【北醒TFmini-S 测距/避障激光雷达传感器免费试用连载】熟悉资料

通信

` 本帖最后由 yinwuqing 于 2020-6-13 17:57 编辑

时间过得真快，又到了一个月的中旬。6·18快到了，小伙伴们有没有趁此机会购买一些模块玩玩呢？今天给大家分享一下北醒TFmini-S这款雷达传感器的参考设计资料。
TFmini-S是一款基于TFmini升级的单点测距雷达，盲区降低为10cm，室外测距性能强，可以实现稳定、精准、高灵敏和高速的距离测量，产品特点归纳如下：
①、体积小
②、重量轻
③、低功耗
④、高帧率
TFmini-S的封装很小，外观尺寸图如下所示：

通信接口有UART与IIC，此次厂家提供的是UART版本的，如需采用IIC通信接口，硬件上需要自己搭建，软件中可通过指令进行切换。如果采用IIC接口更容易的实现多个TFmini-S挂接到一根IIC总线上，然后根据地址依次去读取TFmini-S检测的距离值。使用UART通信接口也是可以开展一些小项目的，比方说道闸防砸，高度计量等。
TFmini-S支持灵活配置，配置信息如下：

我们来熟悉熟悉TFmini-S的工作原理，TFmini-S基于TOF（time of Flight）即飞行时间原理。具体为TFmini-S周期性的向外发出近红外光调制波，调制波遇物体后反射。产品通过测量调制波往返相位差，得到飞行时间，再计算出产品与被测目标之间的相对距离。其原理示意图如下：

TFmini-S的测距重复精度与测量时的信号强度值（Strength）及输出帧率(Frequence)直接相关，以测距标准差表征测距重复精度，100Hz输出帧率时，在 90%发射率背景下，测距标准差统计如下：

TFmini-S经过光路与算法优化，已最大程度减小外界环境对测距性能的影响。但限于工作原理，测距范围仍会受到环境光照强度和被测目标反射率不同程度的影响。TFmini-S的测距盲区为 0-10cm，该范围内的数据不可信。对黑色（10%反射率）目标的探测能力，测量范围为 0.1-5m。对白色（90%反射率）目标的探测能力，测量范围为 0.1-12m。只有当【被测目标边长】大于等于【有效测距边长】时，数据才稳定可靠。【有效测距边长】由视场角决定（视场角一般是指接收角和发射角中的较小者），计算公式为：d = 2 ∗ D ∙ tanβ
其中，d表示有效测距边长，D 表示探测距离，β为 TFmini-S 的接收半角 1°。一般的有效测距边长与探测距离的对应关系如下图所示：

综上所述当被测物体边长不满足有效测距边长时，TFmini-S输出测量值（Dist）会出现异常。使用过程中如果要求精度较高，应尽量避免此类情况，减小测量误差。
TFmini-S电气特性如下：

平均电流有两种情况，根据产品的工作档位不同而变化，近距离档位平均电流 50mA左右，远距离档位平均电流 140mA左右。
TFmini-S串口数据输出格式有两种，即标准数据输出格式和字符串数据格式。这两种格式可通过指令代码相互切换。默认的是采用标准数据输出格式，其数据结构中数据帧长度为9字节。包含距离信息（Distance）、信号强度信息（Strength）、温度（Temp）、数据校验字节（Checksum）等。数据格式为16进制（HEX）。
另一种字符串数据格式是以字符串形式输出，单位为m，比如测距为1.21m，则输出字符串1.21，后跟转义字符
。
输出数据中Dist(Distance)代表TFmini-S测量输出的距离值，默认单位为cm，解析为十进制的值范围为0-1200。实际使用过程中，当信号强度值Strength<100时，Dist的测量值被认为不可信，默认输出-1，异常数据说明如下表所示：

输出数据中的Strength是指信号强度，默认输出值会在0-65535之间。当测距档位一定时，测距越远，信号强度越低；目标物反射率越低，信号强度越低。
输出数据中的Temp(Temperature)是表征芯片内部温度值。摄氏度=Temp/8–256
说完了串口数据通信，再来聊聊IIC数据通信。如下图所示

与串口通信不同，IIC通信由主机发起，雷达做为从机只能被动收发数据。主机向雷达写入配置指令帧后，需要等待足够长的时间，等待处理完该指令后，再进行读取反馈操作，建议等待时间为100ms，IIC模式通信时序如下：

TFmini-S支持自定义参数配置，为了让TFmini-S可以更灵活的解决现有问题，特开放用户自定义配置产品参数的功能。用户可通过发送相关指令来修改产品的原有参数，如输出数据格式、输出帧率等。配置指令通信约定如下：
<1>.多字节数据采用小端模式传输，即数据的低字节保存在数据帧的低地址中。比如十进制数1000对应十六进制为0x03E8，则在数据帧保存为0x5A 0x06 0x03 0xE8 0x03 0x4E
<2>.下行：由上位机下发至雷达的数据指令帧
<3>.上行：由雷达上传至上位机或其它终端的数据指令帧
帧定义如下图所示，所有配置指令均为16进制数（HEX）发送。

一般参数配置及说明如下：设置TFmini-S的相关参数时，请先将TFmini-S与PC建立连接，连接方式详情见：https://bbs.elecfans.com/jishu_1947053_1_1.html，通过TF上位机或者其他串口调试软件，给产品发送相关配置指令；客户也可以通过自己的串口工具发送相关指令。所有指令在UART及IIC模式下通用。注意：在发送完参数配置指令后，请务必发送“保存配置”指令，否则再次连接产品时，参数将重置。
一般参数配置指令列表如下图所示：

注意如下：黄色背景色‘SU’代表校验和
①、该配置项主要用于调整产品的输出频率。输出频率默认值为100Hz，支持自定义配置，可配置值满足1000/n（n为正整数）；随着频率提高，数据输出稳定性会降低。
②、须使用常用波特率（9600/14400/19200/56000/115200/460800/921600）。当输出帧率较高时，建议使用高波特率以确保数据传输稳定。
③、在发送完相关参数配置指令后，务必发送‘保存设置’指令，否则重新上电后设置将无法生效。
关于TF系列上位机使用说明
该上位机软件目前仅支持在windows系统下使用，适用于北醒光子科技有限公司的 TF系列产品，但仅限于按照串口通信协议输出的产品。***中的测试图像为例，如下图所示，可分为五大部分。

   ①、产品型号/串口控制区【SETTINGS】
   Product Type产品型号选择：在电脑端通过TTL-USB转接板连接相应的雷达型号，如图使用的是TFmini-S，选择TFmini即可。COM串口通信的端口，选择电脑端识别雷达相应的端口号。TF系列产品默认波特率为115200，上位机中默认使用该波特率进行连接。CONNECT/DISCONNECT：点击【CONNECT】按钮，建立与雷达的连接；当点击【DISCONNECT】按钮，断开连接。
   ②、功能区【FUNCTION】
   Pix Mode模式选择：如果是Pixhawk版本，勾选则开启PIX模式；取消勾选，恢复默认输出格式。注意：因Pix模式输出格式特殊，此时上位机统计的实时帧率不可信。
   Frame Rate更改帧率：点击下拉框，选择所需帧率，即时生效；可在【5】中有效点（Effective Points）处查看帧率变化。注意：因数据传输问题，实际帧率会与理论帧率存在一定差别。
   FREEZE/CLEAR暂停/取消按钮：点击【FREEZE】之后，可以使上位机暂停，便于分析【4】中的图像；点击【CLEAR】之后，会清除【4】内的绘图曲线，重新绘图。
Drawing/Pt数据总计平均：默认是10，即上位机每接收10个数据，把10个点的数值取平均后在【4】内绘制一个点。可按需修改（为防止上位机卡顿，数值最好≥10），输入数值后，通过键盘回车键使能。
Device Command串口指令发送区：可通过此窗口对TFmini-S进行16进制串口指令的发送，需要注意的是输入指令完成后点击回车键，然后再点击上方的【SEND】按钮。
③、数据录制区【DATA RECORDING】
Record数据录制栏：在文本窗口给要保存的数据命名，输入完毕后敲下回车键，通过【RECORD】按钮录取TF数据，数据会保存在命名的文本文件中，再次点击该按钮【FINISHED】，数据录制结束。
FOLDER打开文件夹：通过【FOLDER】打开数据保存的文件夹。
注意：当雷达输出帧率较高时，如1000Hz，因数据量较大上位机添加的时间戳存在不均匀现象。
④、数据图像显示区【TIME LINE CHART】
上位机根据接收到的数据绘制连续的测距图像，纵坐标表示当前测距，横坐标表示有效点计数。
   ⑤、实时数据显示区【REAL-TIME DATA】
   Dist测距值：默认单位cm
   Dist（Echo）：此项为TF03产品参数，TFmini-S默认为0
   Effective Points（per sec）：表示TF每秒刷新的有效数据
   Strength信号强度：在pix模式下，由于没有强度输入Strength默认为0
   以上上位机测试需注意使用环境及注意事项：
   使用环境：本上位机需求Windows操作系统Win7以上版本，同时PC须安装.Net Framework 4.5.2
   注意事项：请勿将输出帧率大于500Hz的产品直接与上位机连接，会导致上位机界面卡死。
【结束语】综上所述，该TFmini-S雷达传感器使用还是有许多注意事项的，使用IIC通信时采集频率达不到100Hz，但不管怎样，北醒传感器产品在很多行业都受到广泛应用，产品在使用中不断改善优化。此次分享就到这里，后续再评评各检测参数的对应关系。支持国产芯片，智能传感，从北醒开始！

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