LMS111系列是SICK推出的一款用於室外區域防撞、測量及安防的激光掃描器。LMS111同西克其他掃描器一樣，采用成熟的ToF原理，非接觸式檢測，且加入了最新的多次回波檢測技術（兩次回波），使得LMS111即使在惡劣環境下也能准確測量。LMS111的主要特點為：IP67的防護等級，霧氣校正功能及內部集成加熱器，保證其能用於戶外，大監控范圍（270°的掃描角度)，靈活的區域配置（可以根據現場需要，設置各種圖形的保護區域，且可以根據現場的需要，隨時簡單的修改圖形）。LMS111還具有自檢功能，檢測穩定，對低反射率物體不敏感等優點，是室外型防撞/障礙測量或物體外形測量的最佳方案。主要用於港口設備防撞，重型設備室外防撞，高速公路車型分類及超限檢測，鐵路路軌障礙物檢測，室外機器人防撞及導航等。
LMS111有5個電氣接口，其中底部有4個M12的螺紋接口（接航空插頭），正面還有一個輔助接口：
各個接口的針腳定義如下面幾幅圖所示。注意供電接口的輸入電壓有兩種：傳感器電壓為DC 10.8 V~ 30 V ，典型功耗10W；加熱電壓為DC 24 V ± 20 %，典型功耗40W。如果不需要加熱可以只接VS和GND兩根線（在一些高緯度地區冬天氣溫極低，可能導致激光雷達不能正常工作，所以激光雷達里面就要集成自動加熱裝置。LMS111的工作環境溫度為：–30 °C ~ +50 °C）。
LMS111有多種不同的接口（Ethernet、CAN、RS232）用於配置傳感器參數和傳輸測量數據，其中只有Ethernet接口可以實時輸出全部測量數據。RS232的傳輸速率有限，因此只適用於參數配置而不適合用來實時傳輸數據。Ethernet接口的出廠設置如下：
- IP address: 192.168.0.1
- subnet mask: 255.255.255.0
- TCP port: 2111 and 2112（Use port 2111 to confgure the device. Use port 2112 to view only measurement data）
Operating principle of the LMS1xx
ToF是Time of Flight的縮寫，直譯為飛行時間，通過給目標連續發送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過探測這些發射和接收光脈沖的飛行（往返）時間來得到目標物距離。ToF的照射單元都是對光進行高頻調制之后再進行發射，一般采用LED或激光來發射高性能脈沖光，主要采用紅外光。
被測目標物體表面反射率是關系到激光雷達測量能力的關鍵參數。而影響物體表面反射率的因素主要有物體表面顏色和表面類型（亞光，高亮，平滑，粗糙等）。我們通常定義柯達白板（Kodak white material）的表面反射率為100%，因此根據這一定義光亮表面的反射率一般會大於100%。The reflection of the laser beam will vary as a function of the surface’s structure and color. Light surfaces reflect the laser beam better than dark surfaces and can be detected by the LMS1xx over larger distances. Bright white plaster reflects approx. 100% of the incident light, black foam rubber approx. 2.4%
自然界中常見材料的物體表面反射率如下：
激光雷達的工作距離和物體表面反射率有類線性關系（The better a surface reflects the incident radiation, the greater the scanning range of the LMS1xx ），激光掃描器一般用100%反射率及10%反射率兩個參數條件表示工作距離。如下是LMS111系列產品的反射率對應工作距離關系圖：
Scanning range as a function of the target remission
根據反射原理，反射角等於入射角（incident angle：是入射光線與入射表面法線的夾角）。如果激光束入射角較小，就會造成激光束的反射光束不能返回到接收器。在該點的測量值就會顯示為無物體，也就是數據丟失的情況。如：高亮汽車漆、拋光的金屬表面類似鏡反射。
當激光垂直物體表面入射時（入射角為90°），這時返回的激光能量最大（The energy is optimally reflected）。當激光與物體表面成一定入射角，則反射能力會有相應的損失，入射角越小，返回掃描器的光越少，檢測距離也就越近。
Reflection of the laser beam at the surface of an object
If the reflected energy returned is over 100% (basis: Kodak standard) the incident beam is not reflected diffusely in all directions, but is reflected in a specific direction. As a result a large portion of the energy emitted can be received by the laser distance measurement device.
Degree of reflection
二次回波檢測
If the LMS1xx hits a rain drop first. This will reflect part of the energy (1st reflected pulse). The other part of the beam continues to propagate and is reflected by the actual object (2nd reflected pulse)
Principle of operation of the measurement of the second reflected pulse
The LMS1xx can analyze two echo signals for each measuring beam. This enables it to provide reliable measurement results at all times – even if it is behind glass or exposed to adverse weather and environmental influences outdoors.
SOPAS Engineering Tool
在Windows系統上可以用SOPAS Engineering Tool V3 軟件配置傳感器參數，或者進行測試。首先需要安裝LMS111的SOPAS驅動SDD (SOPAS device driver) ，安裝好后將Ethernet網線接口插入電腦，然后配置電腦的IP地址，使其與LMS111處於同一網段中：
在SOPAS軟件中搜索設備，如果驅動和IP地址設置都沒問題，就可以連接上LMS111激光雷達（如下圖所示）。注意Port 2111和Port 2112端口都可以使用，通常用Port 2111來配置傳感器參數，用Port 2112來觀察測量數據。
LMS111默認IP地址為192.168.0.1，在SOPAS軟件中也可以根據需要自行修改：
連接上傳感器並切換到在線模式后可以打開設備頁面查看激光數據，但是要更改傳感器參數配置需要以授權用戶登陸，否則界面中的所有選項框都為灰色無法選中。
選擇用戶級別為：授權的用戶（Authorized Client），密碼為：client
LMS111與SOPAS軟件之間存取數據的示意圖如下，配置參數可以臨時寫入LMS111的RAM中進行測試，也可以永久寫入EEPROM中保存。
Principle of data storage
比如可以配置傳感器掃描頻率和角度分辨率（默認為50Hz/0.5°）：
也可以選擇要輸出的數據和輸出角度范圍：
Filter選項中可以設置各種濾波器：
- Echo Filter Active：透過玻璃或雨滴等檢測時用到，普通應用不需要。If two pulses are reflected by two objects during a measurement (drops of rain or edges etc.), the filter initially filters out the first reflected pulse (echo).
- Particle Filter Active：粉塵等微小顆粒過濾。The particle filter can be used in dusty surroundings or in case of rain or snow to filter out interference due to particles of dust, rain drops, snow flakes etc.
- HardWare Gating：設置固定距離的免檢測區域
- Fog Filter：霧氣的過濾。The fog filter suppresses possible glare due to fog
- Mean filter：輸出平均值（The mean filter acts on the measured value output, not on the field application），勾選后可以在右側文本框中輸入要平均的次數。比如掃描10 次后，輸出平均值（同時，輸出頻率也要除以10 ）
區域防護功能的設置
LMS111可以用於測量和檢測（Detection），在掃描范圍內，設置不同形狀的檢測區域，當檢測到有物體進入該區域時，通過開關量信號輸出檢測結果。通常用於設備防撞、物體檢測、區域安防等。
SOPAS軟件中先設置防護區域 （Parameter→Evaluation fields），在這里設定防護區域的大小和形狀。點擊新建按鈕增加防護區域：
在跳出的窗口中編輯區域名稱，並選擇設置方式，如下圖：其中 Segmented 是編輯多邊形的每一個點；Rectangle 是長方形區域；Dynamic 是變化區域。
長方形區域如下圖所示，可以拖動控制點來改變長寬尺寸以及長方形的位置和旋轉角度。也可以直接在編輯框中輸入指定的位置、尺寸。
多邊形區域可以直接編輯每個點的坐標（可以參考文檔Laser Measurement Systems of the LMS100 Product）：
以常用的長方形區域為例，設置一個Near區域。然后設置防護條件（Parameter→Evaluation cases） ，在這里設置區域防護的功能以及執行。點擊新建按鈕 ，在跳出新的界面中：Field name選擇剛剛創建的Near區域， 名字輸入Alarm。
功能設置如下：
- Strategy：Blanking 屏蔽功能
- Response Time：響應時間為 200ms，當有物體入侵超過 200ms 時，LMS 會報警
- Blanking Size：屏蔽的寬度，當物體寬於 100mm 時，LMS 會報警
區域防護對應的輸出選擇為 Output1，LMS 檢測到物體時 Output1會有輸出：
設置好后可以點擊“將全部參數下載到設備”按鈕或“永久保存”按鈕，將配置保存到LMS111中，接下來就可以進行區域防護功能測試。點擊進入 Monitor→Field Evaluation Monitor 頁面，可以看到LMS動態的輪廓檢測圖，並且可以看到1號防護區域。當有符合檢測尺寸要求的物體入侵 1號警報區域時，綠色區域會變為黃色：
LMS111-ROS
打開終端，輸入下面命令安裝LMS1xx驅動：
sudo apt-get install ros-indigo-lms1xx
如果在虛擬機中運行Ubuntu系統，將虛擬機的網絡設為橋接模式：
然后手動修改虛擬機中的網絡連接，讓ubuntu與LMS111處於同一網段中：
然后可以使用ping命令檢查網絡是否連通：
運行roscore啟動ros主節點后，輸入下面命令啟動LMS1xx節點：
rosrun lms1xx LMS1xx_node _host:=192.168.0.1
注意LMS1xx包中host參數默認地址為192.168.1.2，因此運行節點時需要給host參數賦予正確的IP地址，另外也可以自行指定激光雷達坐標系的名字（默認為laser）。
- host (string, default: 192.168.1.2)：The device hostname or IP address.
- frame_id (string, default: laser)：The laser data frame. This frame should be at the optical center of the laser, with the x-axis along the zero degree ray, and the y-axis along the pi/2 degree ray.
如果上面的過程沒問題，運行LMS1xx_node節點后會提示連接到laser：
該節點會自動在scan話題上發布LaserScan消息，我們可以打開rviz查看激光掃描信息：
參考：