TFA300 系列 用户手册

TFA300 系列用户手册

前言

本用户手册包含 TFA300 系列激光雷达的介绍、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。

联系方式官网地址：www.benewake.com 联系电话：400-880-9610 咨询技术问题，请联系：support@benewake.com 咨询销售事宜或索取介绍资料，请联系：bw@benewake.com

公司总部地址北醒（北京）光子科技有限公司北京市海淀区上地街道海国嘉业科技园 3 层

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免责声明 TFA300 系列产品不断改进中，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

激光雷达包含红外不可见激光点。红外激光：波长 905 nm； 根据 IEC 60825-1:2014; EN 60825-1:2014+A11:2021，该激光产品满足激光级别 1。

2. 安装与维护

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 905 nm 波长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。

本章主要介绍 TFA300 系列激光雷达产品的工作原理、规格参数、结构外观和视场角度。

工作原理

TFA300 系列是一款基于脉冲时间飞行法测距（dToF）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 APD 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。

脉冲时间飞行法测距原理

规格参数

性能参数
产品型号	TFA300	TFA300-L
测量范围①	270 m @ 90% 反射率，100 KLux 150 m @ 30% 反射率，100 KLux 90 m @ 10% 反射率，100 KLux	290 m @ 90% 反射率，100 KLux 170 m @ 30% 反射率，100 KLux 100 m @ 10% 反射率，100 KLux
盲区范围	≤ 0.1 m
测距精度②	± 10 cm (< 10 m)，1% (≥ 10 m)
重复精度②	＜ 3 cm @ 1σ
距离分辨率	1 cm
帧率	最高 10, 000 Hz（1 ~ 10, 000 Hz 可配置，默认 50 Hz）
抗环境光	100 KLux
光学性能
光源	EEL
中心波长	905 nm

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
平均功耗③	≤ 0.45 W
启动峰值电流③	< 0.75 A
供电电压	DC 5 V ± 10%
串口输出	3.3 V TTL
连接端子	JST GH 1.25 mm 6 PIN
工作温度	- 20 ℃ ~ + 60 ℃
存储温度	- 40 ℃ ~ + 80 ℃
防护等级	IP67	NA
典型尺寸④	49.4 mm x 37.0 mm x 28.6 mm	32.0 mm x 30.2 mm x 20.2 mm
典型重量④	34.5 g （不含尾线）	10.5 g
通信接口参数
通信接口	UART 和 CAN (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

注： 1. 光斑全部落在目标物上时测得； 2. 100 KLux，90%反射率目标，光斑全部落在目标物上时测得； 3. 50 Hz 帧率，25℃温度下测得； 4. 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。

结构外观

雷达整体外观如下：

TFA300 系列的视场角如下图所示，垂直视场角约为 0.1°，水平视场角约为 0.3°。

TFA300 系列视场角示意图 0.1°、0.3° 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，如果对光斑位置要求严格，建议使用红外相机确认实际光斑位置后再进行雷达安装固定。

本章主要介绍 TFA300 系列的机械安装和连接器信息。

机械安装

TFA300

TFA300 具备 IP67 级防水外壳建议将 TFA300 前窗口镜直接暴露于空气中使用，请勿额外增加透明外壳遮挡窗口镜，以免由于多次反射形成串扰影响测距性能。

TFA300-L

TFA300-L 为无外壳防护产品，请避免将产品直接暴露于雨雪、凝雾、潮湿、粉尘等可能对激光雷达光电结构产生影响的环境中，客户有义务根据使用场景做好必要的防护。

该产品有 4 个安装孔和 2 个定位孔可供使用，可供参考的安装方式如下图所示：

接暴露在雨雪、潮湿和大量灰尘的环境中。为更好的保护该产品，建议客户自行设计加装防护结构。在设计前窗口镜时请注意，建议尽可能让窗口镜和激光雷达前端外壳紧贴，不要留有过大缝隙，导致可能出现的光学串扰影响测距性能。

激光能量的损失对测距性能带来的影响。

连接器

TFA300 系列产品默认配备 JST GH GHR-06V-S 线到板带有锁扣功能的连接器，可以插入飞控板的 6 PIN UART 接口。如果需要更换其他端子或连接方式，请参考以下线序进行自行设计开发。

线缆颜色	定义
蓝色	UART_Rx
棕色	UART_Tx
白色	CAN_L
绿色	CAN_H
红色	VCC
黑色	GND

TFA300-L

连接器端子型号为 1.25 mm-7P，如下图所示：

引脚序号	定义
1	Rx
2	Tx
3	CAN_L
4	CAN_H
5	VCC
6	GND
7	Not used

TFA300 系列产品支持 UART 和 CAN 双通讯接口，可以根据需要选择连接对应的线缆和端子，然后通过指令切换激活对应的协议输出。雷达默认以 UART 协议输出。

UART 通讯

通信协议

要连接两个设备进行 UART 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。

TFA300 系列 UART 接口采用 UART-LVTTL 接口，输出电平为 LVTTL 电平（3.3 V），通信协议见下表： UART 通信协议详述

字符	值
波特率	115200
数据位	8
终止位	1
校验位	无

波特率可以设置为 9600, 14400, 19200, 38400, 56000, 57600, 115200, 128000, 230400, 256000, 460800, 500000, 512000, 600000, 750000, 921600。TFA300 系列的默认波特率为 115200。

数据帧

UART 接口下每个包含距离和信号强度的数据帧由 9 个字节的十六进制数组成。距离及信号强度均包含 2 字节并以小端模式排列。详见下表： 标准数据帧格式

数据位	0	1	2	3	4	5	6	7	8
描述	帧头	帧头	距离		信号强度		保留字节		校验和
典型值	0x59	0x59	Low byte	High byte	Low byte	High byte	0x00	0x00	Sum

其中，“信号强度”代表激光雷达接收到的反射回来的光信号的强弱，该数值大小与被探测物的反射率和距离有关，反射率越低、距离越远，信号强度数值一般会越小。过低的信号强度可能会影响测距精准度，甚至无法达

降低，建议根据实际应用需要，设置相应的信号强度阈值，辅助判断测距数据的指令。

高帧率数据帧格式

数据位	0	1	2	3	4	5
描述	帧头	帧头	距离		信号强度
典型值	0x20	0x20	Low byte	High byte	Low byte	High byte

注意：使用 UART 通讯时，如果需要雷达以超过 6000 Hz 的输出帧率，请使用指令切换至 6 字节的“高帧率数据帧格式”，并将波特率设置为 921600 以保证数据传输质量。

CAN 通讯

TFA300 系列 CAN 接口支持 DroneCAN 协议，如有需要，请参考使用自定义配置指令进行使能。

通信协议

TFA300 系列的 CAN 通信协议可根据客户的需求进行定制，CAN 波特率可修改，ID 可修改，帧格式可修改。

协议内容如下： TFA300 系列 CAN 接口通信协议

项目	值
波特率	1 M
接收 ID	标准帧 0x3，扩展帧 0x3
发送 ID	0x3
帧格式	发送帧默认为标准帧；接收帧支持标准帧和扩展帧

CAN 接口波特率设置仅支持常用波特率：1000kps、500kps、250kps 、125kps、100kps、50kps、20kps。

如果设置其他值，TFA300 系列会将其设置为 1000kps。

数据帧

CAN 版本的 TFA300 系列数据格式如下表所示，数据均为十六进制数，每帧数据共计六字节，数据包含实测距离信息及信号强度；其他位为保留位。

TFA300 系列 CAN 通信数据帧格式

数据位	0	1	2	3	4	5
描述	距离		信号强度		/	/
典型值	DIST_L	DIST_H	Strength_L	Strength_H	保留	保留

其中，“信号强度”代表激光雷达接收到的反射回来的光信号的强弱，该数值大小与被探测物的反射率和距离有关，反射率越低、距离越远，信号强度数值一般会越小。过低的信号强度可能会影响测距精准度，甚至无法达到测距要求的信噪比，表现出输出“超量程值”的现象。一般“信号强度”低于 40 时，测距数据可信度大大降低，建议根据实际应用需要，设置相应的信号强度阈值，辅助判断测距数据的指令。

注意：使用 CAN 通讯时，如果需要雷达以超过 6000 Hz 的输出帧率，请将波特率设置为 1 M 以保证数据传输质量。

CAN 组网

CAN 总线网络主要挂在 CAN_H 和 CAN_L，各个节点通过这两条线实现信号的串行差分传输，为了避免信号的反射和干扰，还需要在 CAN_H 和 CAN_L 之间接上 120 欧姆的终端电阻，TFA300 系列产品内置 120 欧姆终端电阻，默认为不使能，可以通过指令将位于组网两端的产品内置终端电阻使能，从而不必额外外接终端电阻。

自定义配置指令

协议描述

为了满足不同客户的需要，TFA300 系列支持工作参数自行设置。如数据格式、帧率等常用参数可以通过发送指令来改变。请根据本使用说明手册要求配置产品，请勿发送未声明的指令。

TFA300 系列指令协议格式

数据位	定义	描述
Byte 0	Header	固定为 0x5A
Byte 1	Len	整个指令帧的长度 (单位：Byte)
Byte 2	ID	标识每个指令的功能
Byte 3~Byte N-2	Payload	参数，在不同指令中有不同的含义和长度
Byte N-1	Check sum	Len-1 字节数据的低 8 位

常用配置指令

描述	下行	上行	说明	默认值
设置工作频率	5A 06 03 LL HH SU	原指令	LL：帧率低八位 HH：帧率高八位	50 Hz
配置传输类型协议	UART: 5A 05 45 01 A5 CAN: 5A 05 45 02 A6	5A 05 45 00 A4	保存设置，重启生效	UART
设置串口波特率	5A 08 06 H1 H2 H3 H4 SU	与上行相同		115200
设置 6 字节输出格式	5A 05 05 20 84	5A 05 05 20 84
设置 9 字节输出格式	5A 05 05 01 65	5A 05 05 01 65
CAN 发送 ID 配置	5A 08 50 H1 H2 H3 H4 SU	5A 05 50 00 AF	ID= (H4<<24)+(H3<<16)+(H2<< 8)+H1 CAN 接口下生效	0x03
CAN 接收 ID 配置	5A 08 51 H1 H2 H3 H4 SU	5A 05 51 00 B0	ID= (H4<<24)+(H3<<16)+(H2<< 8)+H1 CAN 接口下生效	0x03
CAN 波特率	5A 08 52 H1 H2 H3 H4 SU	5A 05 52 00 B1	Baud rate= (H4<<24)+(H3<<16)+(H2<<8)+H1	1M
CAN 帧类型设置	标准帧: 5A 05 5D 00 BC 扩展帧: 5A 05 5D 01 BD	5A 05 5D 00 BC		标准帧
CAN 扩展帧发送 ID 配置	5A 08 93 H1 H2 H3 H4 SU	5A 05 93 00 F2	ID=(H4<<24)+(H3<<16)+(H2<< 8)+H1 CAN 接口下生效	0x03
CAN 扩展帧接收 ID 配置	5A 08 94 H1 H2 H3 H4 SU	5A 05 94 00 F3	ID=(H4<<24)+(H3<<16)+(H2<< 8)+H1 CAN 接口下生效	0x03
设置 CAN 终端电阻开关	ON: 5A 05 91 01 F1 OFF: 5A 05 91 00 F0	5A 05 91 00 F0		关
DroneCAN 模式开关	ON: 5A 05 84 00 E3 OFF: 5A 05 84 01 E4	5A 05 84 00 E3		关

DroneCAN NODE ID 配置	5A 05 95 NUM SU	5A 05 95 00 F4	范围：1 ~ 127 (0x01 ~ 0x7F)	0x0D
超量程的输出值	5A 06 4F LL HH SU	5A 05 4F 00 AE	超量程值= (HH << 8) + LL，单位 cm	30000
偏移校准 offset	5A 06 69 LL HH SU	5A 05 69 00 C8	offset = (HH<<8) + LL，单位 cm	0
设置是否输出使能	ON: 5A 05 07 01 67 OFF: 5A 05 07 00 66	原指令		ON
单次触发指令	5A 04 04 62	无	输出使能 OFF 之后生效
保存当前设置	5A 04 11 6F	5A 05 11 00 70
恢复出厂设置	5A 04 10 6E	5A 05 10 01 70

注意：使用配置指令变更产品一个或多个参数后，请发送“保存当前设置”指令将变更的参数写入产品，否则重新上电之后参数将恢复至上次保存的值。

指令编辑

指令通道用于读取和更新一组选定的设备参数。 本节从一般的角度描述命令通道。命令通道可通过所有设备接口使用。根据每个接口提供的可能性，会有所不同。关于每个接口的章节描述了不同之处。通过指令将特定参数写入 TFA300 系列，请参照如下步骤生成相关命令： 1. 确认 ID 和指令长度 2. 将需要修改的参数转换为十六进制 3. 以小端方式将十六进制参数填入指令对应位置 4. 计算指令校验和（除尾帧外所有帧之和），取低八位之和填入指令最末位字节例如，将波特率改为 460800。首先，从指令协议列表中找到指令 ID 和长度。其次，把 460800 转换成十六进制，也就是 0x00 07 08 00。然后，将十六进制参数填入指令，如 5A 08 06 00 08 07 00 SUM。最后，计算指令的前 7 位字节之和，将和的低 8 位填入指令的最后一个字节，即 5A 08 06 00 08 07 00 77。