Дальномер Benewake LiDAR TFmini-S: инструкция, подключение и примеры использования

Используйте Benewake LiDAR TFmini-S для определения расстояния до объекта. Дальномер видит пространство от 0,1 до 12 метров вперёд, что позволяет его использовать в системах охраны периметра, управлении трафиком и умных парковках.

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформы из семейства Arduino.

На аппаратном уровне дальномер общается с управляющей электроникой по шине UART или I²C. Для коммуникации используйте библиотеку TFLidar, которая скрывает в себе все тонкости общения с модулем и облегчит написания кода программ.

В приведённых примерах будем использовать шину UART. Но в зависимости от конкретной модели Arduino, рассмотрим три случая коммуникации:

• SoftwareSerial
• HardwareSerial
• HardwareSerial Mega

SoftwareSerial — это программный UART, который позволяет имитировать Serial на других контактах платы. Это удобно когда на плате нет свободных аппаратных UART.

В качестве примера подключите дальномер к платформе Arduino Uno.

Для коммуникации используйте разъём на выходном проводе от сенсора совместно с соединительными проводами «папа-папа».

Для быстрой сборки и отладки устройства рекомендуем взять плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Arduino Uno методом бутерброда.

В качестве примера выведем в Serial-порт расстояние до объекта.

lidar-tfmini-s-example-arduino-basic-read-soft.ino

// Библиотека для работы с дальномерами
#include "TFLidar.h"
 
// Библиотека для работы программного Serial
#include <SoftwareSerial.h>
 
// Создаём объект для работы с программным Serial
// и передаём ему пины TX и RX
SoftwareSerial mySerial(10, 11);
 
// Serial-порт к которому подключён дальномер
#define LIDAR_SERIAL    mySerial
 
// Создаём объект класса TFLidar и передаём в него объект LIDAR_SERIAL 
TFLidar lidar;
 
// Переменная для хранения расстояния
int dist;
 
void setup() {
  // Открываем последовательный порт для мониторинга действий в программе
  // и передаём скорость 9600 бод
  Serial.begin(9600);
  // Ждём, пока не откроется монитор последовательного порта
  // для того, чтобы отследить все события в программе
  while (!Serial);
 
  Serial.print("Serial init OK\r\n");
  // Открываем Serial-соединение с дальномером на скорости 115200
  LIDAR_SERIAL.begin(115200);
  lidar.begin(&LIDAR_SERIAL);    
}
 
void loop() {
  // Вычисляем расстояние до объекта
  lidar.getData(dist);
  // Выводим данные в Serial-порт
  Serial.print( "Dist: ");
  Serial.print(dist);
  Serial.print(" cm");
  Serial.println();
  // Ждём 50 мс
  delay(50);  
}

HardwareSerial — это аппаратный UART, который предназначен для общения с модулями по одноименному интерфейсу.

В качестве примера подключите дальномер к платформе Arduino Leonardo.

Для коммуникации используйте разъём на выходном проводе от сенсора совместно с соединительными проводами «папа-папа».

Для быстрой сборки и отладки устройства рекомендуем взять плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Arduino Uno методом бутерброда.

В качестве примера выведем в Serial-порт расстояние до объекта.

lidar-tfmini-s-example-arduino-basic-read-hard.ino

// Библиотека для работы с дальномерами
#include "TFLidar.h"
 
// Serial-порт к которому подключён дальномер
#define LIDAR_SERIAL    Serial1
 
// Создаём объект класса TFLidar и передаём в него объект LIDAR_SERIAL 
TFLidar lidar;
 
// Переменная для хранения расстояния
int dist;
 
void setup() {
  // Открываем последовательный порт для мониторинга действий в программе
  // и передаём скорость 9600 бод
  Serial.begin(9600);
  // Ждём, пока не откроется монитор последовательного порта
  // для того, чтобы отследить все события в программе
  while (!Serial);
 
  Serial.print("Serial init OK\r\n");
  // Открываем Serial-соединение с дальномером на скорости 115200
  LIDAR_SERIAL.begin(115200);
  lidar.begin(&LIDAR_SERIAL);    
}
 
void loop() {
  // Вычисляем расстояние до объекта
  lidar.getData(dist);
  // Выводим данные в Serial-порт
  Serial.print( "Dist: ");
  Serial.print(dist);
  Serial.print(" cm");
  Serial.println();
  // Ждём 50 мс
  delay(50);  
}

HardwareSerial Mega — это всё тот же аппаратный UART, который предназначен для общения с модулями по одноименному интерфейсу. Разница лишь в том, что у платформ формата Mega их несколько и они выведены на отдельные пины.

В качестве примера подключите дальномер к платформе Arduino Leonardo.

Для коммуникации используйте разъём на выходном проводе от сенсора совместно с соединительными проводами «папа-папа».

Для быстрой сборки и отладки устройства рекомендуем взять плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Arduino Uno методом бутерброда.

В качестве примера выведем в Serial-порт расстояние до объекта.

lidar-tfmini-s-example-arduino-basic-read-hardmega.ino

// Библиотека для работы с дальномерами
#include "TFLidar.h"
 
// Serial-порт к которому подключён дальномер
#define LIDAR_SERIAL    Serial2
 
// Создаём объект класса TFLidar и передаём в него объект LIDAR_SERIAL 
TFLidar lidar;
 
// Переменная для хранения расстояния
int dist;
 
void setup() {
  // Открываем последовательный порт для мониторинга действий в программе
  // и передаём скорость 9600 бод
  Serial.begin(9600);
  // Ждём, пока не откроется монитор последовательного порта
  // для того, чтобы отследить все события в программе
  while (!Serial);
 
  Serial.print("Serial init OK\r\n");
  // Открываем Serial-соединение с дальномером на скорости 115200
  LIDAR_SERIAL.begin(115200);
  lidar.begin(&LIDAR_SERIAL);    
}
 
void loop() {
  // Вычисляем расстояние до объекта
  lidar.getData(dist);
  // Выводим данные в Serial-порт
  Serial.print( "Dist: ");
  Serial.print(dist);
  Serial.print(" cm");
  Serial.println();
  // Ждём 50 мс
  delay(50);  
}

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим одноплатные компьютеры из семейства Raspberry Pi.

На низком уровне дальномер общается с управляющей электроникой по шине UART или I²C. В приведённых примерах будем использовать шину UART. Рассмотрим два случая коммуникации:

• SoftwareSerial
• HardwareSerial

SoftwareSerial — это программный UART, который позволяет имитировать Serial на других контактах платы. Это удобно когда на плате нет свободных аппаратных UART.

В качестве примера подключите дальномер к платформе Raspberry Pi 4. Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka HAT, которая надевается сверху на малину методом бутерброда.

1. Заведите Raspberry Pi
2. Установите библиотеку pigpio:

   pip install pigpio

В качестве примера выведем в консоль расстояние до объекта. Для запуска скрипта приведенным ниже — запустите pigpio Daemon:

sudo pigpiod

После остановки скрипта — отключите pigpio Daemon:

sudo killall pigpiod

lidar-tfmini-s-example-raspberry-pi-basic-read-soft.py

# Подключаем необходимые библиотеки
import pigpio
import time
 
# Номера пинов RX и TX
RX = 6
TX = 5
 
# Настраиваем пины и программный Serial
pi = pigpio.pi()
pi.set_mode(RX, pigpio.INPUT)
pi.bb_serial_read_open(RX, 115200) 
 
# Функция считывания данных 
def getDistance():
    (count, data) = pi.bb_serial_read(RX)
    if count > 8:
      for i in range(0, count - 9):
        if data[i] == 89 and data[i + 1] == 89: 
          checksum = 0
          for j in range(0, 8):
            checksum = checksum + data[i + j]
          checksum = checksum % 256
          if checksum == data[i + 8]:
            distance = data[i + 2] + data[i + 3] * 256
            return distance
 
while True:
    # Считываем расстояние с датчика
    dist = getDistance()
    # Выводим данные в консоль
    print(dist, 'cm')
    # Ждём 100 мс
    time.sleep(0.1)

HardwareSerial — это аппаратный UART, который предназначен для общения с модулями по одноименному интерфейсу.

В качестве примера подключите дальномер к платформе Raspberry Pi 4. Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka HAT, которая надевается сверху на малину методом бутерброда.

1. Заведите Raspberry Pi
2. Включите mini UART:
   1. Откройте файл конфигурационный файл Raspbian OS:

      sudo nano /boot/config.txt

   2. В самом конце файла добавьте строку:

      enable_uart=1

   3. Сохраните файл сочетаем клавиш «Ctrl+X»
3. Перезагрузите Raspberry Pi:

   sudo reboot

В качестве примера выведем в консоль расстояние до объекта. Для запуска скрипта отключите консоль от mini UART:

sudo systemctl stop serial-getty@ttyS0.service

После остановки скрипта — подключите консоль к mini UART:

sudo systemctl start serial-getty@ttyS0.service

lidar-tfmini-s-example-raspberry-pi-basic-read-hard-mini-uart.py

# Подключаем необходимые библиотеки
import serial
import time
 
# Выбираем Serial / UART для общения с дальномером
ser = serial.Serial("/dev/ttyS0", 115200)
# Открываем Serial
if ser.is_open == False:
    ser.open()
 
# Функция считывания данных 
def getDistance():
    while True:
        count = ser.in_waiting
        if count > 8:
            data = ser.read(9)
            ser.reset_input_buffer()
            if data[0] == 89 and data[1] == 89: 
                checksum = 0
                for j in range(0, 8):
                    checksum = checksum + data[j]
                checksum = checksum % 256
                if checksum == data[8]:
                    distance = data[2] + data[3] * 256
                    return distance
 
while True:
    # Считываем расстояние с датчика
    dist = getDistance()
    # Выводим данные в консоль
    print(dist, 'cm')
    # Ждём 100 мс
    time.sleep(0.1)

На модуле расположен лазерный передатчик и светочувствительный приёмник.

• Передатчик (Transmiter) передаёт инфракрасное излучения в окружающее пространство.
• Приёмник (Receive) соответственно принимает отраженные волны от предметов окружающего мира.

Получив время, за которое вернулась отражённая волна, электронная схема дальномера определяет расстояние до объекта в поле зрения датчика.

Датчик подключается к управляющей электронике через выходной кабель с четырьмя проводниками:

• Модель: Benewake LiDAR TFmini-S
• Источник света: VCSEL (вертикально-излучающий лазерный диод)
• Фотобиологическая безопасность: лазерная аппаратура класса 1（ГОСТ IEC 60825-1-2013 / EN60825)
• Длина волны: 850 нм
• Диапазон измерений:
  • 0,1–12 м (при отражающей способности 90%)
  • 0,1–7 м (при отражающей способности 10%)
• Разрешающая способность: 1 см
• Эффективный угол наблюдения: 2,3°
• Макс. освещённость: 70000 люкс
• Частота сигнала: 100 Гц
• Интерфейс: UART / I²C
• Напряжение питания: 5 В
• Напряжение логических уровней: 3,3 В (толерантность к 5 В)
• Средний ток потребления: до 140 мА
• Пиковый ток потребления: до 200 мА
• Габариты: 42×15×16 мм
• Длина кабеля: 10 см
• Масса: 5 г

• Дальномер TFmini-S LiDAR в магазине
• Что такое лидар?
• Векторное изображение TFmini LiDAR.
• Библиотека для Arduino
• Datasheet на дальномер Benewake TFmini-S
• Product Manual на дальномер Benewake TFmini-S