老外拆解一款3合1激光測(cè)距儀：揭密其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)，看看能學(xué)點(diǎn)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！
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) S0 U) e. e  o1 o+ v5 X9 [9 @文末回復(fù)【交流群】，就有機(jī)會(huì)進(jìn)入硬件花園·技術(shù)交流群，趕快關(guān)注并回復(fù)吧！
今天給大家分享一款3合1激光測(cè)距儀！
在各種“一定會(huì)讓我血壓升高的對(duì)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(cè)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?dú)w咎于重力)。
1 k. C1 R8 \2 u. {3 X" I, u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(diǎn)，在不使用時(shí)，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(huì)滑落，一樣會(huì)讓放置的抽屜一片狼藉；而當(dāng)使用會(huì)自動(dòng)卷繞的金屬卷尺時(shí)，難免也會(huì)拍打、刮傷或甚至在過程中劃傷你的手(或身體的它部位)。
4 z) X1 X4 p6 [# x9 H+ ~這就是為什么去年10月下旬，當(dāng)Woot網(wǎng)購平臺(tái)以19.99美元的價(jià)格出售Dremel HSLM-01 3合1數(shù)字測(cè)量工具時(shí)，我一看到就雀躍不已，立馬出手購入三個(gè)：一個(gè)作為圣誕禮物送給我姐夫，另一個(gè)送給我自己，第三個(gè)就用來拆解。

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(shí)還顯示著更有意義的信息范例：


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默認(rèn)的激光配置號(hào)稱能以±1/8英寸的精度，可靠地支持測(cè)量超過50英尺：

2 s8 s. A5 G" ?2 c而其圓附件(Wheel Adapter)可以用來測(cè)量彎曲表面：

# e. h2 B. I+ ~( U卷尺配件(沒錯(cuò)，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(píng)估周長時(shí)更為精確：
4 v: _1 `% p0 j" t- L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：
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3 B2 s2 w. z" N( v7 z; H  f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(huì)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！
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(duì)照；同時(shí)，翻過來瞧瞧并不那么令人興奮的底部照片：

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8 Y$ x) D7 C) Y現(xiàn)在正是從概念上解釋這些設(shè)備如何運(yùn)作的好時(shí)機(jī)。維基百科(Wikipedia)一般將它稱為激光測(cè)距儀：
2 J  y8 S, {6 E激光測(cè)距儀(laser rangefinder或laser telemeter)，是一種使用激光束測(cè)定物體距離的測(cè)距儀。最常見的激光測(cè)距儀是根據(jù)飛行時(shí)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(cè)量脈沖從目標(biāo)反射并返回發(fā)送者所需的時(shí)間。由于光速較快，這種技術(shù)不適合高精度的次毫米測(cè)量，在此情況下通常使用三角測(cè)量或其他技術(shù)。這是一種無掃描的激光光達(dá)(LiDAR)。
& U# h: Z) a- G  w. Q7 W6 Q如上所述，它所采用的基本原理被稱為“飛行時(shí)間”，是計(jì)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
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(jì)可能是用于包裝中未隨附的“皮帶”)：

% K) _" Z' D, }+ r& v' j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：
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) l) I0 K3 i! X0 v! t- ^& G$ M1 ~( F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(huì)是RFID跟蹤標(biāo)簽，讀取器？)：
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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(cè)到的，其下還有螺絲！
7 E0 W* ]5 ?+ C0 z: R你應(yīng)該知道接下來會(huì)發(fā)生什么…讓它完全拆解！
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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(shí)上，整個(gè)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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! M5 n% B. ^6 p5 z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(qǐng)注意先前提到的三個(gè)頂部金屬觸點(diǎn)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(diǎn)上(柔性的？)。
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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# s/ n& X, S, u2 B$ g. P- @: [4 r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(gè)180°翻轉(zhuǎn)。
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而說到翻轉(zhuǎn)，讓我們把整個(gè)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(gè)角度看看：

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# Z2 b- V! z& N8 c7 M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。
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但擰下在上面的另兩顆螺絲后，就大功告成了：

將PCB翻轉(zhuǎn)過來，并在PCB和ToF子之間插入一個(gè)“楔子”(小號(hào)一字螺絲起子)，直接將后者卸下：
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5 M& d- i  |8 Q2 w6 c4 u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：

原本還在ToF模塊下方這個(gè)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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+ d5 n- O. r! |! e$ o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(hào)，右側(cè)是由模塊另一半光學(xué)組件提供信號(hào)的圖像傳感器(請(qǐng)注意，在這個(gè)方向上，PCB與其正常操作時(shí)的配置是顛倒的)。然后，我差點(diǎn)就迫止步于此了，幸好在底座頂部邊緣的三個(gè)金屬觸點(diǎn)引起了我的興趣：
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適配器中一定有匹配的電路，對(duì)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(cè)量媒體克星—Tape Adapter測(cè)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：



- l& ]& I9 M0 y. w4 [3 c" ~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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: f" S* P5 A, @/ I0 b8 g$ M再從背面看看兩個(gè)尖端：
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, C- R0 f/ k: {$ b$ l上次剝離標(biāo)簽成功了，為什么不再試一次呢？
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" ~3 q* f# T1 C1 |揭露開來的是兩個(gè)塑料標(biāo)簽，我好像有點(diǎn)健忘，馬上就把它們給忘了(敬請(qǐng)期待)。畢竟，頂部的接縫看起來很誘人，對(duì)吧？而且，看起來這個(gè)動(dòng)作的效果還不錯(cuò)：

9 U' y" l$ ^; S6 I; ~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(huì)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(gè)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(huì)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：

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安裝在適配器中使用時(shí)的側(cè)視圖。順便說一下，那個(gè)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(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…

& y* p" W$ [) E1 ^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：

遺憾的是，在此過程中弄壞了PCB上的一個(gè)IC：
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4 N+ W- x  Z9 p# F: C如果我把兩個(gè)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(shí)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？
2 @$ {4 b( D; w$ H( {9 Q& ~現(xiàn)在來看看這款工具的另一個(gè)附件—Wheel Adapter，正面照與頂部：
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) k+ U! t/ |' O/ H6 G4 F" R' h' T) \: V底部(又是插銷！請(qǐng)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：
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9 _$ E2 ]  J8 C去掉標(biāo)簽：
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4 k7 Z$ a% O& F. p& }$ r7 @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(gè)已經(jīng)露出來的塑料標(biāo)簽。畢竟，這次順利多了：
3 F+ c7 t9 p# m8 E8 I  B/ ^$ z- Q/ o& f


但是，這次有兩個(gè)微型PCB，一個(gè)在觸針下面，另一個(gè)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(shí)候不慎將連接這個(gè)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(hào)為STM32F030F4的MCU：
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線束另一端的微型PCB隨即彈出：
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& D& I. h2 S6 T8 F7 X5 M看起來有點(diǎn)像馬達(dá)(實(shí)際上是Alps Alpine傳感器)，對(duì)吧？不過這次是由手動(dòng)驅(qū)動(dòng)的輪軸(而不是以磁帶滾動(dòng)條)提供動(dòng)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(shí)現(xiàn)時(shí)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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