YDLIDAR GS2 DEVELOPMENT 线阵固体激光雷达传感器
工作机制
模式
YDLIDAR GS2（以下简称GS2）系统有3种工作模式：空闲模式、扫描模式、停止模式。
- 空闲模式： GS2 开机时，默认模式为空闲模式。 在空闲模式下，GS2 的测距单元不工作，激光也不亮。
- 扫描方式： 当 GS2 处于扫描模式时，测距单元打开激光。 当 GS2 开始工作时，它会持续发出amp对外界环境进行采样，经过后台处理后实时输出。
- 停止模式： 当GS2运行出现错误时，如扫描仪开启、激光关闭、电机不转等，GS2会自动关闭测距单元并反馈错误代码。
测量原理
GS2 是一种短程固态激光雷达，范围为 25-300 毫米。 它主要由一个线激光器和一个摄像头组成。 单线激光器发出激光后，被摄像头捕捉到。 根据激光器和摄像头的固定结构，结合三角测距原理，我们可以计算出物体到GS2的距离。 根据相机的标定参数，可知被测物体在激光雷达坐标系中的角度值。 由此，我们获得了被测对象的完整测量数据。
O点为坐标原点，紫色区域为角度 view 右侧相机的角度，橙色区域是 view 左边的相机。
以mod标点为坐标原点，前方为坐标系0度方向，角度顺时针递增。 输出点云时，数据（S1~S160）的顺序为L1~L80，R1~R80。 SDK计算出来的角度和距离都是在坐标系中顺时针表示的。
系统通讯
通讯机制
GS2 通过串行端口与外部设备通信命令和数据。 当外部设备向GS2发送系统命令时，GS2解析系统命令并返回相应的回复信息。 GS2根据指令内容切换相应的工作状态。 外部系统可以根据消息的内容解析消息并获取响应数据。
系统命令
外部系统可以通过发送相关的系统命令来设置GS2相应的工作状态，发送相应的数据。 GS2下发的系统命令如下：
图 1 YDLIDAR GS2 系统命令
| 系统命令 | 描述 | 模式切换 | 应答模式 |
| 0×60 | 获取设备地址 | 停止模式 | 单一回应 |
| 0×61 | 获取设备参数 | 停止模式 | 单一回应 |
| 0×62 | 获取版本信息 | 停止模式 | 单一回应 |
| 0×63 | 开始扫描并输出点云数据 | 扫描模式 | 持续响应 |
| 0x64 | 停止设备，停止扫描 | 停止模式 | 单一回应 |
| 0x67 | 软重启 | / | 单一回应 |
| 0×68 | 设置串口波特率 | 停止模式 | 单一回应 |
| 0×69 | 设置边缘模式（抗噪模式） | 停止模式 | 单一回应 |
系统消息
系统消息是系统根据接收到的系统命令反馈的响应消息。 根据不同的系统命令，系统消息的回复方式和回复内容也不同。 响应模式有无响应、单次响应、连续响应三种。
无响应表示系统没有返回任何消息。 单次回复表示系统消息长度有限，一次回复结束。 当系统与多台GS2设备级联时，部分命令会连续收到多台GS2设备的响应。 连续响应是指系统的报文长度是无限的，需要连续发送数据，比如进入扫描模式时。
单响应、多响应和连续响应消息使用相同的数据协议。 协议内容为：包头、设备地址、包类型、数据长度、数据段和校验码，通过串口十六进制输出。
图 2 YDLIDAR GS2 系统消息数据协议示意图
| 包头 | 设备地址 | 数据包类型 | 响应长度 | 数据段 | 检查代码 |
| 4 字节 | 1 字节 | 1 字节 | 2 字节 | N 字节 | 1 字节 |
字节偏移量
- 包头： GS2 的消息包标头标记为 0xA5A5A5A5。
- 设备地址： GS2设备地址，根据级联数分为：0x01、0x02、0x04；
- 数据包类型： 系统命令类型见表1。
- 响应长度： 表示响应的长度
- 数据段： 不同的系统命令响应不同的数据内容，其数据协议也不同。
- 检查代码： 检查代码。
笔记： GS2数据通信采用小端模式，低位在前。
数据协议
获取设备地址命令
当外部设备向GS2发送该命令时，GS2返回一个设备地址包，报文为：
级联时，如果串接N个设备（最多支持3个），则返回0x01、0x02、0x04处的N个应答，分别对应1-3个模块。
定义： 模块1的地址为0x01，模块2的地址为0x02，模块3的地址为0x04。
获取版本信息命令
当外部设备向 GS2 发送扫描命令时，GS2 返回其版本信息。 回复信息是：
在级联的情况下，如果串联了 N（最多 3）台设备，则该命令将返回 N 条响应，其中地址为最后一台设备的地址。
版本号是3字节长，SN号是16字节长。
获取设备参数命令
当外部设备向GS2发送该命令时，GS2会返回其设备参数，报文为：
级联时，如果串接N个设备（最多支持3个），命令返回N个应答，对应每个设备的参数。
协议接收到的K和B是uint16类型，需要转成float类型再除以10000代入计算函数。
- d_compensateK0 = (浮动)K0/10000.0f；
- d_compensateB0 = (浮动)B0/10000.0f；
- d_compensateK1 = (浮动)K1/10000.0f；
- d_compensateB1 = (浮动)B1/10000.0f；
bias是int8类型，代入计算函数前需要转成float类型除以10。
- bias = (float)偏差/10；
命令
扫描指令
当外部设备向GS2发送扫描命令时，GS2进入扫描模式并不断反馈点云数据。 消息是：命令发送：（发送地址0x00，级联与否，将启动所有设备）
命令收到： （在级联情况下，该命令只返回一个响应，地址为最大地址，例如ample：3号设备级联，地址为0x04。）
数据段为系统扫描得到的点云数据，按照如下数据结构，以十六进制形式通过串口发送给外接设备。 整个数据包的数据长度为322 Bytes，包括2 Bytes环境数据和160个测距点（S1-S160），每个2 Bytes，高7位为强度数据，低9位为距离数据. 单位是毫米。
停止命令
当系统处于扫描状态时，GS2一直在向外界发送点云数据。 此时要禁用扫描，发送此命令停止扫描。 发送停止命令后，模块会回复响应命令，系统立即进入待机休眠状态。 此时设备的测距单元处于低功耗模式，激光器关闭。
- 命令发送： （发送地址0x00，无论是否级联，所有设备都会关闭）。
在级联的情况下，如果串联了N（最多3个）设备，该命令只会返回一个响应，其中地址为最后一个设备的地址，例如ample：如果3台设备级联，地址为0x04。
设置波特率命令
当外部设备向GS2发送该命令时，可以设置GS2的输出波特率。
- 命令发送： （发送地址0x00，只支持设置所有级联设备波特率相同），报文为：
其中数据段为波特率参数，包括四种波特率（bps），分别为：230400、512000、921600、1500000对应code 0-3（注意：三模块串口必须≥921600，默认为 921600）。
在级联的情况下，如果串联N台（最多支持3台）设备，则该命令将返回N个响应，对应每个设备的参数，地址分别为：0x01、0x02、0x04。
- 设置好波特率后，需要软重启设备。
设置边缘模式（强抗干扰模式）
当外部设备向GS2发送该命令时，可以设置GS2的抗干扰模式。
- 命令发送：（发送地址，级联地址），报文为：
命令接收
Address为级联链路中需要配置的模块地址。 Mode=0对应标准模式，Mode=1对应边缘模式（插座朝上），Mode=2对应边缘模式（插座朝下）。 边缘模式下，激光雷达固定输出10HZ，增强对环境光的过滤效果。 Mode=0XFF表示读取，激光雷达会回到当前模式。 激光雷达默认工作在标准模式。
- 设置模块 1： 地址=0x01
- 设置模块 2： 地址=0x02
- 设置模块 3： 地址=0x04
系统重置命令
当外部设备向GS2发送此命令时，GS2将进入软重启，系统将复位并重启。
命令发送：（发送地址，只能是准确的拼接地址：0x01/0x02/0x04）
Address为级联链路中需要配置的模块地址。
- 重置模块 1： 地址=0x01
- 重置模块 2： 地址=0x02
- 重置模块 3： 地址=0x04
数据分析
图 3 数据结构说明
| 内容 | 姓名 | 描述 |
| K0(2B) | 设备参数 | (uint16) 左摄像头角度参数k0系数（见3.3节） |
| B0(2B) | 设备参数 | (uint16) 左摄像头角度参数k0系数（见3.3节） |
| K1(2B) | 设备参数 | (uint16) 右摄像头角度参数k1系数（见3.3节） |
| B1(2B) | 设备参数 | (uint16) 右摄像头角度参数b1系数（见3.3节） |
| 比亚斯 | 设备参数 | (int8) 当前相机角度参数偏置系数（见3.3节） |
| 环境（2B） | 环境数据 | 环境光强度 |
| 硅(2B) | 测距数据 | 低9位为距离，高7位为强度值 |
- 距离分析
距离计算公式： 距离 = (_ ≪ 8|_) &0x01ff，单位为毫米。
强度计算： 质量 = _ ≫ 1 - 角度分析
以激光发射方向为传感器正面，以激光圆心在PCB平面上的投影为坐标原点，以PCB平面法线为坐标系建立极坐标系0 度方向。 按照顺时针方向，角度逐渐增加。
要将激光雷达传输的原始数据转换到上图中的坐标系中，需要进行一系列的计算。 转换函数如下（详见SDK）：
检查代码分析
校验码采用单字节累加方式对当前数据包进行校验。 四字节包头和校验码本身不参与校验操作。 校验码解算公式为： 
- 校验和 = ADD1()
- = 1,2, … ,
ADD1是累加公式，表示累加元素中从下标1到末尾的数。
在线升级
升级工作流程
发送协议
图 4 OTA 数据协议格式（小端）
| 范围 | 长度（字节） | 描述 |
| 包头 | 4 | 数据包头，固定为A5A5A5A5 |
| 设备地址 | 1 | 指定设备地址 |
| 包ID | 1 | 数据包ID（数据类型） |
| 数据长度 | 2 | 数据段的数据长度，0-82 |
| 数据 | n | 数据，n = Data_Len |
| 校验和 | 1 | Checksum，去掉header后剩余字节的校验和 |
图 5 OTA 升级说明
| 指令类型 | 包ID | 描述 |
| 开始_IAP | 0x0A | 上电后发送此命令启动IAP |
| 正在运行_IAP | 0x0B | 运行 IAP，传输数据包 |
| 完成_IAP | 0x0C | 内购结束 |
| ACK_IAP | 0x20 | 内购回复 |
| 重置系统 | 0x67 | 在指定地址复位并重启模块 |
Start_IAP指令
命令发送
- 数据段数据格式：
- 数据[0~1]： 默认为0x00；
- 数据[2~17]： 是固定字符验证码：
- 0x73 0x74 0x61 0x72 0x74 0x20 0x64 0x6F 0x77 0x6E 0x6C 0x6F 0x61 0x64 0x00 0x00
- 参考发送消息
- A5 A5 A5 A5 01 0A 12 00 00 00 73 74 61 72 74 20 64 6F 77 6E 6C 6F 61 64 00 00 C3
命令接收： 由于FLASH扇区操作，返回延时较长，波动在80ms到700ms之间）
接收数据格式
- 地址： 模块地址；
- 确认： 默认为0x20，表示该数据包为确认包； Data[0~1]：默认为0x00；
- 资料[2]： 0x0A表示响应命令为0x0A；
- 资料[3]： 0x01表示正常接收，0表示接收异常；
- 领取参考：
A5 A5 A5 A5 01 20 04 00 00 00 0A 01 30
Running_IAP指令
命令发送
固件在升级过程中会被拆分，数据段（Data）的前两个字节表示该段数据相对于固件第一个字节的偏移量。
- 数据[0~1]：Package_Shift = 数据[0]+ 数据[1]*256；
- 数据[2]~数据[17]： 是固定字符串验证码：
- 0x64 0x6F 0x77 0x6E 0x6C 0x6F 0x61 0x64 0x69 0x6E 0x67 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 Data[18]~Data[81]: 固件数据；
- 参考发送消息
- A5 A5 A5 A5 01 0B 52 00 00 00 64 6F 77 6E 6C 6F 61 64 69 6E 67 00 00 00 00 00 +
(数据[18]~数据[81]) + Check_Sum
命令接收
- 地址：我s 模块地址；
- 确认： 默认为0x20，表示该数据包为确认包；
数据[0~1] : Package_Shift = Data[0]+ Data[1]*256 表示响应的固件数据偏移量。 建议在升级过程中检测响应时判断offset作为一种保护机制。
- Data[2]=0x0B表示响应命令为0x0B；
- Data[3]=0x01表示正常接收，0表示接收异常；
参考接收
A5 A5 A5 A5 01 20 04 00 00 00 0B 01 31
Complete_IAP 指令
命令发送
- 数据[0~1]： 默认为0x00；
- 数据[2]~数据[17]： 是固定字符串验证码：
0x63 0x6F 0x6D 0x70 0x6C 0x65 0x74 0x65 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00
数据[18]~数据[21]： 加密标志，uint32_t类型，加密固件为1，非加密固件为0；
参考发送消息：
A5 A5 A5 A5 01 0C 16 00 00 00 63 6F 6D 70 6C 65 74 65 00 00 00 00 00 00 00 00 + (uint32_t 加密标志) + Check_Sum
命令接收
- 接收数据格式：
- 地址： 是模块地址；
- 确认： 默认为0x20，表示该数据包为确认包；
- 数据[0~1]： 默认为0x00；
- 资料[2]： 0x0C表示响应命令为0x0C；
- 资料[3]： 0x01表示正常接收，0表示接收异常；
- 参考收到的消息：
A5 A5 A5 A5 01 20 04 00 00 00 0C 01 32
RESET_SYSTEM 指令
详见章节 3.8 系统复位命令。
问答
- Q：发送复位命令后如何判断复位成功？ 是否需要延迟？
- A: 可以根据reset命令的响应包来判断是否执行成功； 建议在收到响应后增加500ms的延时，再进行后续操作。
- Q：模块4复位后收到一些不符合协议的串口数据，如何处理？
- A: 模块上电日志是一串带4个0x3E头的ASCII数据，不影响正常解析带4个0xA5头的数据，可以忽略。 由于物理链路原因，无法接收到1号和2号模块的日志。
- Q：升级过程断电重启中断怎么处理？
- A: 重新发送 Start_IAP 命令重新升级。
- Q：级联状态下升级功能异常的可能原因是什么？
- A: 确认物理链接是否正确，比如三个模块的点云数据是否可以接收；
- 确认三个模块的地址不冲突，可以尝试重新分配地址；
- 重置待升级模块，然后重启试试；
- Q: 为什么级联升级后读取的版本号为0？
- A: 表示模块升级不成功，用户需要重新设置模块后再升级。
注意力
- 与GS2进行命令交互时，除了stop scan命令外，scan模式下不能交互其他命令，容易导致报文解析错误。
- GS2 不会在开机时自动开始测距。 需要发送开始扫描命令进入扫描模式。 当需要停止测距时，发送停止扫描命令停止扫描并进入休眠模式。
- 正常启动GS2，我们推荐的流程是：
第一步：
发送Get Device Address命令获取当前设备的地址和级联数，并配置地址；
第二步：
发送get version 命令获取版本号；
第三步：
发送获取设备参数命令获取设备的角度参数进行数据分析；
第四步：
发送开始扫描命令获取点云数据。 - GS2透视窗透光材料设计建议：
如果前盖透视窗是为GS2设计的，建议使用透红外线的PC作为其透光材料，透光区域要求是平整的（平面度≤0.05mm），所有区域都在平面在 780nm 到 1000nm 波段应该是透明的。 出光率大于90%。 - GS2导航板反复开关机推荐操作流程：
为了降低导航板的功耗，如果GS2需要反复开关机，建议在关机前先发送停止扫描命令（见3.5节），然后配置好导航板的TX和RX导航板为高阻抗。 然后将 VCC 拉低以将其关闭。 下次上电时，先拉高VCC，然后配置TX和RX为正常输出和输入状态，再延时300ms后，与线激光器进行命令交互。 - 关于每条GS2命令发送后的最大等待时间：
- 获取地址：延时800ms，获取版本：延时100ms；
- 获取参数：延时100ms，开始扫描：延时400ms；
- 停止扫描：延时100ms，设置波特率：延时800ms；
- 设置边沿模式：延时800ms，启动OTA：延时800ms；
修改
| 日期 | 版本 | 内容 |
| 2019-04-24 | 1.0 | 撰写初稿 |
|
2021-11-08 |
1.1 |
修改（修改协议框架合并左右摄像头数据；建议添加透视窗材质；添加波特率
设置命令） |
| 2022-01-05 | 1.2 | 修改获取设备地址命令的接收说明，以及左右摄像头的说明 |
| 2022-01-12 | 1.3 | 添加边缘模式，补充K、B、BIAS计算说明 |
| 2022-04-29 | 1.4 | 修改章节3.2：获取版本信息命令的描述 |
| 2022-05-01 | 1.5 | 修改软重启命令的地址配置方式 |
|
2022-05-31 |
1.6 |
1）更新第3.7节
2) Section 3.8 RESET命令增加了一个回复 3) 新增第5章OTA升级 |
| 2022-06-02 | 1.6.1 | 1）修改OTA升级流程
2）修改OTA问答 |
文件/资源
 |
YDLIDAR GS2 DEVELOPMENT 线阵固体激光雷达传感器 [pdf] 用户手册 GS2 DEVELOPMENT 线阵固体激光雷达传感器, GS2 DEVELOPMENT, 线阵固体激光雷达传感器, 阵列固体激光雷达传感器, 固体激光雷达传感器, 激光雷达传感器, 传感器 |
