TOF飞行时间激光测距传感器使用教程

产品简介

TOF Laser Range Sensor是一款基于TOF (飞行时间) 技术的激光测距传感器,内置控制器和测距算法。 测距范围可达5m,精度高达±1.5cm,分辨率可到1mm。支持UART和CAN通信,支持主动与查询输出数据,支持级联测距。 可以作为测距工具进行距离检测,也可作为机器人避障/路线规划,还可用于无人机定高/天花板检测等领域。

产品特点

  • 基于TOF (飞行时间) 激光测距技术
  • 支持UART、CAN通信 (UART、CAN共用接口)
  • 支持短、中、长三种距离测量模式
  • 支持多种FOV角度设置,可以满足多种场景需求
  • 支持输出距离测量值dis、距离状态dis status、信号强度signal strength等信息
  • 支持两种输出方式:主动输出与查询输出
  • 支持多模块级联
  • 支持升级固件
  • 3.7 ~ 5.2V供电,防反接保护
  • 功耗约290mW
  • 940nm激光符合IEC 60825-1:2014第3版规定的Class1标准

产品参数

典型测距范围
(0.01~5.00m)
短距:0.012~2.16m
中矩:0.012~3.60m
长距:0.01~5.00m
典型测距精度短距:精度±1.0cm,标准差<0.3cm
中距:精度±1.0cm,标准差<1.5cm
长距:精度±1.5cm,标准差<0.5cm@0.01~3m,
标准差<8cm@3~5m
测量分辨率1mm
波长940nm (符合Class1标准)
视场角 (FOV)15°~27° (多档位可调)
通信接口
(UART/CAN)
UART (2个接口可同时作为UART接口,TTL信号线电平3.3V)
CAN (2个接口可同时作为CAN接口)
通信波特率UART:115200~3000000bps (默认115200bps)
CAN:100000~3000000bps (默认100000bps)
级联数量UART接口支持级联多达8个,CAN接口支持级联多达7个
供电电压3.7~5.2V
产品功耗290mW (UART主动输出,长距模式供电电压5.0V,电流58mA)
产品重量2.7g
产品尺寸35.58 × 12 × 8.05mm (长 × 宽 × 高)

应用场景

  • 无人机定高、天花板检测
  • 机器人避障
  • 测量与检测
  • 智能手势控制
  • 1维手势识别

工作原理

TOF是一种绝对距离检测技术,即传感器发出经过调试的近红外光,遇物体后反射,传感器通过计算光线发射和反射时差或相位差,来换算被拍摄景物的距离,以产生深度信息。相比于双目方案与3D结构光方案,TOF具有工作距离远,适用场景广,较远距离精度高等优点。因此常被应用于人员接近检测、机器人避障、照相机自动对焦等场合。室外环境中有来自太阳光的近红外光,会对模块的测量效果产生影响。


功能描述

【ID | 身份标识】

  • ID是用于区分不同传感器而设定的一个变量,在级联连接时用于识别各个传感器。

【Interface & Baudrate | 接口与波特率】

TOFSense支持配置为UART与CAN两种通信方式:

  • UART串口通信波特率设置范围如下:
UART串口波特率说明
115200,230400,460800,921600,1000000,1200000,2000000,3000000默认波特率为115200
  • CAN通信波特率设置范围如下:
CAN波特率说明
100000,250000,500000,1000000,2000000,3000000默认波特率为100000

接口数据输出模式设置:

  • Active Output | 主动输出:
    • 主动输出模式仅可在单模块时使用,该模式下模块以10Hz的频率主动输出测量信息。
    • 主动输出模式配置如下图:
         
  • Query Output | 查询输出:
    • 查询输出模式可在单模块与级联时使用,该模式下通过控制器向期望查询模块发送包含该模块ID的查询指令,模块即可输出一帧测量信息。
    • 查询输出模式配置如下图:
         

【Distance Status | 距离状态指示】

模块可以输出当前距离状态,用户可结合距离状态进行数据处理,距离状态含义如下:

数值说明
0测量距离有效
1标准差大于15mm
2信号强度低于1Mcps
4相位超出界限
5HW或VCSEL出现故障
7相位不匹配
8内部算法下溢
14测量距离无效

【Signal Strength | 信号强度】

  • 指示当前返回信号的强度,该值越大表明返回信号越强。

【FOV | 视场角】

  • FOV视场角的大小决定了TOFSense的视野范围,模块可以更改X方向视场角fov.x、Y方向视场角fov.y、X方向偏移fov.x_offset、Y方向偏移fov.y_offset。
    X、Y方向视场角设置范围15°~27°,X、Y方向视场角偏移设置范围-6°~ 6°。可通过上位机软件进行设置。
  • 模块初始视场角参数fov.x=27°、fov.y=27°、fov.x_offset=0°、fov.y_offset=0°。
    通过设置X方向视场角25°、Y方向视场角15°、X方向偏移1°、Y方向偏移-1°。
    可以将模块感兴趣区域变为下图所示:


说明:较小的FOV 可以提高模块狭小空间以及小物体的探测性能,但是FOV视场角的改变也会对模块的最远测距距离产生影响,视场角越小,最远测距距离越小。

【Indicator Light | 指示灯】

  • 指示灯共两种闪烁状态,快速闪烁0.1S闪烁一次,慢速闪烁1S闪烁一次。LED状态与含义如下:
状态说明
快速闪烁(间隔0.1S)模块启动阶段
快速闪烁(间隔0.1S)模块固件更新
慢速闪烁(间隔1S)模块正常工作

【Function Key | 功能按键】

  • 用于在CAN通信模式下进行参数配置。按住按键上电直到指示灯慢速闪烁,则强制进入UART输出模式。

【CascadeRanging | 级联测距】

  • 将多个传感器配置为不同ID并串联起来,通过一个通信接口即可读取到所有传感器的测距信息。连接示意图如下图:


说明:级联测距下,适合UART查询、CAN查询、CAN主动输出三种方式。

协议解析

  • 协议由 Frame Header(帧头)、Function Mark(功能字)、Data(数据)、Sum Check(校验和)组成。
    • 其中 Frame Header、Function Mark 为固定不变的数值;
    • Data 为传输的数据内容;
    • Sum Check 为 Frame Header、Function Mark、Data 相加求和(即前面所有字节相加)后的最低字节。
  • 协议组成:
  1. Frame Header + Function Mark + Data + Sum Check

说明:协议包遵循小端模式原则,即低字节在前,高字节在后。

  • TOFSense _UART_Frame:
    • 数据来源: 将模块连接上位机,配置UART为主动输出模式。
    • 原始数据:
  1. 57 00 ff 00 9e 8f 00 00 ad 08 00 00 03 00 ff 3a
    • 解析表:
DataTypeLength (Bytes)HexResult
Frame Headeruint81570x57
Function Markuint81000x00
reserveduint81ff*
iduint81000
System_timeuint3249e 8f 00 0036766ms
dis*1000uint243ad 08 002.221m
dis_statusuint81000
signal_strengthuint16203 003
reserved*1...*
Sum Checkuint813a0x3a
  • TOFSense _UART_Read_Frame:
    • 数据来源: 将模块连接上位机,配置为UART查询输出模式,id为0,通过上位机发送下列数据实现数据查询。
    • 原始数据:
  1. 57 10 FF FF 00 FF FF 63
    • 解析表:
DataTypeLength (Bytes)HexResult
Frame Headeruint81570x57
Function Markuint81000x00
reserveduint82ff*
iduint81000
reserveduint82ff*
Sum Checkuint813a0x3a
  • TOFSense _CAN_Frame:
    • 数据来源: 模块配置为CAN主动输出模式,id为1,连接CAN接收设备。
    • 原始数据:
  1. AD 08 00 00 03 00 FF FF
    • 解析表:
Field namePartLevelTypeLength(bits)HexResult
Start Of FrameSOF*1**
Arbitration FieldID*110x200+id0x201
Arbitration FieldRTR*1**
Control FieldIDE*1**
Control Fieldr0*1**
Control FieldDLC*4**
Data Fielddis*1000uint2424ad 08 002.221m
Data Fielddis_statusuint88000
Data Fieldsignal_strengthuint161603 003
Data Fieldreserved*16**
CRC FieldCRC*15**
CRC FieldCRC_delimiter*1**
ACK FieldACK Slot*1**
ACK FieldACK_delimiter*1**
End Of FrameEOF*7**
  • TOFSense _CAN_Read_Frame:
    • 数据来源: 模块配置为CAN查询输出模式,id为1,连接CAN查询设备,配置id_s为2。
    • 原始数据:
  1. FF FF FF 01 FF FF FF FF
    • 解析表:
Field namePartLevelTypeLength(bits)HexResult
Start Of FrameSOF*1**
Arbitration FieldID*110x400+id_s0x402
Arbitration FieldRTR*1**
Control FieldIDE*1**
Control Fieldr0*1**
Control FieldDLC*4**
Data Fieldreserveduint24***
Data Fieldiduint8801id = 1
Data Fieldreserveduint16***
CRC FieldCRC*15**
CRC FieldCRC_delimiter*1**
ACK FieldACK Slot*1**
ACK FieldACK_delimiter*1**
End Of FrameEOF*7**

软件说明

TOF Assistant是TOF激光测距模块配套的调试软件,主要作用为:配置调试、状态显示、功能应用、固件升级:

  • 配置调试:用于配置节点相关参数,如ID、工作模式、波特率等。
  • 功能应用:用于应用开发,如数据导入导出、运动轨迹存储、历史轨迹回放等。
  • 固件升级:用于给产品进行有线固件升级。

产品尺寸


树莓派使用

硬件连接


Arduino使用

硬件连接