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tf-uw500 User manual

TF-UW500 用户手册

TF-UW500 用户手册

前言

本用户手册包含 TF-UW500 激光雷达的介绍、使用和维护等内容。正式使用前请仔细阅读本

手册，使用过程请严格按照手册所述步骤执行，以避免产品损坏、财产损失、人身损害或/和违

反产品保修条款。如在使用过程中遇到无法解决的问题，请联系北醒工作人员协助解决。联系方式

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译。免责声明

TF-UW500 产品不断改进中，其规格参数会发生迭代变化，请以官网最新版本为准。

1 激光安全信息......................................................................................................................................................... 2 2 安装与维护............................................................................................................................................................. 2 3 产品概述................................................................................................................................................................. 3 3.1 工作原理.................................................................................................................................. 3 3.2 规格参数.................................................................................................................................. 4 3.3 结构外观.................................................................................................................................. 6 3.4 视场角...................................................................................................................................... 6 4 设备安装................................................................................................................................................................. 7 4.1 机械安装.................................................................................................................................. 7 4.2 连接器...................................................................................................................................... 8 5.1 串口通讯.................................................................................................................................. 9 5.2 I ² C 通信.................................................................................................................................. 10 5.3 自定义配置指令....................................................................................................................10

Parameter	Value
5.3.1 获取版本号 ID_GET_VERSION=0x01	.......................................................................................................11
5.3.2 系统软件复位 ID_SOFT_RESET=0x02	................................................................... 11
5.3.3 设置输出频率 ID_SAMPLE_FREQ=0x03	................................................................12
5.3.4 设置输出格式 ID_OUTPUT_FORMAT=0x05	.........................................................12
5.3.5 设置串口波特率 ID_BAUD_RATE=0x06	.................................................................13
5.3.6 输出开关 ID_OUTPUT_EN=0x07	............................................................................13
5.3.7 校验和开关 ID_FRAME_CHECKSUM_EN=0x08	...................................................14
5.3.8 通讯接口设置 ID_IF_PROTOCOL=0x0A	................................................................ 14
5.3.9 修改 I²C 从机地址 ID_I²C_SLAVE_ADDR=0x0B	................................................. 15
5.3.10 恢复出厂设置 ID_RESTORE_DEFAULT=0x10	....................................................15
5.3.11 保存用户设置 ID_SAVE_SETTINGS=0x11	.......................................................... 16
5.3.12 设置测距范围 ID_DIST_RANGE=0x3A	................................................................16

附录 I²C 寄存器列表............................................................................................................................................... 18

1 激光安全信息

该激光雷达包含红色可见激光点。根据 IEC 60825-1:2014 / EN 60825-1:2014+A11:2021，该激光产品满足激光级别 1。

注意!

如使用此处所列以外的操作设备或校准设备或采取其他操作方式，可能带来辐射危险。

2 安装与维护

注意！

该产品被归类为 1 类激光产品。当测距功能被激活时，激光雷达模块的激光发射器可能会发出激光辐射，因此激光雷达不应瞄准人类和动物，以确保安全。本产品是为外露镜头安装而设计和校准的，如果需要在镜头前添加保护窗，则需要确保使用高透射率和有抗反射涂层的材料。避免检测现场存在烟雾和雾气。避免冷凝。避免直接接触湿气和水。请勿使用粗糙的织物或脏毛巾或腐蚀性产品来清洁激光镜片。请勿使用高于规格要求的最大电源电压为产品供电。用压缩空气清洁激光镜片。需要时，只用柔软、干净的超细纤维布擦拭激光镜片。确保传感器安装稳固，以防止错误读数或损坏。只有经过培训和合格的人员才能安装、设置和维修激光雷达激光安全信息。

3 产品概述

本章主要介绍 TF-UW500 的工作原理、规格参数、结构外观和视场角度。 3.1 工作原理 TF-UW500 是一款基于脉冲时间飞行法测距（PToF）的传感器，发射端的激光器经过发射透镜准直发射出脉冲激光信号，经被测物体的反射，回波信号进入接收透镜，被接收端的探测器检测到。内部电路可计算发射与回波信号的时间差，根据光速即可计算被测物体与 LiDAR 之间的距离。

图 1 脉冲时间飞行法测距原理

3.2 规格参数

性能参数

Parameter	Value
产品型号	TF-UW500
水下测距范围	＞ 5 m （室内，NTU＜ 0.5，30%反射率，垂直入射）
盲区范围	≤ 0.1 m
测距精度 ①	＜ 3 cm （0.1 ~ 2m）
重复精度 ①	＜ 1 cm @ 1σ（0.1 ~ 2m）
距离分辨率	1 mm
帧率	默认 20 Hz
抗环境光	100 KLux

光学性能

Parameter	Value
光源	激光
中心波长	红色可见光
视场角	＜ 0.5°
激光等级	Class1 (IEC 60825-1:2014; EN 60825-1:2014+A11:2021)

机械电气参数

Parameter	Value
平均功耗 ②	＜ 5V × 100mA
启动峰值电流 ②	＜ 700mA
供电电压	DC 5±0.2 V
串口输出	3.3 V TTL
连接端子	1.0mm-4P，端子型号 HC-1.0-4PWT
工作温度	0 ℃ ~ + 50 ℃
存储温度	- 20 ℃ ~ + 70 ℃
防护等级	NA
典型尺寸 ③	24.0 mm × 16.0 mm × 20.4 mm
典型重量 ③	＜ 5 g （不含尾线）

通信接口参数

Parameter	Value
通信接口	UART / I 2 C （可通过指令切换）
波特率	默认 115200
数据位	8
停止位	1
奇偶校验位	None

外形尺寸图（单位：mm）

备注：

1. NTU< 0.5，水面照度 100KLux，30%反射率，垂直入射，雷达位于水下深度超过 1m 时测量；

2. 室内 0 Klux，25 ℃下测得，仅作参考，环境变化时参数有可能变化；

3. 重量、尺寸为典型值仅作参考，详细公差参数请咨询北醒技术人员。

3.3 结构外观雷达整体外观如下：

图 2 TF-UW500 外观示意图

3.4 视场角 TF-UW500 的视场角如下图所示，光斑形状呈长方形，任意方向发散角均小于 0.5°。

图 3 TF-UW500 视场角示意图

备注: 0.5 ° 是理论值。由于生产加工和安装误差，实际视场角与此理论值会存在一定偏差。

4 设备安装

本章主要介绍 TF-UW500 的机械安装和连接器信息。 4.1 机械安装 TF-UW500 有 2 个安装定位孔可供使用，如下图所示：

图 4 TF-UW500 安装孔位示意图

由于光学装配公差需要，请在圆形镜筒周围各个方向至少留出 1mm 的额外空间。

4.2 连接器连接器端子为 1.0mm-4P，端子型号 HC-1.0-4PWT，引脚定义如下图所示：

图 5 雷达连接器端子

表 2 端子引脚定义

Parameter	Value
序号	UART I 2 C
PIN 1	GND GND
PIN 2	VCC VCC
PIN 3	RX SDA
PIN 4	TX SCL

5 通信协议和数据格式

5.1 串口通讯要连接两个设备进行 TTL 通信，发射器的 TXD 应连接到接收器的 RXD ，接收器的 TXD 应连接到发射器的 RXD 。雷达不含电源开关，当给雷达供电后，数据会开始自动传输。

Parameter	Value
字符	值是否可配置
波特率 115200	可配置
数据位	8 不可配置
停止位	1 不可配置
奇偶校验	无不可配置

表 3 UART 通信协议

备注: 波特率可以设置为 9600, 14400, 19200, 38400, 56000, 57600, 115200, 128000, 230400, 256000, 460800, 500000, 512000, 600000, 750000, and 921600。TF-UW500 的默认波特率为 115200。串口输出格式：

Parameter	Value
字节 0 1 2	3 4 5 6 7 8
描述 0x59 0x59 Dist_L	Dist_H Peak_L Peak_H Temp Confidence Check_sum
Dist ：输出水下测距值，空气中需乘以	1.33 的系数，可以根据需要配置为以 mm 或 cm 为单

位输出，默认为 mm 。 Peak ：信号强度。一般情况下， Peak ≥ 200 时数据质量较好； 100 ＜ Peak ＜ 200 时数据重复精度开始降低； 30 ≤ Peak ≤ 100 时准度和重复精度差； Peak ＜ 30 时信号强度过低，低雷达输出 65535 。 Temp ：芯片温度℃。 Confidence ：置信度

5.2 I²C 通信 TF-UW500 启动为 I²C 通信模式，引脚 3 为时钟线 SDA ，引脚 4 为数据线 SCL ， TF- UW500 做为 I²C 从机，默认从机地址为 0x10，支持最高 400 kbps 的时钟频率。I²C 寄存器列表见附录 I²C 寄存器列表。注意：本文档中的 I²C 从机地址是 7-bit 的数值，可用范围是[0x08, 0x77]，十进制[8, 119]。I ²C 开始信号后发送的第一个字节，需要先将 7-bit 的地址左移一位（乘以 2），再补充最低位的读写标志。如 TF-UW500 的默认从机地址为 0x10，写操作地址为 0x20，读操作地址为 0x21。写寄存器时序： Start Slave Addr W Ack Register Addr Ack Data1 Ack … DataN Ack Stop 读寄存器时序： Start Slave Addr W Ack Register Addr Ack Stop

Start Slave Addr R Ack Data1 Ack … DataN Nack Stop

其中读寄存器时序中，主机可以不产生第一个 Stop 信号，直接产生第二个 Start 信号。最后一个 Nack 也可以是 Ack 信号。通过 I²C 写寄存器后，TF-UW500 需要一段时间进行处理才能生效，如果用户需要读回寄存器值进行验证，建议在写操作之后等待 100ms 再进行读操作。

5.3 自定义配置指令 TF-UW500 中的一些参数客户可以进行自定义配置，例如数据帧格式、帧率等，可以通过发送特定指令进行更改，所有参数在配置成功后均会保存在 Flash 中，重新上电时无须再次配置。

Parameter	Value
数据位定义	描述
Byte 0 帧头	固定为 0x5A
Byte 1 帧长度	指令帧总长度（包含 Head 和 Checksum，单位为字节）

Parameter	Value
Byte 2 帧	ID 代表不同功能指令的解析方式
Byte 3~Byte N-2 Payload	数据段，根据 ID 进行解析，数据为小端格式 Opt：非 1 读取；1，写入
Byte N-1 Check sum	对从 Head 到 Payload 的所有字节进行求和计算，取低 8 位

发送指令时请按照以下步骤：

1. 将参数值修改位十六进制

2. 将十六进制数值放入某指令中

3. 计算校验和，将低 8 位放入指令中例如，将波特率修改为 460800，首先将 460800 更改为 HEX（0x00 07 08 00）, 然后计算校验和为 0x77，可以得到如下指令-5A 08 06 00 08 07 00 77。配置参数时请遵循特定格式和规则，避免发送随机的指令。

5.3.1 获取版本号 ID_GET_VERSION=0x01 下行：字节 0 1 2 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Check_sum 上行：字节 0 1 2 3-5 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Version Check_sum Version ：例如，第 3、4、5 字节分别为 112、50、9，表示版本号 9.50.112。举例：指令 [5A 04 01 5F] 5.3.2 系统软件复位 ID_SOFT_RESET=0x02

下行：

字节 0 1 2 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Check_sum 上行：字节 0 1 2 3 Len-1

描述 Head(0x5A) Len ID Status Check_sum Status ： 0 ：成功，非 0 ：失败说明：被修改但未执行“保存当前设置”操作的配置项，将被复原到初始状态。举例：指令 [5A 04 02 60] 5.3.3 设置输出频率 ID_SAMPLE_FREQ=0x03

下行

Parameter	Value
字节 0	1 2 3~4 Len-1
描述 Head(0x5A)	Len ID FPS Check_sum
默认值	20

Freq ：雷达实际实现的工作频率。上行字节 0 1 2 3~4 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID FPS Check_sum Freq ：雷达实际实现的工作频率。举例：20Hz [5A 06 03 14 00 77] 5.3.4 设置输出格式 ID_OUTPUT_FORMAT=0x05

下行

Parameter	Value
字节 0	1 2 3 Len-1
描述 Head(0x5A)	Len ID Format Check_sum
默认值	0x01
Format ： 0x01 ： 9 字节	cm 输出， 0x06 ： 9 字节 mm 输出

上行字节 0 1 2 3 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Format Check_sum Format ：雷达实际配置成的输出格式。举例： 9 字节 mm 输出 [5A 05 05 06 6A]

5.3.5 设置串口波特率 ID_BAUD_RATE=0x06

下行

Parameter	Value
字节 0	1 2 3~6 Len-1
描述 Head(0x5A)	Len ID Baudrate Check_sum
默认值	115200

Baudrate ：雷达实际配置成的串口波特率。说明：可配置的波特率范围[9600,921600]，保存后生效。上行字节 0 1 2 3~6 7 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Baudrate Status 0: 成功 Check_sum

!0 ：失败

举例： 9600 [5A 08 06 80 25 00 00 0D] 19200 [5A 08 06 00 4B 00 00 B3] 38400 [5A 08 06 00 96 00 00 FE] 57600 [5A 08 06 00 E1 00 00 49] 115200 [5A 08 06 00 C2 01 00 2B] 230400 [5A 08 06 00 84 03 00 EF] 460800 [5A 08 06 00 08 07 00 77] 921600 [5A 08 06 00 10 0E 00 86] 5.3.6 输出开关 ID_OUTPUT_EN=0x07

下行

Parameter	Value
字节 0	1 2 3 Len-1
描述 Head(0x5A)	Len ID Enable Check_sum
默认值	1
Enable ： 0 ：输出不使能，	1 ：输出使能

上行字节 0 1 2 3 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Enable Check_sum 举例：使能输出 [5A 05 07 01 67] 关闭输出 [5A 05 07 00 66] 5.3.7 校验和开关 ID_FRAME_CHECKSUM_EN=0x08

下行

Parameter	Value
字节 0	1 2 3 Len-1
描述 Head(0x5A)	Len ID Enable Check_sum
默认值	0
Enable ： 0 ：校验和不使能，	1 ：校验和使能

说明：校验和不使能时，雷达不对下行数据帧的校验和做检查，上行数据帧中仍包含正确的校验和字节。上行字节 0 1 2 3 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Enable Check_sum 举例：开启校验和 [5A 05 08 01 68] 关闭校验和 [5A 05 08 00 67] 5.3.8 通讯接口设置 ID_IF_PROTOCOL=0x0A

下行

Parameter	Value
字节 0	1 2 3 4 Len-1
描述 Head(0x5A)	Len ID Opt If_protocol Check_sum
默认值	!1

Opt ：!1 ：读取， 1 ：写入

If_protocol ：!1 ：串口， 1 ： I ² C 上行字节 0 1 2 3 4 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Status 0: 成功 If_protocol Check_sum

!0 ：失败

举例：修改为 I²C [5A 06 0A 01 01 6C] 说明：保存后生效 5.3.9 修改 I²C 从机地址 ID_I²C_SLAVE_ADDR=0x0B

下行

Parameter	Value
字节 0 1	2 3 4 Len-1
描述 Head(0x5A) Len	ID Opt I ² C_slave_addr Check_sum
默认值	0x10

Opt ：!1 ：读取， 1 ：写入 I ² C_slave_addr ：范围 [0x08, 0x77] ；上行字节 0 1 2 3 4 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Status 0: 成功 I ² C_slave_addr Check_sum

!0 ：失败

举例：修改为 0x20 [5A 05 0B 01 20 8B] 5.3.10 恢复出厂设置 ID_RESTORE_DEFAULT=0x10

下行

字节 0 1 2 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Check_sum

上行

Parameter	Value
字节 0	1 2 3 Len-1
描述 Head(0x5A)	Len ID Status Check_sum
Status ： 0 ：成功，非	0 ：失败

举例：指令 [5A 04 10 6E] 5.3.11 保存用户设置 ID_SAVE_SETTINGS=0x11

下行字节 0 1 2 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Check_sum

上行

Parameter	Value
字节 0	1 2 3 Len-1
描述 Head(0x5A)	Len ID Status Check_sum
Status ： 0 ：成功，非	0 ：失败

举例：指令 [5A 04 11 6F] 5.3.12 设置测距范围 ID_DIST_RANGE=0x3A

下行

Parameter	Value
字节 0 1	2 3 4-5 6-7 Len-1
描述 Head(0x5A) Len	ID Opt Min_dist Max_dist Check_sum
默认值	0 65535

Opt ：!1 ：读取， 1 ：写入 Min_dist ：输出的最小距离值，单位 mm Max_dist ：输出的最大距离值，单位 mm 上行字节 0 1 2 3 4-5 6-7 Len-1 描述 Head(0x5A) Len ID Status Dist_min Dist_max Check_sum

Status ： 0 ：成功，非 0 ：失败举例：最小输出距离 200mm，最大输出距离 5000mm [5A 09 3A 01 C8 00 88 13 01]

注意请勿发送上述没有的指令。

附录 I²C 寄存器列表

Parameter	Value
Address R/W Name	Initial Value Description
0x00 R DIST_LOW	-- cm 为单位输出测距值
0x01 R DIST_HIGH	--
0x3C R DIST_LOW	-- mm 为单位输出测距值
0x3D R DIST_HIGH	--
0x02 R PEAK_LOW	--
0x03 R PEAK _HIGH	--
0x04 R TEMP_LOW	-- 0.01 摄氏度
0x05 R TEMP_HIGH	--
0x0A R VERSION_REVISION	-- 修订版本
0x0B R VERSION_MINOR	-- 次版本
0x0C R VERSION_MAJOR	-- 主版本
0x10-0x1D R SN	-- 生产编码， 0x10 存放第一个字节 ASCII 码， 14 字节，
0x1E W/R IF_PROTOCOL	0x00 0x00: 0x01: I 2 串口模式 C 模式

保存重启后生效

Parameter	Value
0x20 W SAVE	-- 写 0x01: 保存当前寄存器值
0x21 W SHUTDOWN/REBOOT	-- 写 0x02: 重启
0x22 W/R SLAVE_ADDR	0x10 范围 : [0x08, 0x77]

tf-uw500 User manual

图 1 脉冲时间飞行法测距原理

性能参数

光学性能

机械电气参数

通信接口参数

外形尺寸图（单位：mm）

图 5 雷达连接器端子

表 2 端子引脚定义

附录 I²C 寄存器列表

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