更高
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- **V1.05 起锯齿带方向**：CAPVD 向下漂（裕量方向）锯齿为正，向上漂为负——漂移方向后台直接可见。旧版绝对值把负向锯齿翻成正向，与正向漂移完全不可区分
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### 场景 2 — 车辆进入 / 驻留（设计正确 ✅）
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- 车进入瞬间 `ORG_CNT/SUM` 清零 + `VD_FLAG=1`，Origin **完全冻结**
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- variation 快速跟随 CAPVD 拉大（**恒为正值**）→ 真实反映车辆信号强度，干净无锯齿
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### 场景 3 — 大干扰但非车（半截车 / 邻道串扰 / 金属堆放）
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- `dev ≥ dlt_ORG×4` 触发冻结，variation 维持大值不被基线"吃掉"
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- 偏差稳住 ±2% 达 10s 后，Origin 一次性重锁，variation 突降 → 防污染 + 慢速重学基线
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- V1.05 起，若干扰使 CAPVD **高于**基线（如基线被污染后干扰源撤走），variation 呈 **持续负值**——这是旧版完全观测不到的形态，可作为"基线被污染"的诊断特征
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## 5. V1.05 变更分析：无符号 2B → 有符号 3B（2026-07-14）
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### 5.1 改动对照
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| 项目 | 旧（≤V1.04） | 新（V1.05） |
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|---|---|---|
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| 计算式 | `\|Origin − CAPVD\|` 取绝对值 | `Origin − CAPVD` 带符号 |
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| 编码 | 2 字节无符号，小端 | **3 字节有符号补码**，小端 |
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| 值域 | 0~65535，**溢出回绕** | ±8388607，**发送端饱和限幅** |
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| 方向信息 | 无 | 正 = 车/金属进入，负 = 反向漂移 |
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| 每通道单元 | 11 字节 | **12 字节** |
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| 帧 Len / 总长（4 路无分包） | 0x2F=47 / 52B | **0x33=51 / 56B**（仍 < `BUFF_STACK_SIZE=64`，缓冲安全） |
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### 5.2 为什么必须改（旧版两个致命缺陷）
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1. **回绕污染**：variation 是 **CAPVD 计数域**的量（量级 ~131072 timer counts，不是 Hz）。大车 / 大金属全覆盖时偏差可超 65535，2B 无符号直接回绕成小值——单测实例：真实偏差 100000，旧版上报 **34464**。后台看到"大信号突然变小"的假象，判决裕量分析整段作废。
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2. **方向丢失**：绝对值抹掉符号，分不清"车辆/金属进入（CAPVD 掉到基线下）"与"反向漂移/异常抬升（CAPVD 升到基线上）"——两者的判决意义**完全相反**。雨天漂移方向、邻道串扰极性、基线污染诊断都依赖符号。
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### 5.3 符号语义（方案 B）
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```
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variation = Origin − CAPVD
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> 0 : CAPVD 低于基线 → 金属进入 / 车辆压线（检测裕量方向）
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与旧版语义连续：旧版有车时的数值 ≈ 新版正值，后台阈值可平移沿用
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= 0 : 当前值与基线重合（基线刚追上 / 真空闲）
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< 0 : CAPVD 高于基线 → 反向漂移 / 基线污染残留 / 线圈异常抬升
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```
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新版正值方向与检测判决方向一致，**有车时 variation 恒为正**；负值只出现在无车漂移或异常场景——这本身就是一个免费的诊断维度。
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### 5.4 接收端解析：必须做 bit23 符号扩展
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```c
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int32_t v = b0 | (b1 << 8) | ((int32_t)b2 << 16);
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if (v & 0x800000) v |= 0xFF000000; // bit23 = 1 → 负数，符号扩展
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```
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- 典型陷阱：按无符号 3B 拼接不扩展，**−10（F6 FF FF）会被读成 16777206**，后台曲线直接飞天
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- 存储 / 传输链路上该字段类型必须是 **有符号整型**（int32 及以上），数据库建 UNSIGNED 列会写入失败或截断
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### 5.5 影响范围（联动清单）
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| 端 | 变更 | 风险点 |
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|---|---|---|
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| Loop 固件 `main.c` | `uint32_t`→`int32_t`，3B LE + 双向饱和 | 已完成，gcc 隔离单测通过 |
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| 协议文档 | V1.05：字段表、Len 47→51、示例报文重算 | 已发布 |
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| **vd960DBN** | 解析步长 **11→12**、misc 偏移右移 1B、3B 解码 + bit23 符号扩展、fast_mode 改用 `abs(variation)` | **步长死绑定**（见 5.6） |
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| 后台 / 上位机 | 字段改有符号 int；阈值逻辑沿用正值方向；负值单独归类为漂移诊断量 | 无符号存储 / 不做符号扩展 |
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### 5.6 兼容性风险（重点盯防）
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1. **Loop 与 DBN 固件必须同版本发布**。单元步长 11↔12 死绑定，任一端用旧固件，4 通道数据整体错位。**且帧级 XOR/SUM 校验依然通过**（校验的是整帧，不感知单元边界）——这是**静默数据损坏**，不会报错，只会得到一堆"看起来合理"的错值。
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2. 上位机若想兼容新旧固件，可用 **Len 字节区分**：4 路无分包时 Len=0x2F(47) 为旧格式（2B 无符号），Len=0x33(51) 为新格式（3B 有符号），按帧动态选解析器。
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3. 口径小注：协议文字写值域 ±8388607，代码负向饱和到 −8388608（0x800000）。解析端符号扩展后无歧义，且实际物理量远到不了该量级（CAPVD 全量程才 ~131072，3B 有 **~64 倍余量**），不构成问题，仅作记录。
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### 5.7 对分析工作的直接增益
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- **冻结场景幅度可信**：大偏差不再回绕，判决裕量、灵敏度档位标定可以直接拿 variation 定量
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- **漂移方向可见**：锯齿极性 = 漂移方向，雨天 / 温漂 / 变频器干扰的方向特征可离线统计
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- **基线污染可诊断**：持续负值 = 基线学高了，此前只能靠人工比对频率曲线猜
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## 6. 需警惕的问题（直击要害）
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1. **采样混叠**：用 600ms 上报窗去采一个 5s 阶跃量。后台若按单次 variation 做实时判断，会看到同一个齿被多次采到不同高度，叠加 600ms/5s 相位漂移 → 看似"忽大忽小"。
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→ **后台不能拿单次 variation 当绝对阈值**，应看趋势或直接用 MCU 已判好的 `car_state`。
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2. ~~**2 字节截断 / 回绕**~~ → **已在 V1.05 解决**（3B 有符号 + 发送端饱和限幅，见 §5）。**DBN 解析端已核实升级完成**（2026-07-15 代码核对：`loop_uart_proto.c` 步长 12B + bit23 符号扩展、misc 偏移 c[8..11]、fast_mode 双向绝对值；详见 vd960DBN devlog 2026-07-14）。后台仅消费 JSON（带符号十进制），无二进制解析负担。
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3. **锯齿谷值≈0 误导"无车确认"**：若有逻辑用 `|variation| < 小值` 判"绝对空闲"，会在每个 5s 边界被误触发。
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→ 判空闲以 `car_state` / `loop_VD_FLAG` 为准，variation 仅作辅助幅度参考。
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4. **稳定期 window=100 → 正常 500 的切换**：上电 1s 尺度基线，128 样本后切 5s 尺度。过渡期 variation 锯齿周期从 1s 突变到 5s，后台做周期特征分析要注意此拐点。
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## 7. 待现场验证
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- `loop_CAP_OK` 的 ~10ms 为 devlog 设计值。**实际周期取决于 TMR3 时钟与线圈频率**，建议现场用示波器量相邻两次 `CAP_OK` 间隔确认。
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- 新旧固件混跑的错位形态（Loop 新 + DBN 旧）建议在工装上**故意复现一次**，留存错位数据样本，方便日后现场快速识别。
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## 8. 后续可选改进方向
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- 将 variation 改为上报 **斜率 / 趋势** 而非瞬时差，削掉锯齿混叠
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- ~~补 variation 饱和保护~~ → V1.05 已完成
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- **随包上报当前基线状态（跟踪 / 冻结 / 有车）**，让后台区分锯齿谷与真空闲、冻结大值与真车
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## 9. variation ↔ ΔL / ΔL-L 物理对应（2026-08-25 补充）
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> 配套工具：`tools/variation_calc.py`（正向/反推/3B 补码解析/灵敏度对照，纯 stdlib）
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### 9.1 物理链路：CAPVD 正比于 √L，不是 L
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由 `main.c` 频率转换公式反推：
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```c
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freq = sclk_freq × input_div × LPCNT / CAPVD → CAPVD ∝ 1/freq = T（周期）
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```
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LC 振荡器周期 `T = 2π√(LC)`，因此：
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```
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CAPVD = A·√(LC) （A = 系统归一化常数，含时钟/分频/MEASUREMENT_BASE=131072）
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```
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**CAPVD 与周期成正比，与 √L 成正比**——这是 variation 换算 ΔL 的关键前提（平方根关系，不是线性）。
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### 9.2 换算公式
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设基线电感 L₀，有车后电感 L₀+ΔL：
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```
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Origin = A·√(L₀·C)
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CAPVD = Origin·√(1 + ΔL/L₀)
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variation = Origin − CAPVD = Origin·[1 − √(1 + ΔL/L₀)]
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```
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| 口径 | 公式 | 适用 |
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|------|------|------|
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| **精确** | `ΔL/L₀ = (1 − variation/Origin)² − 1 = (variation/Origin)² − 2(variation/Origin)` | 大信号（如大车全覆盖） |
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| **一阶近似** | `ΔL/L₀ ≈ −2 × variation/Origin` | 检测阈值区间，残差 <0.2% |
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| 频域对应 | `Δf/f ≈ variation/Origin`（CAPVD ∝ 1/f） | 与验收标准 §3 频偏口径衔接 |
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符号语义：车辆进入 → 涡流 → ΔL<0 → CAPVD<Origin → **variation 恒为正**，与 V1.05 协议一致；负值 = 反向漂移 / 基线污染。
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**一阶近似的误差上界**：二阶残差 ≈ (variation/Origin)²，最低灵敏度档 0.33% 时仅 0.0011%，相对误差 <0.2%——系数 2 直接可用。
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### 9.3 灵敏度档位 → ΔL/L 触发阈值
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进入条件 `CAPVD < Origin − dlt_ORG`，进入瞬间 `variation ≈ dlt_ORG = Origin×SensTable/65536`，逐档对应：
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| SENS | 进入表 | 离开表 | Δf/f 进入 (=vr) | **ΔL/L 进入 ≈ −2×vr** | ΔL/L 离开 |
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|------|--------|--------|-----------------|----------------------|-----------|
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| 0 低 | 216 | 108 | 0.3296% | **−0.659%** | −0.330% |
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| 1 中 | 108 | 72 | 0.1648% | **−0.330%** | −0.220% |
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| 2 高 | 36 | 18 | 0.0549% | **−0.110%** | −0.055% |
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| 3 最高 | 10 | 9 | 0.0153% | **−0.031%** | −0.027% |
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> 交叉验证：DLD154Pro 技术文档 sens_in {108,54,28,14} 标注 ΔL/L = 0.330%/0.165%/0.085%/0.043%，恰为 SensTable/65536 的 2 倍——产品线已统一使用 `ΔL/L ≈ 2×SensTable/65536` 口径。
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### 9.4 电容档位无关性（33/43/66/76nF）
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四档电容只改绝对工作频率 f₀ = 1/(2π√(L₀C))：
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| C 档 | 频率 @ L₀≈59μH |
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|------|----------------|
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| 33nF | ~114 kHz |
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| 43nF | ~100 kHz |
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| 66nF | ~81 kHz |
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| 76nF | ~75 kHz |
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但 **Origin 与 CAPVD 均 ∝ √C，比值 variation/Origin 中 C 被消掉**：
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```
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variation/Origin = 1 − √(1 + ΔL/L₀) ← 与 C 无关
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```
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**结论：四档电容共用同一套 ΔL/L 换算表，现场换档不换标定。** 这是 LPCNT = MEASUREMENT_BASE/Xn 自适应归一化的直接收益。
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### 9.5 绝对电感与 ΔL 完整换算
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```
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① 绝对电感: L₀ = 1/(4π²·f₀²·C) ← f₀ 用上报频率(3B)，C 用当前档位电容
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② 相对变化: ΔL/L₀ ≈ −2 × variation/Origin
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③ 绝对变化: ΔL = L₀ × ΔL/L₀
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```
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示例（C=43nF, f₀=100kHz → L₀≈58.9μH；SENS=1 触发，variation=216, Origin=131072）：
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```
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variation/Origin = 0.1648%
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ΔL/L₀ ≈ −0.330%
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ΔL ≈ −58.9μH × 0.330% ≈ −0.194 μH
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```
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### 9.6 使用注意事项（后台/上位机口径）
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1. **必须归一化**：variation 是 CAPVD 计数域（~131072 量级），直接拿绝对值当 ΔL 会差 4~5 个数量级。所有换算先除 Origin。
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2. **只有有车冻结期的 variation 干净**：有车时 Origin 冻结，variation 忠实反映信号强度，此刻换算 ΔL/L 最可信；无车时 Origin 5s 阶跃 → variation 呈锯齿，锯齿峰 = 5s 漂移量，不能当车辆信号。
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3. **基线重锁识别**：冻结超时（10s 稳定）后 Origin 强制 = CAPVD，variation 突降归零——后台应识别为"基线重锁"事件，勿当车辆离开。
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4. **文档口径 2 倍陷阱**：SensTable/65536 直接读是 Δf/f（0.33%），标成 ΔL/L 是 0.66%。验收/规格文档必须注明口径（推荐统一用 ΔL/L）。
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5. **绝对 ΔL 依赖 C 档信息**：协议帧未带 C 档位，后台需按现场配置查表，或由 f₀ 与档位映射反推（f₀ 落在哪档频率区间即哪档）。
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### 9.7 工具用法速查
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```bash
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cd tools
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python3 variation_calc.py --freq 100 --cap 43 --variation 216 --origin 131072 # 正向
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python3 variation_calc.py --freq 100 --cap 43 --dl-rel 0.33 # 反推
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python3 variation_calc.py --parse-var F6FFFF # 3B LE 补码解析
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python3 variation_calc.py --sens-table # 四档对照
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python3 variation_calc.py --interactive # 交互
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```
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