从 PCB 到上位机软件全开源，项目中所有材料均能买到，不怕你做不出来。

　　激光雷达能够帮助机器人快速获取其周围环境信息，且具有探测范围广、精度高凯发娱乐真人娱乐、抗干扰能力强等优势凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐，是自动驾驶汽车凯发娱乐真人娱乐、扫地机器人、仓储机器人等一系列地面自主移动机器人的重要组成部分传送系数凯发娱乐真人娱乐。然而，目前工业级激光雷达往往造价高昂凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐，像谷歌凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐、百度造的那些无人车凯发娱乐真人娱乐，其激光雷达的造价甚至超过了车辆本身的价值，让普通人望而却步。即使是探测范围仅有 25m 的单线激光雷达平均检出质量，在某宝上也卖到了千元级别。

　　想入坑自动驾驶却无法承受激光雷达高昂的价格？这个由俄罗斯的一位 Github 主近期开源的项目也许非常适合你凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐，让你也能低成本自制激光雷达。

　　我们先来看看该项目制作完成后激光雷达的参数凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐，这也许是大家最关心的问题凯发娱乐真人娱乐，毕竟抛开精度谈价格都是在耍流氓！

　　功率：5 V/0.1 A（也就是 0.5 瓦）凯发娱乐真人娱乐，刚启动时电压可能会超过 0.8A

　　该激光雷达采用的是 TOF（Time-of-Flight）测距原理。由于之后的镜头选型、安装调试与校准均涉及到 TOF 原理的知识凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐，这里我们简要介绍一下它。

　　如下图所示凯发娱乐真人娱乐，激光器发射出一系列光脉冲凯发娱乐真人娱乐，遇到物体反射后被感光元件捕获凯发娱乐真人娱乐，感光元件产生的电信号经过放大器后凯发娱乐真人娱乐，使用运算电路捕捉其上升沿或下降沿计算出光脉冲在空中的飞行时间，结合光速即可得到被测物体距离激光雷达的距离。

　　我们从 TOP 测距的原理可以看出凯发娱乐真人娱乐，以下几个因素决定了激光雷达的测量性能：

　　由于 TOP 测距是通过计算光脉冲信号发射与接收前后的时间差来工作的凯发娱乐真人娱乐，假如发射出的光脉冲被环境中物体吸收，或反射到感光元件测量范围之外，此时激光雷达是无法收集到正确测量数据的。这里举一个极端的，隐形战斗机就是通过使用能够吸收雷达的涂层以及较小的雷达反射面积来实现「隐身」的。

　　为有效捕捉到激光器发出的脉冲信号凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐，感光元件需要安放在距离激光器合适的位置。并且需要根据测量需求，为激光器和感光元件安装合适焦距的镜头。下图为该项目中激光雷达镜头安装完成后的图片。

　　还有一个对传感器性能影响至关重要的是激光信号发射器的脉宽凯发娱乐真人娱乐，它决定了激光雷达能够测量的最大距离。假设光速为 c = 300,000,000 m/s，当光脉冲宽度为 50 ns 时，其最远测量距离为 7.5 m。

　　首先是激光脉冲电路的制作。作者选用了价格相对便宜但功能强大的脉冲激光二极管「SPL PL90_3」，其工作在 905 nm 的波长下，能够产生高达 75 瓦功率的激光脉冲，对应驱动电路图如左下所示。在检测电路部分，作者选用雪崩光电二极管（APD）作为光电探测元件凯发娱乐真人娱乐，同时设计了 DC-DC 转换器为其产生足够高的偏置电压。激光脉冲探测需要信号带宽大且输入电容低的运算放大器凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐，于是作者选用 MAX3658 作为运放凯发娱乐真人娱乐。该芯片专门设计用于光电二极管凯发娱乐真人娱乐，放大倍数为 18000激光二极管凯发娱乐真人娱乐，带宽为 580 MHz凯发娱乐真人娱乐。此外，该芯片还包含一个内置滤波器，可削减低频噪声凯发娱乐真人娱乐。检测电路图如图所示：

　　在时间节点测量部分，作者选用了用于超声波液体流量计的现成芯片 TDC-GP21。该微电路的时间分辨率为 90 ps 左右，MCU 可通过 SPI 总线对其进行控制取样。作者选用 STM32F303CBT6 作为微控制器凯发娱乐真人娱乐，以实现对激光脉冲的发送与接收凯发娱乐真人娱乐、测量数据读取与校准凯发娱乐真人娱乐、反光镜电机转速的控制以及与上位机的通讯。制作完成的 PCB 如下图所示。

　　在光学元件方面，选用标准的 M12 镜头作为激光透镜，发散角约为 0.45 度凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐。并选用焦距为 25 mm 的镜头用于感光元件，该镜头具有较大的光圈凯发娱乐真人娱乐，能够尽可能多地让反射光落在光电二极管上凯发娱乐真人娱乐，以获得更高的信噪比。如果要在强光照射条件下（例如户外）使用激光雷达凯发娱乐真人娱乐凯发娱乐真人娱乐，作者建议在光电二极管和透镜之间安装专为 905 nm 波长设计的干涉滤光片凯发娱乐真人娱乐。由于本项目是在室内照明条件下进行测试，所以没有安装。

　　旋转类型的激光雷达有两种方式来实现对周围环境的探测，分别是通过旋转整个测距仪或通过旋转相对于激光雷达光轴倾斜 45 度的反射镜来完成扫描，其对应工作方式如下图所示。

　　将激光雷达用于 SLAM 可以说是如今比较成熟的技术，其具有精度高、速度快、抗干扰能力强等优势凯发娱乐真人娱乐。然而目前由于其高昂的造价限制了它在民用无人驾驶领域的普及，哪怕是售价高达 100 余万人民币的特斯拉 Model S，使用的检测方案仍然以摄像头为主。或许此类低成本的激光雷达开源项目能对我们了解这一技术提供便利。

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