物聯網系統中為什么要使用單點TOF激光雷達

物聯網系統中使用單點TOF（Time of Flight，飛行時間）激光雷達的原因主要基于其獨特的優勢和應用場景的需求。以下是詳細的解釋：

單點TOF激光雷達的優勢

高精度測距：

TOF激光雷達通過測量光脈沖往返目標的時間來計算距離，這種方法能夠提供高精度的距離數據。在物聯網系統中，精確的距離測量是許多應用的基礎，如自動導航、環境建模和路徑規劃等。

抗干擾能力強：

由于使用主動光源，TOF激光雷達在光源不傷害人眼的情況下，抗干擾能力相對較強。這意味著它可以在復雜的環境中穩定工作，減少因外部干擾而導致的誤差。

成本相對較低：

相比于其他類型的激光雷達，如相干探測激光雷達，TOF激光雷達的系統構建相對簡單，因此成本也相對較低。這對于大規模部署在物聯網系統中的設備來說是一個重要的考慮因素。

探測距離靈活：

TOF激光雷達的探測距離可以根據需求進行調節，通過調整光源的強度或接收器的靈敏度，可以實現從短距離到中長距離的不同探測需求。

物聯網系統中的應用需求

環境感知：

物聯網系統需要實時感知周圍環境的變化，包括障礙物的位置、形狀和大小等。單點TOF激光雷達能夠提供精確的距離信息，幫助系統構建環境的三維模型，從而實現精準的環境感知。

自主導航：

在自動駕駛、機器人等領域，自主導航是物聯網系統的重要功能之一。單點TOF激光雷達可以通過測量與周圍物體的距離，為系統提供導航所需的精確位置信息，幫助系統實現自主避障和路徑規劃。

安全監控：

在安全監控領域，物聯網系統需要實時監測特定區域的安全狀況。單點TOF激光雷達可以部署在關鍵位置，通過測量與周圍物體的距離變化來檢測潛在的入侵行為或異常情況。

工業測量：

在工業自動化領域，用于精確測量物體的位置和尺寸。

綜上所述，物聯網系統中使用單點TOF激光雷達的原因在于其高精度測距、抗干擾能力強、成本相對較低以及探測距離靈活等優勢。這些優勢使得單點TOF激光雷達成為物聯網系統中實現環境感知、自主導航和安全監控等功能的重要工具。同時，隨著技術的不斷進步和成本的進一步降低，單點TOF激光雷達在物聯網系統中的應用前景將更加廣闊。

本文會再為大家詳解激光雷達家族中的一員——單點TOF激光雷達。

激光雷達介紹

激光雷達最基本的工作原理與無線電雷達沒有區別，即由雷達發射系統發送一個信號,打到被測目標物上，引起散射，經目標反射后被接收系統收集，通過測量反射光的運行時間而確定目標的距離。

至于目標的徑向速度，可以由反射光的多普勒頻移來確定，也可以測量兩個或多個距離，并計算其變化率而求得速度，這也是直接探測型雷達的基本工作原理。激光雷達的作用就是精確測量目標的位置（距離與角度）、形狀（大小）及狀態（速度、姿態），從而達到探測、識別、跟蹤目標的目的。激光雷達是一種雷達系統，是一種主動傳感器，所形成的數據是點云形式。其工作光譜段在紅外到紫外之間，主要發射機、接收機、測量控制和電源組成。

如今,激光雷達已被廣泛應用于機器人、無人駕駛、AR/VR、3D打印等多個領域,根據應用領域的不同,激光雷達的類型也存在一定差異,機器人是目前激光雷達應用最為火熱的領域之一。

激光雷達測距原理

1、三角測距原理

三角測距原理如上圖：

這樣就可得到物體到激光發射器的距離 d dd 了，激光雷達將這樣的發射器和接收器組裝在一起，經過機械旋轉360°即可得到一周障礙物的距離。

2、TOF測距原理

由三角測距的計算公式不難發現，當距離 d dd 很大時，每變化 δ d delta dδd 引起的 x xx 變化很小，導致精度下降，這就限制了測量范圍。

而TOF（Time of flight）原理克服了測量距離這一難點，并且提高了精度：

TOF原理十分簡單，就是利用光速測距。首先激光發射器發射激光脈沖，計時器記錄發射時間；脈沖經物體反射后由接收器接受，計時器記錄接受時間；時間差乘上光速即得到距離的兩倍。

TOF原理看似簡單，但是實現起來確有很多難點：

計時問題：由于光速過快，測量時間會變得很短。據網上數據得：1cm的測量距離對應65ps的時間跨度。這需要計時器的精確度很高。

脈沖問題：發射器需要發射高質量的脈沖光，接收器接受脈沖光的時候需要盡量保持信號不失真。

對于同一距離的物體測距時，得到的回波信號可能不一樣，如下圖的黑白紙，這就需要特殊的處理方式來處理。但總的來說TOF原理的精度遠遠超過三角測距，只是由于諸多難點導致成本略高。像大一立項時因為沒錢，所以用的三角測距的思嵐A1，精度不是很高。而ROBOCON戰隊里的sick激光雷達就是TOF原理，精度非常高，貴是有道理的。

單點激光雷達是基于TOF即時間飛行法，采用相位法實現測距功能。產品發出經調制的近紅外光，遇物體后反射，單點激光雷達通過計算調制紅外光的發射、反射后產生的相位差，來換算與被測目標物體之間的距離，以產生深度信息。

單點激光雷達具有IP65高防塵防水等級，抗強光干擾。它體積小，操作簡單，能精準探測快速移動車輛，準確性高達99%。單點激光雷達無需具備2D激光雷達的二次開發能力，內置獨立算法可同時測出車速、車長、車寬、車高等多項數據，成本較低，后期維修簡單，整體性價比非常高。

tof激光雷達原理

單點TOF激光雷達選型參數

單點TOF激光雷達的選型參數通常包括以下幾個方面：

測量范圍：這是激光雷達能夠測量的最大和最小距離。例如，某些型號可能具有20米至180米不等的測量范圍。

測量精度：指激光雷達測量距離的準確度，通常以厘米為單位表示，如±3cm或±5cm。

測量頻率：即激光雷達每秒能夠進行的測量次數，這決定了其響應速度和數據處理能力。常見的測量頻率范圍從幾百Hz到幾千Hz不等。

抗環境光能力：表示激光雷達在強光環境下的工作能力，通常以Klux為單位表示，如100Klux。

激光束發散角和接收視場角：這兩個參數影響激光雷達的探測范圍和精度。發散角越小，激光束越集中；接收視場角越大，激光雷達能夠接收到的反射光范圍越廣。

激光波長：常見的激光波長有850nm和905nm等，不同波長的激光在穿透力和反射特性上有所不同。

防護等級：表示激光雷達的防塵防水能力，如IP65等級表示設備能夠防止灰塵進入并具有一定的防水能力。

供電電壓和功耗：這些參數決定了激光雷達的能源需求和續航能力。

通信接口：包括LVTTL、TTL、IIC、RS232、RS485等多種類型，用于與控制系統進行數據交換。

單點TOF激光雷達使用注意事項

環境評估：在使用前評估環境的光照和氣象狀況，確保激光雷達能夠在正常條件下工作。

避免遮擋：盡量選擇開闊的測量位置，減少高墻、大樹等遮擋物的干擾。

目標識別：確保正確識別目標，并根據目標表面特性選擇合適的測量模式。

固定角度：保持激光雷達與目標之間的固定角度，避免角度變化過大導致測距誤差增大。

安全使用：激光雷達發出的激光束可能對眼睛和皮膚造成傷害，因此在使用時應佩戴適當的防護裝備。

單點TOF激光雷達優缺點

優點：

高精度：能夠實現亞毫米級的測量精度。

高速度：能夠以很高的速率進行測量，適用于高速移動物體的測距。

大測量范圍：測量范圍通常較大，適用于不同距離范圍內的測量需求。

抗干擾能力強：對光照、顏色和表面反射性質的影響較小。

構造簡單：由較少的光學和電子元件組成，易于制造和集成。

缺點：

成本較高：相對于其他測距技術，單點TOF激光雷達的成本較高。

受多路徑干擾影響：當光脈沖與目標物體的反射光同時經過多個路徑到達傳感器時，會影響測量精度。

功耗較大：在進行高速測量時需要較大的能量消耗。

視場較小：只能測量單個點的距離，不能提供目標物體的三維形狀信息。

單點TOF激光雷達廠商

目前市場上有多家生產單點TOF激光雷達的廠商，如杭州光珀智能科技有限公司、氪見（南京）科技有限公司、蘇州鐳智傳感科技有限公司等。這些廠商在激光雷達領域具有豐富的技術積累和產品研發經驗，能夠提供高質量的單點TOF激光雷達產品。請注意，以上列舉的廠商僅供參考，具體選擇時還需根據實際需求進行評估和比較。

供應商A：北醒（北京）光子科技

1、產品能力

（1）主推型號1：TFmini-I2C-01 A02

對應的產品詳情介紹

產品功能

TFmini-I2C 是一款小型激光雷達模組。主要實現實時、無接觸式的距離測量功能，具有測量準

確、穩定、高速的特點。

測距原理

TFmini-I2C 基于 TOF（Time of Flight）即飛行時間原理。具體為產品周期性的向外發出近紅外

光調制波，調制波遇物體后反射。產品通過測量調制波往返相位差，得到飛行時間，再計算出產品

與被測目標之間的相對距離，如圖 1 所示。

關鍵特性參數

參數名稱 參數值

測距范圍 0.3m~12m①

測量準確度 ±6cm@（0.3-6m）② ±1%@（6m-12m）

默認距離單位 cm

距離分辨力 1cm

接收半角 1.15°

發射半角 1.5°

測量頻率 100H

2、支撐

（1）技術產品

技術資料

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審核編輯 黃宇