100米±2mm高精度激光测距仪，附开发全流程
前言 jlc eda
星火计划，必出精品！且还是与众不同的精品~
绝大部分开源项目都是开源pcb和代码，好点的再加个结构，但是这些过程是如何从无到有的呢？很少有人会详细解答！
本次工程将手把手教你从硬件选型，原理图pcb，软件编程和结构建模……
我会从几个方面，全方位介绍我们开发一个产品的流程！
包含：
规格书解读、元器件选型；
原理图pcb；
软件编程；
结构建模；
面板绘制。
工程描述 jlc eda
使用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，和其他对比精度是很高的！
了解pls-k-100激光测距仪 jlc eda
先简单的看看模块的参数。
参数图
pls-k-100测量精度高，测量速度快，安装操作简单。已广泛用于家装测量，工业控制等各领域。
产品特点：
体积小巧
重量轻
测距距离远，可达100m
精度高，最高可达1mm
耐高低温-30~+60℃，常温款0-40℃
模块图
从选型到绘制原理图 jlc eda
元器件选型+mcu选型+编程选型+需求分析+原理图。
这一部分是整个文章最核心部分！！
01确定核心元器件
首先你需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，复杂的产品甚至是有多个核心元器件。
例如：手机的核心元器件就是soc；蓝牙音响的核心器件是功放和蓝牙芯片。以蓝牙音响举例，你要想好是侧重蓝牙芯片还是侧重功放，再选型。
这个激光测距仪的核心元器件就是——pls-k-100激光测距仪模块。
这个模块是串口通讯的，所以mcu只要有串口通信都可以使其工作。
其他像电源芯片和mcu都是非核心元器件。原理图上只需要接到mcu的串口脚即可。这里我使用hdr2.54排针连接到主板，此外还需要接上拉电阻。
02预选mcu
因为这个元器件可以通过串口通信，然后接收指令和发送测量数据，因此mcu选有串口通信的mcu，像是esp32、普通的51单片机、stm32、甚至上树莓派等arm的处理器都是可以的。
但是这都需要功能需求分析后才能选，这里先告诉大家选用的是esp32。
03选定编程软件
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。
如果是简单的做点东西，我还是更推荐使用arduino。
04确定功能需求
那么确定了核心器件和mcu这种主要需求后，剩下的就是其他需求了。
其他需求指的是什么呢?
最简单的就是看系统的输入输出。
我举一些例子：
有无外置电池？是一直插电使用还是随身携带使用？
如果有电池需求，那么电池电压选择？
电池低于系统电压？需要升压芯片
电池高于系统电压？需要降压芯片
有无用户输入？如何输入？使用按键还是摇杆？使用鼠标还是键盘？使用触屏还是语音识别？细分一下又可以分为：按键是io输入还是adc输入？摇杆是adc输入还是编码输入？
有无用户输出？如何输出？使用屏幕还是led灯？使用震动还是机械反馈？使用蜂鸣器还是语音播报？这里也可以细分：led灯是否需要呼吸灯？led灯有几盏，多的话是否需要译码器？屏幕是否需要驱动芯片又或者直接驱动？
05看看别人是怎么做的
我找来了一个优利德的lm150e+ 150m激光测距仪，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：屏幕显示距离、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，因此才测得距离。
看完了别人的那我们就仿照它来做吧。
06确定输入按键
首先输入是肯定用按键，因为这种产品有时你是看不见测量的屏幕。
比如测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。
然后就是按键数量，优利德的一共有7个按键：
开机兼测量模式的复合按键
测量长宽高算体积面积的按键
储存按键
多组数据加减求和的按键
基准切换的按键
蜂鸣器开关的
关机和清零复合按键
我们简单点，就要个测量，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，我想要一个单纯的激光开关，不测量，我想把测量模式分开……
那么一套下来我们就一共需要至少8个按键：
蜂鸣器开关
激光开关
基准切换
单位切换
连续测量
单次测量
开机
关机
然后这就有一个问题：
我们电池产品的话要考虑低功耗，所以用按键开关机就要做开机电路，关机电路等。
但是想简单点的话直接做一个硬开关，开关电池的供电就好了。
所以以上，就确定要有6个按键，一个开关。
07确定屏幕输出
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，彩色屏的话成本会高，而1602屏显示的信息就又太少了。如果想要经济又实惠，可以用oled。
虽然是单色但也足够。
使用带驱动的模块oled屏幕，可以用spi或者iic通讯，这种不是需要快速显示的。
为了节省io先预选iic通讯，原理图上需要上拉电阻：
08确定外围
除了主要的输入输出外，我还需要加入其他外围，方便用户指示或者调试用。
①蜂鸣器
用于提示用户，需要加三极管驱动，原理图上只需要当下管，io驱动即可：
②激光指示灯
用于提示用户前激光是否打开，不需要用眼睛去看，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串口输入输出
用于方便调试和升级烧录用，这里就用ch340c把。
这个前期可以用，后期产品开发成型后可以做空焊。
看规格书搭好电路。
需要注意的是v3脚，3.3v直接接3.3v，5v要外接退耦电容。
我这里使用的是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。
④电池电量和充电指示
如果要使用到电池电量指示那么首先要检测，很明显需要用adc检测，而充电器是否插入可以用io或者adc检测。
09确定mcu和io分配
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，这是一个动态调整的过程。
比如前面选择了资源较少的mcu，后面需求多了，那么就要更换更大资源的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，因此需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adc*2？
电池电量检测：adc
充电器插入检测：adc或io？
屏幕：iic或spi？
那么需要一个mcu要有两个uart，adc1~3路，io2~8或10，iic或spi。
最好是硬件的，虽然很多时候软件也能模拟，但是没有硬件效率高。
mcu这部分io分配需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不够。
经典stm32f103c8t6备选。
esp32 备选
还有很多很多mcu都是可以的，mcu满足需求后反过来再看看编程环境和现有的库。
第3节推荐过arduino开发。
实际上stm32f103c8t6也是支持arduino的，esp32也是，都可以使用很多现成的库。
不过综合考虑后还是选择esp32，主要理由是：
现阶段stm32f103c8t6支持arduino不够完善；
esp32支持wifi，后续可以增加联网功能；
外围简单，无需晶振。
然后回过头来在确定按键全部可以用io，比较好开发，屏幕用iic。
最后就是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，拉高启动失败就不能接上拉的iokey等等，这些都需要做调整。
然后除了看以上情况还需要看pcb的布线是否走得通，好不好出现，走不走的顺，走不了只能调换io，这些是要pcb画到一半再回过头来调整的。
选择好mcu后还需要画上mcu外围，也就是最小系统电路。
对于esp32最小系统基本上就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掉。
如果是stm32等还需要外围晶振电路。
10确定电池和电源系统
首先这种手持产品不可能说接着个ac电，type-c5v来用，这样很不方便，因此电池肯定是要有，那选什么电池？选多大的呢？
主要还是看各个元器件的输入电压范围。
那么我们需要找规格书。
关于如何找规格书，有空我可以写个文章单独讲如何找，这里先直接给出来：
mcu
蜂鸣器
激光测距模块
ch340
oled屏幕
以上就是主要元器件的工作电压范围，除了mcu和激光测距模块是在3.3v，其他都可以到3.3~5v。
综合考虑各个系统给定3.3v。
然后就是确定电源（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况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，这里更推荐使用dcdc。
因为大多数ldo需要有0.1~1v的压差才可以使用。
例如：1v压差需要4.3v才能降压到3.3v，而我们电池电压会波动，所以大多数ldo都用不了，而且我们希望一个电源降压芯片就给整个系统供电，因此使用dcdc效率更高而且电流带载能力越大。
这里使用我经常用的一颗lp3220。
根据数据手册上典型应用图就可以搭出来电路了。
可以带1.2a电流，而且可以低压差甚至无压差输出。
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，这就需要升降压芯片了，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），那么推荐用dcdc直接到3.3v是最好的，但是两节锂电池又需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的话就不推荐了，要经常买，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。
综合考虑下来还是使用单节锂电池最为经济。
11电源管理芯片和电源路径
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+需求分析+原理图就完了！
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包含：
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软件编程；
结构建模；
面板绘制。
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体积小巧
重量轻
测距距离远，可达100m
精度高，最高可达1mm
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模块图
从选型到绘制原理图 jlc eda
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这一部分是整个文章最核心部分！！
01确定核心元器件
首先你需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，复杂的产品甚至是有多个核心元器件。
例如：手机的核心元器件就是soc；蓝牙音响的核心器件是功放和蓝牙芯片。以蓝牙音响举例，你要想好是侧重蓝牙芯片还是侧重功放，再选型。
这个激光测距仪的核心元器件就是——pls-k-100激光测距仪模块。
这个模块是串口通讯的，所以mcu只要有串口通信都可以使其工作。
其他像电源芯片和mcu都是非核心元器件。原理图上只需要接到mcu的串口脚即可。这里我使用hdr2.54排针连接到主板，此外还需要接上拉电阻。
02预选mcu
因为这个元器件可以通过串口通信，然后接收指令和发送测量数据，因此mcu选有串口通信的mcu，像是esp32、普通的51单片机、stm32、甚至上树莓派等arm的处理器都是可以的。
但是这都需要功能需求分析后才能选，这里先告诉大家选用的是esp32。
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如果是简单的做点东西，我还是更推荐使用arduino。
04确定功能需求
那么确定了核心器件和mcu这种主要需求后，剩下的就是其他需求了。
其他需求指的是什么呢?
最简单的就是看系统的输入输出。
我举一些例子：
有无外置电池？是一直插电使用还是随身携带使用？
如果有电池需求，那么电池电压选择？
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有无用户输入？如何输入？使用按键还是摇杆？使用鼠标还是键盘？使用触屏还是语音识别？细分一下又可以分为：按键是io输入还是adc输入？摇杆是adc输入还是编码输入？
有无用户输出？如何输出？使用屏幕还是led灯？使用震动还是机械反馈？使用蜂鸣器还是语音播报？这里也可以细分：led灯是否需要呼吸灯？led灯有几盏，多的话是否需要译码器？屏幕是否需要驱动芯片又或者直接驱动？
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输入：两节aaa电池、按键、激光测距模块
输出：屏幕显示距离、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，因此才测得距离。
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首先输入是肯定用按键，因为这种产品有时你是看不见测量的屏幕。
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多组数据加减求和的按键
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蜂鸣器开关
激光开关
基准切换
单位切换
连续测量
单次测量
开机
关机
然后这就有一个问题：
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但是想简单点的话直接做一个硬开关，开关电池的供电就好了。
所以以上，就确定要有6个按键，一个开关。
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但是这种仪器，彩色屏的话成本会高，而1602屏显示的信息就又太少了。如果想要经济又实惠，可以用oled。
虽然是单色但也足够。
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为了节省io先预选iic通讯，原理图上需要上拉电阻：
08确定外围
除了主要的输入输出外，我还需要加入其他外围，方便用户指示或者调试用。
①蜂鸣器
用于提示用户，需要加三极管驱动，原理图上只需要当下管，io驱动即可：
②激光指示灯
用于提示用户前激光是否打开，不需要用眼睛去看，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串口输入输出
用于方便调试和升级烧录用，这里就用ch340c把。
这个前期可以用，后期产品开发成型后可以做空焊。
看规格书搭好电路。
需要注意的是v3脚，3.3v直接接3.3v，5v要外接退耦电容。
我这里使用的是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。
④电池电量和充电指示
如果要使用到电池电量指示那么首先要检测，很明显需要用adc检测，而充电器是否插入可以用io或者adc检测。
09确定mcu和io分配
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，这是一个动态调整的过程。
比如前面选择了资源较少的mcu，后面需求多了，那么就要更换更大资源的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，因此需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adc*2？
电池电量检测：adc
充电器插入检测：adc或io？
屏幕：iic或spi？
那么需要一个mcu要有两个uart，adc1~3路，io2~8或10，iic或spi。
最好是硬件的，虽然很多时候软件也能模拟，但是没有硬件效率高。
mcu这部分io分配需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不够。
经典stm32f103c8t6备选。
esp32 备选
还有很多很多mcu都是可以的，mcu满足需求后反过来再看看编程环境和现有的库。
第3节推荐过arduino开发。
实际上stm32f103c8t6也是支持arduino的，esp32也是，都可以使用很多现成的库。
不过综合考虑后还是选择esp32，主要理由是：
现阶段stm32f103c8t6支持arduino不够完善；
esp32支持wifi，后续可以增加联网功能；
外围简单，无需晶振。
然后回过头来在确定按键全部可以用io，比较好开发，屏幕用iic。
最后就是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，拉高启动失败就不能接上拉的iokey等等，这些都需要做调整。
然后除了看以上情况还需要看pcb的布线是否走得通，好不好出现，走不走的顺，走不了只能调换io，这些是要pcb画到一半再回过头来调整的。
选择好mcu后还需要画上mcu外围，也就是最小系统电路。
对于esp32最小系统基本上就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掉。
如果是stm32等还需要外围晶振电路。
10确定电池和电源系统
首先这种手持产品不可能说接着个ac电，type-c5v来用，这样很不方便，因此电池肯定是要有，那选什么电池？选多大的呢？
主要还是看各个元器件的输入电压范围。
那么我们需要找规格书。
关于如何找规格书，有空我可以写个文章单独讲如何找，这里先直接给出来：
mcu
蜂鸣器
激光测距模块
ch340
oled屏幕
以上就是主要元器件的工作电压范围，除了mcu和激光测距模块是在3.3v，其他都可以到3.3~5v。
综合考虑各个系统给定3.3v。
然后就是确定电源（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况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，这里更推荐使用dcdc。
因为大多数ldo需要有0.1~1v的压差才可以使用。
例如：1v压差需要4.3v才能降压到3.3v，而我们电池电压会波动，所以大多数ldo都用不了，而且我们希望一个电源降压芯片就给整个系统供电，因此使用dcdc效率更高而且电流带载能力越大。
这里使用我经常用的一颗lp3220。
根据数据手册上典型应用图就可以搭出来电路了。
可以带1.2a电流，而且可以低压差甚至无压差输出。
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，这就需要升降压芯片了，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），那么推荐用dcdc直接到3.3v是最好的，但是两节锂电池又需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的话就不推荐了，要经常买，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。
综合考虑下来还是使用单节锂电池最为经济。
11电源管理芯片和电源路径
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+需求分析+原理图就完了！
光纤封装UV胶固化的特点以及应用优势的介绍
三星Note9国行评测 一款过于求稳的全球旗舰
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区块链技术的应用有望解决供应链金融的发展痛点
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