TOF Laser Range Sensor
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说明
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921600bps) |
| CAN：100000~3000000bps (默认100000bps) | |
| 主动输出速率 | 10Hz |
| 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921600 |
- 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 |
| 5 | HW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：
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：
57 00 ff 00 9e 8f 00 00 ad 08 00 00 03 00 ff 3a
- 解析表：
- 解析表：
| Data | Type | Length (Bytes) | Hex | Result |
|---|---|---|---|---|
| Frame Header | uint8 | 1 | 57 | 0x57 |
| Function Mark | uint8 | 1 | 00 | 0x00 |
| reserved | uint8 | 1 | ff | * |
| id | uint8 | 1 | 00 | 0 |
| System_time | uint32 | 4 | 9e 8f 00 00 | 36766ms |
| dis*1000 | uint24 | 3 | ad 08 00 | 2.221m |
| dis_status | uint8 | 1 | 00 | 0 |
| signal_strength | uint16 | 2 | 03 00 | 3 |
| reserved | * | 1 | ... | * |
| Sum Check | uint8 | 1 | 3a | 0x3a |
- 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：
57 10 FF FF 00 FF FF 63
- 解析表：
- 解析表：
| Data | Type | Length (Bytes) | Hex | Result |
|---|---|---|---|---|
| Frame Header | uint8 | 1 | 57 | 0x57 |
| Function Mark | uint8 | 1 | 10 | 0x10 |
| reserved | uint8 | 2 | ff | * |
| id | uint8 | 1 | 00 | 0 |
| reserved | uint8 | 2 | ff | * |
| Sum Check | uint8 | 1 | 63 | 0x63 |
- 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：
AD 08 00 00 03 00 FF FF
- 解析表：
- 解析表：
| Field name | Part | Level | Type | Length(bits) | Hex | Result |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Start Of Frame | SOF | * | 1 | * | * | |
| Arbitration Field | ID | * | 11 | 0x200+id | 0x201 | |
| Arbitration Field | RTR | * | 1 | * | * | |
| Control Field | IDE | * | 1 | * | * | |
| Control Field | r0 | * | 1 | * | * | |
| Control Field | DLC | * | 4 | * | * | |
| Data Field | dis*1000 | uint24 | 24 | ad 08 00 | 2.221m | |
| Data Field | dis_status | uint8 | 8 | 00 | 0 | |
| Data Field | signal_strength | uint16 | 16 | 03 00 | 3 | |
| Data Field | reserved | * | 16 | * | * | |
| CRC Field | CRC | * | 15 | * | * | |
| CRC Field | CRC_delimiter | * | 1 | * | * | |
| ACK Field | ACK Slot | * | 1 | * | * | |
| ACK Field | ACK_delimiter | * | 1 | * | * | |
| End Of Frame | EOF | * | 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：
FF FF FF 01 FF FF FF FF
- 解析表：
- 解析表：
| Field name | Part | Level | Type | Length(bits) | Hex | Result |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Start Of Frame | SOF | * | 1 | * | * | |
| Arbitration Field | ID | * | 11 | 0x400+id_s | 0x402 | |
| Arbitration Field | RTR | * | 1 | * | * | |
| Control Field | IDE | * | 1 | * | * | |
| Control Field | r0 | * | 1 | * | * | |
| Control Field | DLC | * | 4 | * | * | |
| Data Field | reserved | uint24 | * | * | * | |
| Data Field | id | uint8 | 8 | 01 | id = 1 | |
| Data Field | reserved | uint16 | * | * | * | |
| CRC Field | CRC | * | 15 | * | * | |
| CRC Field | CRC_delimiter | * | 1 | * | * | |
| ACK Field | ACK Slot | * | 1 | * | * | |
| ACK Field | ACK_delimiter | * | 1 | * | * | |
| End Of Frame | EOF | * | 7 | * | * |
- TOFSense _Setting_Frame(Length:32 Bytes) —— RW:
- 解析表：
- 解析表：
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
树莓派环境配置
- 树莓派串口配置
由于树莓派串口默认用于终端调试，如需使用串口，则需要修改树莓派设置。执行如下命令进入树莓派配置：
sudo raspi-config
选择Interfacing Options ->Serial ->no -> yes，关闭串口调试功能。
需要重启
sudo reboot
打开/boot/config.txt文件，找到如下配置语句使能串口，如果没有，可添加在文件最后面：
enable_uart=1
重启生效
模组参数设置
TOF Laser Range Sensor模块UART波特率需要通过上位机设置成：115200；
树莓派使用TOF Laser Range Sensor模块的效果如下:
硬件连接
Jetson Nano使用
硬件连接
软件设置
TOF Laser Range Sensor模块UART波特率需要通过上位机设置成：115200；
Jetson nano使用TOF Laser Range Sensor模块的效果如下:
Arduino使用
硬件连接
软件设置
TOF Laser Range Sensor模块UART波特率需要通过上位机设置成：115200；
FAQ
Q1. 室外（强光）条件下可以用吗？
模块受自然光影响。一般来说自然光越强，受影响越大，表现为测距距离变短、精度变差、波动变大。强光情况下（如太阳光）一般推荐在近距离检测场景使用。
Q2. 多个模块是否有干扰？
没有干扰。当多个模块同时工作时，即使相互之间的红外光线交叉或打到同一个位置，也不会影响实际测量。
Q3. 为什么TOFSense没有数据输出？
各个模块均经过严格的测试后发货，没有数据时请先自行检查模式、接线、波特率等配置是否正确；对于CAN输出模式，请检查是否含有终端电阻（一般为120Ω）。
Q4. 安装时需要注意什么？
安装时需避免FOV角度内有遮挡。另外需要注意与地面高度，应避免FOV内出现地面遮挡等类似反射面。
Q5. 模块的UART与CAN是同一个接口吗？
模块的UART接口与CAN接口公用相同的物理接口，针对不同的通讯模式转换对应线序即可。
Q6. 如何配置模块为UART或CAN通信模式？
在UART通讯模式下，通过上位机即可将模块配置为CAN通讯模式；在CAN通讯模式下，需按住按键并后将模块上电，当指示灯变为慢速闪烁后松开按键，此时模块强制进入UART模式，再通过上位机写入UART配置即可。
Q7. 模块输出的是最近距离、最远距离还是平均距离？
模块单次测试量会得到FOV内的多组距离值，并由内部处理器处理得到占比最大的距离输出
Q8. 模块是否支持输出点云信息？
模块单次只能输出一个距离，暂时不支持点云信息的输出。
Q9. 模块I/O口工作电平？
固定为3.3V
Q10. 模块怎么控制关机？
不支持关机，目前主动输出和查询输出两种模式，功耗约290mW。
Q11. 打开软件报错“由于找不到 MSVC***.dll 文件……”，可能是电脑缺少微软相应运行时组件，选择系统对应位数下载安装通常即可解决？
Visual C++ Redistributable for Visual Studio 2017，若上述安装失败或者 显示成功但打开NAssistant程序仍提示缺少dll文件，则尝试安装 KB2999226 补丁程序，注意，请选择电脑系统对应版本补丁程序，详细请参考博客关于 api-ms-win-crt-runtimel1-1-0.dll 缺失的解决方案
Q12. 打开软件报错“由于找不到Qt***.dll……”？
请检查安装文件是否被360等安全软件无声拦截，请退出安全软件后，重新安装。另外以管理员权限运行技术支持
联系人：黄工
QQ：2850151199
EMAIL：2850151199@qq.com
电话：0755-83040712
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