電子產(chǎn)業(yè)一站式賦能平臺

PCB聯(lián)盟網(wǎng)

搜索
查看: 22|回復(fù): 0
收起左側(cè)

老外拆解一款3合1激光測距儀:揭密其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計,看看能學(xué)點啥?

[復(fù)制鏈接]

335

主題

335

帖子

1702

積分

三級會員

Rank: 3Rank: 3

積分
1702
跳轉(zhuǎn)到指定樓層
樓主
發(fā)表于 2024-9-5 07:01:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
哈嘍,大家好,我是硬件花園,一名樂于分享的硬件工程師!
$ V2 Z6 a3 b& E: N9 l% ^" \" W硬件花園,致力于成為軟件&硬件工程師的技術(shù)后花園,在這里暢所欲言、交流技術(shù)問題,結(jié)實各行各業(yè)優(yōu)秀的同仁!6 K- i% o. |6 n! b- h1 g6 M- m
文末回復(fù)【交流群】,就有機(jī)會進(jìn)入硬件花園·技術(shù)交流群,趕快關(guān)注并回復(fù)吧!
' O5 y* y% o3 E+ x0 }今天給大家分享一款3合1激光測距儀!' ?6 w# M: v: c( B! }
在各種“一定會讓我血壓升高的對象”列表中,卷尺、纏在一起(和松脫)的延長線可以說和園藝軟管并列。除非在其測量區(qū)域的下方表面都十分平整順暢,否則在我的臂展之外,卷尺通常無法可靠發(fā)揮作用(這要歸咎于重力)。; V, k# y+ k! S2 V
金屬卷尺在曲面上的表現(xiàn)不佳,而織布卷尺更容易受到重力的影響。說到這一點,在不使用時,唯一能讓織布卷尺保持整齊的方法就是使用橡皮筋,但橡皮筋難免會滑落,一樣會讓放置的抽屜一片狼藉;而當(dāng)使用會自動卷繞的金屬卷尺時,難免也會拍打、刮傷或甚至在過程中劃傷你的手(或身體的它部位)。
6 f, Y# w! @( z% }  n這就是為什么去年10月下旬,當(dāng)Woot網(wǎng)購平臺以19.99美元的價格出售Dremel HSLM-01 3合1數(shù)字測量工具時,我一看到就雀躍不已,立馬出手購入三個:一個作為圣誕禮物送給我姐夫,另一個送給我自己,第三個就用來拆解。* {+ ?( w/ F( G" O7 h
/ a, r, [2 P+ s' ~$ ?* o
看看另一張照片,其中的標(biāo)簽可能更有助于解釋您剛才看到的內(nèi)容。而且,在此設(shè)備屏幕上其實還顯示著更有意義的信息范例:/ A9 H  S: g5 J# d* h

, D! v' s; g% [, p) u( @" w8 C+ @
0 D+ W7 K( z% Q , i1 W* t+ u8 E; ]* I
默認(rèn)的激光配置號稱能以±1/8英寸的精度,可靠地支持測量超過50英尺:& ~8 E4 R& I6 v, @% e, `4 E

4 t4 d$ `# _6 k* Q2 k8 E而其圓附件(Wheel Adapter)可以用來測量彎曲表面:
* W; e& {5 z% S- j7 m. T
+ E( a0 c4 U; ]5 E6 s* i卷尺配件(沒錯,我無法完全擺脫卷尺,但至少這款工具是可選的,而且在某些情況下仍有用武之地)在評估周長時更為精確:  }* N- s; \( X5 J
那讓我們開始拆吧!先來看看這次拆解的目標(biāo),首先是必備的外盒照:
4 G8 G4 A5 h4 B# T8 L
6 B6 P) W5 o$ z1 ]再來看看里面有些什么東西:
8 U* v4 O  Z0 _- x- I5 _ , f- {1 J  X4 z
這只是部分的文件數(shù)據(jù),以及隨附的兩節(jié)AAA電池,我會將它們好好地用在其他地方。仔細(xì)看看竟還有Arm和意法半導(dǎo)體(ST)的技術(shù)授權(quán)?這可真讓人好奇!
4 K- ~0 b) w! G5 _6 C接來是設(shè)備頂部的快照,照例附上一枚直徑為0.75英寸(19.1mm)的一美分硬幣,用于尺寸的對照;同時,翻過來瞧瞧并不那么令人興奮的底部照片:  a, V7 Y, T& `* ~( K& ~" J8 F5 c
# {) `' G+ K: W/ Q3 d
& k4 s8 J5 [8 S' L1 M3 E0 `

! _" v, `) Z* _" m3 b( N$ C- }" ~
$ h" T3 B' [& L# k& j4 Z & \4 T% S, m8 o# q: A+ m0 G; y- v
現(xiàn)在正是從概念上解釋這些設(shè)備如何運作的好時機(jī)。維基百科(Wikipedia)一般將它稱為激光測距儀:3 }9 n' O# c. j
激光測距儀(laser rangefinder或laser telemeter),是一種使用激光束測定物體距離的測距儀。最常見的激光測距儀是根據(jù)飛行時間(time of flight;ToF)原理進(jìn)行操作,即向目標(biāo)發(fā)送一束窄激光脈沖,然后測量脈沖從目標(biāo)反射并返回發(fā)送者所需的時間。由于光速較快,這種技術(shù)不適合高精度的次毫米測量,在此情況下通常使用三角測量或其他技術(shù)。這是一種無掃描的激光光達(dá)(LiDAR)。
; {  ^1 Q4 g6 Z9 u$ v* c
如上所述,它所采用的基本原理被稱為“飛行時間”,是計算機(jī)視覺和其他應(yīng)用中辨別深度的三種最常用方法之一(與人類視覺系統(tǒng)采用的立體視覺和Microsoft Kinect最初采用的結(jié)構(gòu)光并列)。在前一張圖片中,右邊是激光照明發(fā)射器(Class 2且
! w& p4 h/ k0 u6 q左側(cè)和右側(cè)的紋理和橡膠材質(zhì)(便于使用者的手牢固握持)也是如此(左側(cè)底部的兩孔結(jié)構(gòu)設(shè)計可能是用于包裝中未隨附的“皮帶”):
  u: q' ]/ Q4 F, p6 U: ]9 r/ e+ a9 | . r" p" [0 K. C  t! H% V: y, E- ~+ _' Q
我故意把正面拍得偏離中心一些,以避免光滑的顯示器和外殼表面反光;表面較暗的背面則沒有反光問題:" H7 m; U3 R5 ~; y) _: x

2 p1 z+ S" i  c) G; ]我不知道電池盒內(nèi)的白色長方形物體是什么,也沒有勇氣將其切開來進(jìn)行更徹底的檢查(可能會是RFID跟蹤標(biāo)簽,讀取器?):
. ?6 A: M% ^8 _1 y
# H  }0 G$ q) u' Y9 X  r! ?8 @這張背面標(biāo)簽的特寫可以作為我最初拆解步驟的圖片說明。而且,正如我所猜測到的,其下還有螺絲!/ W: Y. @8 c4 C# e0 n
你應(yīng)該知道接下來會發(fā)生什么…讓它完全拆解!/ G* u1 }5 f2 o$ t# E! k# a; I

3 s5 b6 _* z# ~3 j
0 w6 r" `  a1 Z! Y   q& S! p- x" P3 Z' F! k" V5 P

6 t. H) i$ d/ w7 u( s 9 V; ]: K. R; H" }
我們大致上已經(jīng)能夠看到右上角的激光發(fā)射器功能模塊(配有散熱片)和左上角的接收器功能模塊。事實上,整個內(nèi)部組件都可以直接取出來,無需再擰螺絲、拆膠水等。  M& i& o' _2 d3 h

# P5 e! g4 n8 I$ l2 _從方向的角度來看,右側(cè)現(xiàn)在看到的是外殼前半部的內(nèi)部情況。請注意先前提到的三個頂部金屬觸點的金屬延伸部分,它們很可能壓在印刷電路板(PCB)本身搭配的觸點上(柔性的?)。: @: k  ]( t' v% U" n/ o# ~; g5 w8 Z
現(xiàn)在我們可以將它翻轉(zhuǎn)過來,第一次看到PCB的另一面(甚至更裸露)。另一張照片是先前已經(jīng)看過的角度的照片,不過這次是沒有外殼的;甚至也可以再從不同角度看看:
0 A5 q  ^! Q- P. h% m& M4 L 4 r; t5 w, _) `' G; ~+ t
* w$ ?% B7 R9 c6 M# V" K& b" g0 T: @
! Y" l6 f3 |2 g) K
; j. Z: k2 ?0 j, W4 L
0 h6 \6 W  C* q4 Z
你可能已經(jīng)猜到了,顯示器除了以軟性線纜與PCB連接之外,并未連接至PCB,因此可以很容易地來個180°翻轉(zhuǎn)。
& d) h+ |7 h5 t2 J, G. e
3 v  y. U0 F5 K( w4 g* n" w0 Y
' n. H8 d/ k: o5 \3 y, P
1 [0 v) }  o( s6 \4 B而說到翻轉(zhuǎn),讓我們把整個PCB翻過來背面,現(xiàn)在也可以看到已經(jīng)沒有之前固定它的外殼束縛了:, ]5 |8 |. ^" I

; \/ w0 F. U2 f7 _換幾個角度看看:. E6 V9 {) [5 X& ^6 _2 |7 G+ S

8 U! t: t4 V* a
/ ]( ^9 }* ~  Z6 q& l  J1 M1 B) z2 g; d/ w( p4 \# U% W) p1 {% v5 E
看到那兩顆螺絲了嗎?從拆卸的角度來看,就算擰下這兩顆螺絲也無法讓我們更進(jìn)一步。
% l( T1 `. q/ k& l& S8 m
! B; N; B5 k% b/ x6 e$ U但擰下在上面的另兩顆螺絲后,就大功告成了:: `: J6 u$ S. D9 o4 ]

* W8 L. f  x* N1 @: Z  _1 @將PCB翻轉(zhuǎn)過來,并在PCB和ToF子之間插入一個“楔子”(小號一字螺絲起子),直接將后者卸下:
* ~- ^. C& x4 t" i
& o# f4 s, d, S: o0 r
8 |8 {" Q" r+ \8 g) t3 t1 E6 @/ z: _! H# S& O7 ^

/ ?$ ~* Y8 B/ l" U7 D) k
& M2 M! \4 g5 Y8 T這是現(xiàn)在露出的ToF模塊底部,以及之前看到的正面和末端,這次沒有PCB:
; W- C; t; n. G/ ]# M9 G, |" L3 `7 }2 W6 `: ?# _
原本還在ToF模塊下方這個才剛露出來的是系統(tǒng)處理器,即采用Arm Cortex-M0的ST STM32F051R8T7處理器(令人驚喜!但如果您還記得之前的授權(quán)數(shù)據(jù)就不一樣了……)。6 o8 g* L' O! f1 _1 K1 o( ^5 j

2 V; M" h8 q8 Z& w) d另外新顯示的是左側(cè)的激光器,它為同側(cè)ToF模塊光學(xué)器件提供信號,右側(cè)是由模塊另一半光學(xué)組件提供信號的圖像傳感器(請注意,在這個方向上,PCB與其正常操作時的配置是顛倒的)。然后,我差點就迫止步于此了,幸好在底座頂部邊緣的三個金屬觸點引起了我的興趣:7 [6 O0 J" X# e+ I1 |
+ ]" e- X: z0 U/ _

9 u& u. [% ?) n" ^  T8 G
/ s8 U/ N$ M! |# ]適配器中一定有匹配的電路,對吧?我想還是先滿足一下好奇心再說。反正也不分先后順序,就先從長期以來的測量媒體克星—Tape Adapter測量卷尺開始,分別是正視圖、俯視圖以及底視圖,并露出之前預(yù)告過的接腳:
4 E% r0 M* U1 V; k9 x& J
) n! A3 R0 [$ G, |; f3 P$ B! B% V) {- K. k% Z/ ^: ^
4 x% T( T9 Q" x3 E+ g6 a
左側(cè)和右側(cè)照片,這讓我們第一次看到了膠帶末端的尖端:
2 ~2 k- P* W& `/ k& e
7 F. d: ^. r. t0 }再從背面看看兩個尖端:; o" d2 U/ `, Q& L0 D" n: \9 {( [

  N9 O2 n; S0 ]7 U3 Y3 n  |上次剝離標(biāo)簽成功了,為什么不再試一次呢?
" w1 T$ S$ c7 E* s7 V/ L% e% {/ E- L" f. V6 F$ t7 V

+ G0 S: p  F4 f. |4 k( B& s# t* M1 U
, z* n0 A7 q. j4 u1 x6 ?+ y揭露開來的是兩個塑料標(biāo)簽,我好像有點健忘,馬上就把它們給忘了(敬請期待)。畢竟,頂部的接縫看起來很誘人,對吧?而且,看起來這個動作的效果還不錯:
6 P- d7 m$ }* b- u
/ s% [7 x# }, p4 F: Z* Z' o看看頂蓋內(nèi)部照,在它中間的凹槽與轉(zhuǎn)軸“彈簧”一側(cè)的末端相吻合,很快就會看到;另一張是外殼底面的內(nèi)部,看到中間圓孔底部有一個IC嗎?讓我想想…
+ a& _% D: ]) c. i% H6 d現(xiàn)在來看看通常位于二者之間的轉(zhuǎn)軸。先看俯視圖。盤繞的金屬彈簧通常會完全嵌入于塑料件中,其末端則插入之前看到的頂蓋內(nèi)凹槽;從底面照來看,至少膠卷并非采用可能傷到手的金屬:
; U. {4 k5 F3 q' D2 V1 _- ]8 K; d4 h+ ]5 }# b3 H  P
4 L5 e3 D0 W3 L; ?, M8 O2 e
. c) A7 W" N, a
安裝在適配器中使用時的側(cè)視圖。順便說一下,那個圓孔里的轉(zhuǎn)軸……是金屬的。(還記得之前說過用橡皮筋保持布質(zhì)卷尺整潔的方法嗎?):2 K. w) k4 J$ Q( Z/ O/ \0 \7 _

: ~" ]4 E' r0 o( e% s/ K8 i  H0 L
4 i: X0 f5 ~9 V2 p; z+ x, @# ^+ W& M9 O2 U  d" A: s5 K
接下來讓我詳細(xì)說明之前說過的“忘了塑料標(biāo)簽”那件事。起初一切都很順利…
6 r0 o% V2 E  f, g8 }2 l8 k; e& |% P# V) ?2 C) ^
后來,我被卡住了,無法再用力把內(nèi)部組裝拉出來。于是,我把之前看到的一字螺絲起子卡在一旁,然后用楔子使其搖出來:' t7 i1 |+ }+ f( W0 p
' N$ Z4 B/ v4 T
遺憾的是,在此過程中弄壞了PCB上的一個IC:- R8 P: j: w: R: U

3 f& N' c8 ]( K4 B如果我把兩個塑料片都取下來,那就可以開心地回家了!盎畹嚼,學(xué)到老”,所幸我還能辨認(rèn)出封裝標(biāo)記。較大的芯片也是ST生產(chǎn)的(毫不意外!),這是另一款采用Arm Cortex-M0的微控制器(MCU)——STM32F030F4。一開始,我以為另一款I(lǐng)C (我們之前在圓孔底部看過)可能是霍爾效應(yīng)傳感器,但事實并非如此:它是恩智浦半導(dǎo)體(NXP Semiconductors)的KMZ60磁阻角度傳感器,集成了放大器,通常用于角度控制應(yīng)用和無刷直流(DC)馬達(dá)。在此情況下,使用者的肌肉就是馬達(dá)!有意思吧?
, f/ |6 V; S3 M! |+ Z2 b9 B5 R現(xiàn)在來看看這款工具的另一個附件—Wheel Adapter,正面照與頂部:
' x  j1 c9 v3 H
4 Q2 [( {9 T2 ]  b- y底部(又是插銷!請注意,之前看到的神秘白色條帶用于斜頂適配器下方的支撐設(shè)備),以及貼有卷標(biāo)的背面:1 F* e4 d9 u8 b8 p+ g

8 G1 i' L  k& [( W' L% N- `' W去掉標(biāo)簽:4 y: r2 X7 P- D" O8 y) d) v

$ L, W( \% L$ N7 O我真是料事如神,不是嗎?但提醒一下我自己:這次可千萬別忘了那兩個已經(jīng)露出來的塑料標(biāo)簽。畢竟,這次順利多了:
% Z6 E; F5 q) K7 S6 T2 V5 }5 `' V0 q8 J7 D6 V
; d# Y8 k$ k/ l3 \  d5 E

0 d- ~+ ~; k# b但是,這次有兩個微型PCB,一個在觸針下面,另一個在輪軸上方,由三根線束連接。遺憾的是,在拆卸外殼的過程中,我不知什么時候不慎將連接這個微型PCB和線束之間的連接器折斷了:
: k: i( m" m, H5 |$ e7 ]6 i, o; U% t7 y  B+ B( d, w, V
讓我們先回到下方較大的微型PCB,這里采用的主要芯片還是ST的另一款型號為STM32F030F4的MCU:
% @0 L% C: t, T* b" U/ ~. D7 F# C& T9 P* u7 f
( c+ P$ _! D% O# B  a, |: b
, H" c8 R0 i1 S+ x  N
線束另一端的微型PCB隨即彈出:6 `; A  a8 M# B- c9 A
3 P0 u: G+ ]0 `# H, u. X# u
看起來有點像馬達(dá)(實際上是Alps Alpine傳感器),對吧?不過這次是由手動驅(qū)動的輪軸(而不是以磁帶滾動條)提供動力。
8 g; _8 u  W6 c: G2 P3 d% Z6 X
8 l4 O% B5 r% k! B7 f8 N  Z) h
+ m# w& O( C& |4 t1 G9 p! Z# A8 B! k- l2 g3 v1 }
因此,這種方法在概念上類似我們之前看到的另一種附件,只是在實現(xiàn)時有所變化。最后,我將展示張先前混淆的公母連接器照片:
# T: C$ L% l0 @4 m, N
- |, X5 r! z: l5 B6 e# \(原文刊登于EDN美國版,參考鏈接:Looking inside a laser measurer,由Susan Hong編譯)3 u$ n# v  f8 h3 l4 }
7 E; [+ H( T3 ^' T+ C* a3 C
推薦閱讀
! H0 q# @) z! L6 @8 M小米su7核心零部件供應(yīng)商清單一覽,雷布斯還虧錢嗎?
/ y' C6 U, D9 V9 B+ Q日本工程師拆解比亞迪海豹還寫了本書,竟賣880000日元!【重磅】拆解特斯拉model3逆變器
7 G- _% D9 y2 l2 s- g【關(guān)注】查看往期精彩
+ e0 v- e: A; B3 V! B關(guān)注我,回復(fù)【交流群】,就有機(jī)會進(jìn)硬件花園內(nèi)部技術(shù)交流群!
回復(fù)

使用道具 舉報

發(fā)表回復(fù)

您需要登錄后才可以回帖 登錄 | 立即注冊

本版積分規(guī)則

關(guān)閉

站長推薦上一條 /1 下一條


聯(lián)系客服 關(guān)注微信 下載APP 返回頂部 返回列表