老外拆解一款3合1激光测距仪：揭密其内部结构及硬件设计，看看能学点啥？

硬件花园 · 发表于 2024-9-5 07:01:00

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今天给大家分享一款3合1激光测距仪！
在各种“一定会让我血压升高的对象”列表中，卷尺、缠在一起(和松脱)的延长线可以说和园艺软管并列。除非在其测量区域的下方表面都十分平整顺畅，否则在我的臂展之外，卷尺通常无法可靠发挥作用(这要归咎于重力)。
金属卷尺在曲面上的表现不佳，而织布卷尺更容易受到重力的影响。说到这一点，在不使用时，唯一能让织布卷尺保持整齐的方法就是使用橡皮筋，但橡皮筋难免会滑落，一样会让放置的抽屉一片狼藉；而当使用会自动卷绕的金属卷尺时，难免也会拍打、刮伤或甚至在过程中划伤你的手(或身体的它部位)。
这就是为什么去年10月下旬，当Woot网购平台以19.99美元的价格出售Dremel HSLM-01 3合1数字测量工具时，我一看到就雀跃不已，立马出手购入三个：一个作为圣诞礼物送给我姐夫，另一个送给我自己，第三个就用来拆解。

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看看另一张照片，其中的标签可能更有助于解释您刚才看到的内容。而且，在此设备屏幕上其实还显示着更有意义的信息范例：

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默认的激光配置号称能以±1/8英寸的精度，可靠地支持测量超过50英尺：

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而其圆附件(Wheel Adapter)可以用来测量弯曲表面：

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卷尺配件(没错，我无法完全摆脱卷尺，但至少这款工具是可选的，而且在某些情况下仍有用武之地)在评估周长时更为精确：
那让我们开始拆吧！先来看看这次拆解的目标，首先是必备的外盒照：

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再来看看里面有些什么东西：

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这只是部分的文件数据，以及随附的两节AAA电池，我会将它们好好地用在其他地方。仔细看看竟还有Arm和意法半导体(ST)的技术授权？这可真让人好奇！
接来是设备顶部的快照，照例附上一枚直径为0.75英寸(19.1mm)的一美分硬币，用于尺寸的对照；同时，翻过来瞧瞧并不那么令人兴奋的底部照片：

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现在正是从概念上解释这些设备如何运作的好时机。维基百科(Wikipedia)一般将它称为激光测距仪：
激光测距仪(laser rangefinder或laser telemeter)，是一种使用激光束测定物体距离的测距仪。最常见的激光测距仪是根据飞行时间(time of flight；ToF)原理进行操作，即向目标发送一束窄激光脉冲，然后测量脉冲从目标反射并返回发送者所需的时间。由于光速较快，这种技术不适合高精度的次毫米测量，在此情况下通常使用三角测量或其他技术。这是一种无扫描的激光光达(LiDAR)。
% d# Z, I6 g& T* u9 f ~7 s! D如上所述，它所采用的基本原理被称为“飞行时间”，是计算机视觉和其他应用中辨别深度的三种最常用方法之一(与人类视觉系统采用的立体视觉和Microsoft Kinect最初采用的结构光并列）。在前一张图片中，右边是激光照明发射器(Class 2且
左侧和右侧的纹理和橡胶材质(便于使用者的手牢固握持)也是如此(左侧底部的两孔结构设计可能是用于包装中未随附的“皮带”)：

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我故意把正面拍得偏离中心一些，以避免光滑的显示器和外壳表面反光；表面较暗的背面则没有反光问题：

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我不知道电池盒内的白色长方形物体是什么，也没有勇气将其切开来进行更彻底的检查(可能会是RFID跟踪标签，读取器？)：

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这张背面标签的特写可以作为我最初拆解步骤的图片说明。而且，正如我所猜测到的，其下还有螺丝！
你应该知道接下来会发生什么…让它完全拆解！

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我们大致上已经能够看到右上角的激光发射器功能模块(配有散热片)和左上角的接收器功能模块。事实上，整个内部组件都可以直接取出来，无需再拧螺丝、拆胶水等。

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从方向的角度来看，右侧现在看到的是外壳前半部的内部情况。请注意先前提到的三个顶部金属触点的金属延伸部分，它们很可能压在印刷电路板(PCB)本身搭配的触点上(柔性的？)。
现在我们可以将它翻转过来，第一次看到PCB的另一面(甚至更裸露)。另一张照片是先前已经看过的角度的照片，不过这次是没有外壳的；甚至也可以再从不同角度看看：

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你可能已经猜到了，显示器除了以软性线缆与PCB连接之外，并未连接至PCB，因此可以很容易地来个180°翻转。

而说到翻转，让我们把整个PCB翻过来背面，现在也可以看到已经没有之前固定它的外壳束缚了：

换几个角度看看：

看到那两颗螺丝了吗？从拆卸的角度来看，就算拧下这两颗螺丝也无法让我们更进一步。

但拧下在上面的另两颗螺丝后，就大功告成了：

将PCB翻转过来，并在PCB和ToF子之间插入一个“楔子”(小号一字螺丝起子)，直接将后者卸下：

这是现在露出的ToF模块底部，以及之前看到的正面和末端，这次没有PCB：

原本还在ToF模块下方这个才刚露出来的是系统处理器，即采用Arm Cortex-M0的ST STM32F051R8T7处理器(令人惊喜！但如果您还记得之前的授权数据就不一样了……)。

另外新显示的是左侧的激光器，它为同侧ToF模块光学器件提供信号，右侧是由模块另一半光学组件提供信号的图像传感器(请注意，在这个方向上，PCB与其正常操作时的配置是颠倒的)。然后，我差点就迫止步于此了，幸好在底座顶部边缘的三个金属触点引起了我的兴趣：

适配器中一定有匹配的电路，对吧？我想还是先满足一下好奇心再说。反正也不分先后顺序，就先从长期以来的测量媒体克星—Tape Adapter测量卷尺开始，分别是正视图、俯视图以及底视图，并露出之前预告过的接脚：

左侧和右侧照片，这让我们第一次看到了胶带末端的尖端：

再从背面看看两个尖端：

上次剥离标签成功了，为什么不再试一次呢？

揭露开来的是两个塑料标签，我好像有点健忘，马上就把它们给忘了(敬请期待)。毕竟，顶部的接缝看起来很诱人，对吧？而且，看起来这个动作的效果还不错：

看看顶盖内部照，在它中间的凹槽与转轴“弹簧”一侧的末端相吻合，很快就会看到；另一张是外壳底面的内部，看到中间圆孔底部有一个IC吗？让我想想…
现在来看看通常位于二者之间的转轴。先看俯视图。盘绕的金属弹簧通常会完全嵌入于塑料件中，其末端则插入之前看到的顶盖内凹槽；从底面照来看，至少胶卷并非采用可能伤到手的金属：

安装在适配器中使用时的侧视图。顺便说一下，那个圆孔里的转轴……是金属的。(还记得之前说过用橡皮筋保持布质卷尺整洁的方法吗？)：

接下来让我详细说明之前说过的“忘了塑料标签”那件事。起初一切都很顺利…

后来，我被卡住了，无法再用力把内部组装拉出来。于是，我把之前看到的一字螺丝起子卡在一旁，然后用楔子使其摇出来：

遗憾的是，在此过程中弄坏了PCB上的一个IC：

如果我把两个塑料片都取下来，那就可以开心地回家了。“活到老，学到老”，所幸我还能辨认出封装标记。较大的芯片也是ST生产的(毫不意外！)，这是另一款采用Arm Cortex-M0的微控制器(MCU)——STM32F030F4。一开始，我以为另一款IC (我们之前在圆孔底部看过)可能是霍尔效应传感器，但事实并非如此：它是恩智浦半导体(NXP Semiconductors)的KMZ60磁阻角度传感器，集成了放大器，通常用于角度控制应用和无刷直流(DC)马达。在此情况下，使用者的肌肉就是马达！有意思吧？
现在来看看这款工具的另一个附件—Wheel Adapter，正面照与顶部：

底部(又是插销！请注意，之前看到的神秘白色条带用于斜顶适配器下方的支撑设备)，以及贴有卷标的背面：

去掉标签：

我真是料事如神，不是吗？但提醒一下我自己：这次可千万别忘了那两个已经露出来的塑料标签。毕竟，这次顺利多了：

但是，这次有两个微型PCB，一个在触针下面，另一个在轮轴上方，由三根线束连接。遗憾的是，在拆卸外壳的过程中，我不知什么时候不慎将连接这个微型PCB和线束之间的连接器折断了：

让我们先回到下方较大的微型PCB，这里采用的主要芯片还是ST的另一款型号为STM32F030F4的MCU：

线束另一端的微型PCB随即弹出：

看起来有点像马达(实际上是Alps Alpine传感器)，对吧？不过这次是由手动驱动的轮轴(而不是以磁带滚动条)提供动力。

因此，这种方法在概念上类似我们之前看到的另一种附件，只是在实现时有所变化。最后，我将展示张先前混淆的公母连接器照片：

(原文刊登于EDN美国版，参考链接：Looking inside a laser measurer，由Susan Hong编译)