附开拓全流程：100米±2mm高精度激光测距仪_按键_激光

本次工程将手把手教你从硬件选型，事理图PCB，软件编程和构造建模等几个方面，先容我们开拓一个产品的流程。

大概目录如下：

规格书解读、元器件选型：

事理图PCB：

软件编程：

构造建模：

面板绘制：

1.简介

全文8000多字，建议先收藏再查看。

利用PLS-K-100激光测距仪模块+ESP32做MCU，可以实现100米±2mm高精度激光测距，就算是和小米的激光测距仪比较，这个精度也是很高的。

2.理解PLS-K-100激光测距仪模块（花费10~30分钟）

先大略地看看模块的参数。

PLS-K-100具有丈量精度高，丈量速率快，安装操作大略等特点。

已广泛用于家装丈量，工业掌握等各领域。

这一部分是全体文章最核心部分！

首先你须要知道你做的这个东西的核心元器件是什么。

不同的产品可能有不同的核心元器件，繁芜的产品乃至是有多个核心元器件。

例如手机的核心元器件便是SOC、蓝牙音响的核心器件是功放和蓝牙芯片，那这要看如何选型，侧重蓝牙芯片还是侧重功放。

像这个激光测距仪的核心元器件便是这个PLS-K-100激光测距仪模块，由于这个模块是串口通讯的，以是MCU只要有串口通信都可以使其事情。
其他像电源芯片和MCU都是非核心元器件。

事理图上只须要接到MCU的串口脚即可

这里我利用HDR2.54排针连接到主板，此外还须要接上拉电阻。

由于这个元器件可以通过串口通信然后吸收指令和发送丈量数据，因此MCU选有串口通信的MCU：ESP32、普通的51单片机、STM32、乃至上树莓派等arm的处理器都是可以的。

但是这都须要功能需求剖析后才能选的，这里先见告大家选用的是ESP32。

至于选用什么MCU又关系到你选择编程软件的问题，例如STM32，可以支持keil、ST官方的CUBE mx、IAR arm版、VsCode、arduino。
ESP32也可以用官方的IDE或者arduino等。

如果是大略地做点东西，我还是更推举利用arduino。

那么选好核心器件和MCU后，这两个比较紧张的东西基本上是选定了，那么剩下的便是其他需求了。

其他需求指的是什么呢?最大略的便是看系统的输入输出。

我举一些例子：

那么我找来了一个优利德的LM150e+ 150m激光测距仪看看。

就看系统的输入输出。
输入：两节AAA电池、按键、激光测距模块输出：屏幕显示间隔、激光测距模块

在这里激光测距仪是输入也是输出，输出了激光然后输入了激光反馈，因此才测得间隔。

看完了别人的那么我们就仿照它来做吧：

首先输入是肯定用按键，由于这种产品有时你是看不见丈量的屏幕，比如丈量缝隙的时候你的眼睛就不能盯着触摸屏，如果用触摸屏那不如实体按键来的准确。

然后便是按键数量。
优利德的一共有7个按键：

那么我们大略点，就要个丈量，基准切换，开关机，蜂鸣器开关。

然后我们再加点其他东西，比如说优利德的没有单位切换，那我加一个单位切换。

我想要一个纯挚的激光开关，不测量。

我想把丈量模式分开。

那么一套下来我们就一共须要至少8个按键：

然后这就有一个问题：

我们电池产品的话要考虑低功耗，以是用按键开关机就要做开机电路，关机电路等，但是想大略点的话直接做一个硬开关，开关电池的供电就好了。

以是以上，就确定要有6个按键，一个开关。

输出用的屏幕可以用彩色屏，1602屏，也可以用OLED，但是这种仪器彩色屏的话本钱会高，而1602屏显示的信息就又太少了，果想要经济又实惠，可以用OLED，虽然是单色但也足够。

利用带驱动的模块OLED屏幕，可以用SPI或者IIC通讯，这种不是须要快速显示的，为了节省IO先预选IIC通讯的。

事理图上须要上拉电阻：

3.8确定外围

除了紧张的输入输出外，我还须要加入其他外围，方便用户指示或者调试用

用于提示用户。
须要加三极管驱动

事理图上只须要当下管，IO驱动即可：

3.8.2.激光指示灯

用于提示用户前激光是否打开，不须要用眼睛去看，虽然是二类激光产品，但是看久了还是对眼睛不好。
LED想用IO直接驱动：

3.8.3串口输入输出

用于方便调试和升级烧任命（这个前期可以用，后期产品开拓成型后可以做空焊），这里就用CH340C把看规格书搭好电路。

须要把稳的是V3脚，3.3V直接接3.3V，5V要外接退耦电容。
我这里利用的是USB的5V直接供电。

当然如果是STM32可以留JTAG或者SWD，这部分可以等选完MCU再回过来确定，也是可以的。

如果要利用到电池电量指示那么首先要检测，很明显须要用ADC检测，而充电器是否插入可以用IO或者ADC检测

那么输入输出和外围都预选后，就要选择MCU了。
实际上确定MCU可以在前面，也可以在这里，这是一个动态调度的过程。
比如前面选择了资源较少的MCU，后面需求多了，那么就要改换更大资源的MCU，如果一开始就选很多资源的MCU也是可以的，但是这样就不经济，因此须要结合需求综合的确定出MCU。
首先先确定外围，通讯，IO数量：核心，激光测距仪模块：UART蜂鸣器：IO调试：UART按键：IO6或ADC1或ADC2？电池电量检测：ADC充电器插入检测：ADC或IO？屏幕：IIC或SPI？那么须要一个MCU要有两个UART，ADC1~3路，IO2~8或10，IIC或SPI的最好是硬件的，虽然很多时候软件也能仿照，但是没有硬件效率高。

MCU这部分IO分配须要仔细去看规格书或者IO解读才能知道

传统8051单片机没有硬件IIC，ADC，直接不看

ESP8266 IO不足

经典STM32F103C8T6备选

ESP32 备选

还有很多很多mcu都是可以的，那么MCU知足需求后反过来再看看编程环境和现有的库。
3.3节推举过arduino开拓，实际上STM32F103C8T6也是支持arduino的，ESP32也是，都可以利用很多现成的库。
不过综合考虑后还是选择ESP32，紧张情由是：

然后回过分来在确定按键全部可以用IO，比较好开拓，屏幕用IIC

末了便是MCU分配IO了首先先按照那些IO口能输入，能输出，功能复用等先分配

例如ESP32，有些IO是开机会输出PWM啊，或者只能输入不能输出。
比如说开机会输出PWM最好就不能接LED啊蜂鸣器的，拉高启动失落败就不能接上拉的IOKEY等等，这些都须要做调度。
然后除了看以上情形还须要看PCB的布线是否走得通，好不好涌现，走不走的顺，走不了只能调换IO，这些是要PCB画到一半再回过分来调度的。

选择好MCU后还须要画上MCU外围，也便是最小系统电路。
对付ESP32最小系统基本上便是电源和复位电路了。

当然我集成到CH340自动下载电路了，因此这两个按钮实际上可以省却

如果是STM32等还须要外围晶振电路

首先这种手持产品不可能说接着个AC电，TYPE-C5V来用，这样很未便利，因此电池肯定是要有，那选什么电池？选多大的呢？紧张还是看各个元器件的输入电压范围。
那么我们须要找规格书，那么关于如何找规格书的话有空我可以写个文章单独讲如何找，这里先直接给出来：

以上便是紧张元器件的事情电压范围，除了MCU和激光测距模块是在3.3V，其他都可以到3.3~5V。

综合考虑各个别系给定3.3V

然后便是确定电源（电池）：如果是一节锂电池（4.2V~3.2V，3.7V额定），那么又有两种方法：

1.是升压到5V然后降压到3.3V

2.是直接降压到3.3V

实际上锂电池大多数情形到后面压降很厉害了，能用的基本都在3.3V以上，考虑到经济和损耗，不如直接降压到3.3V。

那么降压又有DCDC和LDO，这里更推举利用DCDC，由于大多数LDO须要有0.1~1V的压差才可以利用，例如1V压差须要4.3V才能降压到3.3V，而我们电池电压会颠簸，以是大多数LDO都用不了，而且我们希望一个电源降压芯片就给全体系统供电，因此利用DCDC效率更高而且电流带载能力越大。

这里利用我常常用的一颗LP3220。

根据数据手册上范例运用图就可以搭出来电路了。

可以带1.2A电流，而且可以低压差乃至无压差输出，例如3.4V输出3.3V，3.3V输出3.3V，当然3.2V不可能输出3.3V，这就须要升降压芯片了，但是这里没有必要用到升降压。

如果是两节锂电池串联（8.4V~6.4V，7.4V额定），那么推举用DCDC直接到3.3V是最好的，但是两节锂电池又须要考虑电池均衡的问题，还有电池的管理芯片和外围也比单节的多得多，因此不如用单节锂电池。

干电池的话也是可以的，但是自己做DIY的话就不推举了，要常常买，两节干电池串联实际上只有2.几V的电压，基本上是升压了。

综合考虑下来还是利用单节锂电池最为经济。

选定电池单节锂电池后要考虑充电问题，充电芯片有很多，我这里选的是TP5100，单节充电可以上到2A，不过我选用的是1A电流。

然后要考虑路径管理，很多电池产品例如手机，可以边用边充电，但是考虑到激光测距仪专用性比较强，也不是24小时都要插电用的，更多是手持的时候，因此没做路径管理。
当然要做路径管理也是可以的，如下：

边用边充，5V给电池充电同时给系统5V供电，没有5V时用电池供电。

那么到这里元器件选型+MCU选型+编程选型+需求剖析+事理图就完了。

4.前期搭建平台验证可行性和调试（花费2小时）

对付上面的MCU和各种选型，我们先可以不焦急画PCB。

我先推举用杜邦线和面包板的办法按照上一步画的事理图先搭建一套大略的平台出来。

好处：

那么这套平台至少包含：

那么搭建这个平台有什么好处呢？

便是验证过自己的紧张的电路是OK的没问题，那么就解释前期画的事理图是没有基本问题的。
我不敢打包票说一定没问题，但是大问题是肯定没啥的。

我做的一些项目也是前期搭平台的。

这是今年5月的瑞萨演习营的数据无线采集搭的平台。

当然那次传感器很多，由于核心元器件都是传感器，以是看着接线很乱。

但是至少我搭过平台的项目基本上都是打一次板就全部功能通的。

5.PCB（花费绘制1.5小时，焊接1.5小时）

绘制和焊接PCB要点。

5.1PCB绘制

事理图绘制完成那便是绘制PCB了

这是我的PCB，当然还有很多要优化的地方。

例如ESP32天线处不要铺铜乃至锣空，ESP32的IO不顺，须要调度位置等，不过这些都是小问题。

我们来看看首先要先干什么。

首先是按照构造板框和构造元器件来摆放，例如按键，开关，TYPE-C口位置。

一样平常流程是板框构造先给出来，但是这里我是现有PCB再有构造的。

如果是现有PCB再有构造的话就特殊要把稳上面交互元器件的摆放了，要摆放在得当的位置。

由于是做手持产品，因此板能画多小就多小。

我这里先是摆放了六个按键，然后再摆放TYPE-C，再摆放开关和屏幕。

交互元器件定下来后就画上板框大概框住。

然后就大致布局其他元器件。

布局元器件原则便是连接只管即便走短，并且留有能够走线的空间。

然后就可以布线了。

布线先走高速差分旗子暗记，再走其他小旗子暗记，末了再走电源。

我的习气是这样，后面两个也可以调换，但是一定要先走高速差分旗子暗记。

这块板看上去就USB “串口” IIC这几个算是比较高速的了，但只有USB是差分，其他两个也可以走差分。

走好线后调度好各个元器件的丝印，当然也可以全部隐蔽，比较俊秀。

在其他空的地方打上地孔，铺上地铜，检讨DRC就可以愉快的发板了。

5.2PCB焊接

那么打完板回来便是焊接了

首先我推举的焊接顺序是：1.TYPE-C座子2.TP5100芯片3.CH340C芯片4.电源芯片LP32205.MCU ESP326.其他贴片物料7.插件物料

为什么会推举这样的顺序呢？

首先整张板最难焊接的该当便是TYPE-C座子和TP5100芯片了，先焊接比较难的芯片，万一把PCB板弄坏了也没紧要，由于没焊其他东西。
如果你其他东西全都焊完了，就差这个TYPE-C插座了，但是你一个失落手把铜皮扯出来还是怎么样的弄坏了，那真的是寄了。

那么想要避免这种况的发生，那最好的办法便是先焊接这个TYPE-C插座，然后在焊接比较难的，例如TP5100，这是QFN封装的一个芯片，虽然不算难，但是对付新手来说还是有寻衅的。

以是一样平常都是先焊接比较难的又便宜的物料，然后再焊接芯片。

芯片的焊接顺序当然也是有讲究的。

我先焊接了TP5100是由于TP5100便宜，而且比较难焊接。

然后其他芯片都不是很难，但是他有一个价格CH340C芯片的价格是最便宜的，然后是到LP3220，末了是到MCU ESP32。

芯片先从最便宜的开始焊，然后到最贵的，这样就算焊错了也不会有太大丢失。

焊接完先上电看看3.3V有没有正常产生就可以了。

电源不短路便是OK，再看看充电是否正常等。

其余便是焊好喇叭后直接焊接OLED屏幕，不用母座对插，这样屏幕不会突出来，可以查看后面装置3D。

按键推举6x6x13的，这样亚克力是按压装的，看后面装置。

如果按键超过亚克力可以推盖安装，看后面的爆炸图。

6.外壳构造绘制（花费6小时）

本工程将利用SOLIDWORKS进行外壳绘制，外壳文件已经在附件中。

前面讲过一样平常开拓流程都是先有构造再有PCB，然后给出PCB板框，不过我们现在以硬件主导，因此先导入PCB再有构造。

利用嘉立创EDA专业版绘制，选择元器件的时候已经选择了带有3D封装的元器件了：

然后我们到PCB设置板厚。

设置为你打板的厚度，默认1.6mm，这样导出才是板厚1.6mm的。

然后选择导出3D文件。

选择类型选择STEP 工具选择PCB+元件模型。

导出STEP文件。

打开SW后直接选打开。

查看所有类型，选择刚刚导出的文件。
然后等待导入SW。

提示没有默认模板，请在设置中选择默认模板。

默认因此装置体形式打开的，PCB和各个元器件是一全体零件

6.3绘制/导入激光测距仪和OLED屏幕和按钮

韶光关系已经画好。

合营好PCB的关系即可。

PCB和激光测距仪间隔适宜即可，不要太多。

OLED和PCB间隔5.2，OLED底部PCB应顶住蜂鸣器，蜂鸣器的3D彷佛被我搞不见了hhh。

大略拉个BOX就好了。

沿着PCB和激光测距仪外框框围起来就好啦，激光测距仪记得留螺丝柱固定定位柱记得加加强筋。

PCB板支撑固定也要加倒角加强。

内部做好倒角。

TYPEC做实在可以再收进去一点。

两边缩进，做导轨以放置亚克力，导轨高度应稍高于按键。

那么要把稳的点便是这些。

电池仓大小：50x40x5.2可以了。

如果是推盖安装那么按键长度还要再长点，目前淘宝没找到，只能自己画然后打印。

可以到三维猴愉快下单了。

6.7绘制亚克力DXF

绘制完外壳要根据滑轨大小制作亚克力大小。

滑轨预留2.25mm，因此亚克力厚度2mm。

长宽83x54.2mm。

留下公差，宽度选择53.5mm，长度可以一样，厚度2mm。

亚克力切掉开关部分和留个按键的键帽直径+0.2~0.3mm即可。

6.8导出亚克力DXF

画完亚克力后须要导出dxf到立创EDA专业版中绘制亚克力争案供应避位。

选中亚克力零件后选择另存为一个零件。

另存为零件得到亚克力的3D。

新建一个工程图。

双击亚克力零件。

选择视图。

便会天生多个视图，我们只须要上面那个即可，我们可以导入到立创EDA里再删除也可以。

我们导出DXF，然后点击选项。

确认输出1：1是激活的。

然后保存即可。

可以做一下爆炸图。

爆炸图演示的是亚克力推盖安装，实际上我是按压安装，这个是看你按钮高度，上面已经说过了，这里不再重复。

爆炸动图

7.亚克力面板（花费30分钟）

先导入DXF。

新建面板文件后选择导入dxf。

选择上一步导入的亚克力DXF。

删掉其他，只保留顶视图投影。

我们就得到外框了。

把稳，为了放置比例不对，请先查看一下长宽是否和3D绘制的一样。

然后就可以愉快的画面板了。

中间的控做挖空。

表面做板框即可。

利用立创EDA专业版面板编辑后导出文件到立创面板打样。

1.先接上电池和激光测距仪接线

2.电池后贴双面胶，建议用随意马虎撕下的

3.安装电池，安装时紧贴外壳末了，出线在右下角。
上一步不用双面胶也可以用胶布贴紧

4.安装激光测距模块，打上固定螺丝

5.安装主板

6.打上主板固定螺丝

7.安装亚克力，先安装右侧，再用力按压左侧进入凹槽

8.安装轻触开关按钮帽

9.完成

安装完毕

9.代码编写（花费12小时）

软件是全体项目的灵魂，因此设计须要三思

紧张分为：1.和激光测距仪的通讯2.按键掌握3.OLED显示UI

除了有源码外还有可以直接烧录的bin文件

本次工程中利用到第三方库：u8g2。

紧张是OLED的UI显示库。

9.2激光测距仪通讯部分

紧张是发送掌握指令后读取激光模块回传的数据。

发送指令写在了measursend()内

吸收和数据处理写在了laserread()内

首先要知道我们激光测距仪是接在ESP32的第二串口

因此须要和第一串口，也便是ch340串口进行区分，不要搞错。

Serial是串口1，连接ch340

Serial2是串口2，连接激光测距仪

查看规格书可以看到命令以及对应的指令，返回的数据举例

可以看到发送的指令是固定的，我们只须要用到

把他们存在char里就好了

每个状态用列举存好

用的时候只须要变动状态即可，然后switch就可以作出动作

9.2.3吸收指令

这个就比较麻烦了，由于吸收不是固定的

上面规格书提到 前面6位数据都是固定，后面赤色为丈量间隔结果，黄色为质量，末了绿色为校验和

那么我们就建立一个Distance_raw存放

仔细阅读规格书创造，除了返回正常数据，还会返回缺点码0XEE

那么我们先判断首位是0XEE还是0XAA

如果是EE那么EE传输的只有8位，因此做校验和只须要取8位即可

然后判断校验和，末了判断返回的缺点是什么缺点即可

如果是0XAA，也便是正常数据，那么是做的13位校验和

校验和精确后才会拿第6，7，8，9位间隔存储位数据做运算，然后再换算出间隔，此间隔单位是mm。

Distance_mm = Distance_raw[6] 16777216 + Distance_raw[7] 65536 + Distance_raw[8] 256 + Distance_raw[9];然后再根据Distance_mm 转换出cm和m

末了便是打算出可信度存放到Reliability中。
可信度根据“规格书”，可信度越低，质量越高，丈量越准确。

9.3按键扫描和激光相互之间的逻辑

我们先定每一个状态

按键对应IO

按键扫描

按键处理

我们先看看大略的处理，比如基准，实际上便是相互切换两种状态。

繁芜的像多次丈量和单次丈量，要单次丈量，多次丈量和激光开关状态相互合营来判断做处理。

我们先来点大略的一个按键的。

这是单个激光的流程

从关闭状态到打开激光，到关闭激光，再到丈量关闭状态，把稳，这里的打开激光关闭激光都是发送的指令，只有丈量关闭是MCU不发送东西

同样的丈量也是，这里自动丈量按下第一次实际上只是打开了激光瞄准，再按一次才是丈量。

连续丈量是从关闭状态到连续丈量，然后再退出连续丈量，如果不发送退出代码则会一贯丈量

接着便是单次丈量另一个功能，便是长按单次丈量，2秒松手后丈量，实际上也很大略

打开激光和判断2秒实际上是同时的，打开激光同时已经在打算2秒了

然后便是这三个的相互联动了

如果从其他状态按连续丈量，那么都是退出，如果激光打开状态按下丈量，无论是单次还是多次，都是打开其丈量状态

单次丈量进入的打开激光按下多次丈量是连续丈量

看流程图实在就很随意马虎理解了

那么有个问题，便是单次丈量的2秒，我从多次丈量开启状态长按单次2秒以上会若何？从激光打开长按会若何？

那就要看这个条件是否知足

按键松手前SingleKeyState=0是按下的SingleKeyState=1，和Singlekeyflag=1知足才行

只要按下就Singlekeyflag=1，以是会进入单次丈量。

以是这里是有bug，嘿嘿

该当须要再判断是否在多次丈量模式或者激光打开模式，那这个留给你们做作业把

如果按照我们的顺序实行法，让蜂鸣器IO变高，延迟200ms，然后变低，那么CPU都被蜂鸣器韶光占用了，那么最好的方法是利用定时器

但是ESP32用arduino做定时器我彷佛碰着了一些问题，定时器开不起来不知道怎么回事那我用另一种方法，便是用millis()

这个函数在开机时就会在跑，我们就判断按下的时候当时的韶光，然后加上200ms，然后再获取当前韶光，如果当前韶光大于按下韶光+200ms，那么蜂鸣器已经响了200ms，那么再关闭蜂鸣器就可以了。

这样就不会占用太多CPU资源。

只要蜂鸣器状态开，那么IO变高同时开始计时，然后系统就一贯检测当前韶光<按下时的韶光+200ms，是就复位。

这是不占用CPU资源延时来做的蜂鸣器，当然还是用定时器最大略。

屏幕在这里可以切换0.96或者1.3寸的

中文部分先用取模软件弄好要显示的中文，实际上很多都没用上，由于没做hhh

屏幕代码放在oled（）中

大多数是排版的代码。

还有根据状态显示当前状态的图标判断代码

根据单位选择显示不同单位和代为值的代码

这部分较为大略

这部分做的比较大略，一贯没韶光优化

核心便是注释的那几个

用满电ADC值和没电ADC值这两个固定的值比拟当前的ADC值，打算出当前电压和电量。

当然这里电量是线性的，实际上电池到后面衰减得很快，不是一个线性的过程，但是

留给你们作业优化了。

我没做，还是留给你们的作业

10.末了

写到这里

已经快遇上一个毕业设计了

乃至多次触发平台字数上限

是一个比较完全的硬件软件构造教程了。

实际上很多东西还是没说到，由于里面实在是有点繁芜，不是图文描述能解释的，有补充可以到评论区大家以前谈论哈~

末了感谢星火操持、立创开源社区的白嫖和技能支持

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