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？

硬件花園

哈嘍，大家好，我是硬件花園，一名樂于分享的硬件工程師！
0 r1 |5 n1 w" f# l, [7 F1 u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！
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, q9 {* r7 u, K今天給大家分享一款3合1激光測距儀！
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)。
3 I- k6 ^- N& {1 |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)。
* J2 n" A' [& I/ }8 P" F1 ]這就是為什么去年10月下旬，當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。

7 a' e3 l- _  ]9 W5 e8 D看看另一張照片，其中的標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：


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, b. P" S4 |# y# b2 n+ M默認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：

$ I7 M( Z  c9 P( Y而其圓附件(Wheel Adapter)可以用來測量彎曲表面：
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' }+ }: U! e2 H# W2 S4 Q; N( |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：
那讓我們開始拆吧！先來看看這次拆解的目標，首先是必備的外盒照：
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再來看看里面有些什么東西：
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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！
6 @+ f9 S4 o1 Q  D5 {5 T( q7 P7 Q  ^2 L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：

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+ N3 ?  i+ j* k, H8 g3 b. j! i1 |# x現(xiàn)在正是從概念上解釋這些設(shè)備如何運作的好時機。維基百科(Wikipedia)一般將它稱為激光測距儀：
: e' O- C3 B( `8 s3 y& d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)原理進行操作，即向目標發(fā)送一束窄激光脈沖，然后測量脈沖從目標反射并返回發(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(LiDAR)。
4 l9 T1 Y, O. k) _, s! _  ^9 N0 E如上所述，它所采用的基本原理被稱為“飛行時間”，是計算機視覺和其他應(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
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”)：

& J0 o, R' p% e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：

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行更徹底的檢查(可能會是RFID跟蹤標簽，讀取器？)：
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7 I7 e1 {2 k* W1 b) S這張背面標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！
& }1 A$ Y) q+ u: k7 I% u1 O, Z0 s4 X你應(yīng)該知道接下來會發(fā)生什么…讓它完全拆解！

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9 y- \4 F( a0 w0 W) t. Y7 b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。
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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？)。
! y$ P0 W( d  U$ U/ R# R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：
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2 y2 ]& d6 h; H1 d* S. V# W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)。
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- N4 u) U: p: [( c7 l7 y& j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：
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換幾個角度看看：
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9 `) x# y, E3 K4 F: ~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一步。
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但擰下在上面的另兩顆螺絲后，就大功告成了：
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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：




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3 q, P9 t7 a! Y4 k$ [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：
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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……)。
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" e  F7 Q" S9 |" M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：

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5 S# e% S2 M4 B) k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：
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6 x: R/ g; ]3 q- v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：
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$ E, M- J  B) z1 b3 E( Y再從背面看看兩個尖端：
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上次剝離標簽成功了，為什么不再試一次呢？

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) V# L4 ?, w( Q" P3 r& Y揭露開來的是兩個塑料標簽，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：
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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…
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：



" i! g+ ]8 G2 z+ _+ x+ I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？)：
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接下來讓我詳細說明之前說過的“忘了塑料標簽”那件事。起初一切都很順利…

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：
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: p, b* O9 o6 I; M7 E/ D; q& C' e% k遺憾的是，在此過程中弄壞了PCB上的一個IC：

; I6 I7 @  L7 T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”，所幸我還能辨認出封裝標記。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。在此情況下，使用者的肌肉就是馬達！有意思吧？
現(xiàn)在來看看這款工具的另一個附件—Wheel Adapter，正面照與頂部：

( ~+ q9 K  \3 d, B$ ^. @) n9 W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)，以及貼有卷標的背面：

$ P0 K% M, N) R. {. t' \4 B( z2 d去掉標簽：
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1 s4 H0 t7 u% Y7 g) ?+ g7 L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)露出來的塑料標簽。畢竟，這次順利多了：
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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：
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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：
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線束另一端的微型PCB隨即彈出：

看起來有點像馬達(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。


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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：
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(原文刊登于EDN美國版，參考鏈接：Looking inside a laser measurer，由Susan Hong編譯)

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