手持式激光测量仪

一、项目介绍

      本项目采用国产芯片，兆易创新公司的GD32F303CBT6作为主控芯片，采用TYPEC接口进行供电，同时加入锂电池充放电电路以及电源切换电路，保证使用的便携性，采用VL53L0x激光测量传感器，能够实现2米以内的精确测量，通过按键触发测量，OLED屏幕显示测量数据，蜂鸣器进行提醒。

二、板载资源

• 主控芯片：GD32F303CBT6；
• 电源接口：TYPE-C 6Pin；
• 显示接口：4线OLED显示接口，电池充电指示LED，电源指示灯；
• 启动模式：BOOT模式配置，电阻焊接；
• 调试接口：SWD烧录方式，4Pin直插排针；
• 外设接口：3V有源蜂鸣器，VL53L0x激光测量传感器4Pin接口；

三、优势特点

• 板子外观修长，方便单手握持，尺寸为40mm*99mm（1574.803mil*3897.638mil）；
• 整体布局不算紧凑，方便焊接；
• 芯片以及各传感器价格便宜，功能丰富，性价比高；
• 使用嘉立创优质PCB以及正品元器件，保障产品质量；

四、电路解析

图4-1 手持式距离测量仪原理图

1、电源电路

      电源电路主要由TYPE-C供电电路、电源切换电路和LDO-5V转3.3V电路组成，采用6PinTYPEC接口，简单方便，易于焊接。

图4-2 TYPE-C供电电路

      LDO-5V转3.3V降压电路，从TYPEC或电池来的电源，经过LDO降压输出为3.3V，给主控芯片供电，电容为滤波作用，让输出的电压信号更加平稳。

图4-3 LDO-5V转3.3V电路

      电源切换电路，通过AO34001Amos管配合1N5819肖特基二极管组成电源切换电路，从而实现TYPEC接口与锂电池之间的快速切换。

图4-4 电源自动切换电路

2、主控电路

      GD32F303CBT6采用Cotrx-M4内核，拥有120M主频，128KFlash，32KRAM，这里的电容为滤波作用，在绘制PCB时尽量靠近芯片的引脚进行放置，同时通过电阻来控制BOOT0引脚从而控制启动模式，注意BOOT引脚不能浮空，芯片低电平进入复位，SW2为复位按键，当按键按下时，复位引脚拉低进入复位。

图4-5 GD32F303CBT6主控电路

3、晶振电路

    晶振的作用是给主控芯片提供时钟信号，晶振旁电容的作用是保证输出的震荡频率更加稳定，8Mhz晶振电路为单片机提供时钟信号。

图4-6 晶振电路

4、传感器电路

      采用四线OLED屏幕显示测量数据，模块自身带有上拉电阻，IIC接口可以不用外接。

图4-7 四线OLED屏幕电路

      采用VL53L0x激光传感器模块进行激光测距，模块为IIC通信，同时带有两个控制引脚，模块兼容3.3V和5V电平。

图4-8 激光测量电路

      采用无源蜂鸣器进行测量提示，采用NPN型三极管驱动蜂鸣器，R6为基极限流电阻，R7进行快速关断以及防止上电时电平混乱造成蜂鸣器异响。

图4-9 无源蜂鸣器电路

5、锂电池充电电路

      采用TP4056X单节锂电池充放电芯片为锂电池进行充电，LED2为正在充电指示灯，LED3为充电完成指示灯，通过修改R3的阻值来修改充电电流。

图4-10 锂电池充电电路

      单片机ADC最大支持3.3V采样，通过电阻分压将电池电压转化为正常范围内，以此来判断电池电量剩余。

图4-11 电池电压测量电路

6、基本外设电路

      通过LED灯来测试单片机IO的输出功能，同时也可以作为状态指示灯。

图4-12 LED灯电路

      通过按键来测试单片机IO的输入功能，同时也可以作为启动测量状态输入。

图4-13 按键电路

6、下载电路

      采用SWD下载，通过2.54*4P排母，将下载引脚进行引出，方便连接外部下载器。

图4-14 SWD下载电路

五、PCB布局建议

图5-1 PCB布局参考

• 电源走线设置为30mil，信号线10mil；
• 器件尽量放置在顶层，电池接口放置在底层
• 以顶层走线为主，走不通的线可以放置过孔切换到底层进行连接；
• 走线过程中优先走直线，需要拐弯的地方以135°钝角或圆弧为主，横平竖直，保持设计美观；
• 晶振走线尽量短，底部不要走线，减少噪声干扰；
• 在布线过程中适当放置GND扇孔占位，避免覆铜后GND不完整；

六、PCB布局建议

 图6-1 顶层铺铜示意图 

图6-2 底层铺铜示意图

• 标记注明板子信息（手持式距离测量仪）
• 添加丝印标记按键，外接引脚和调试接口功能；
• 在绘制调整完成PCB加入泪滴效果，使板子更加美观稳固；
• 在元器件底下添加JLCJLCJLCJLC指定客编位置，成板美观；

七、器件焊接

图7-1 焊接辅助工具示意图

参考顺序

• 首先焊接TYPEC接口，确保供电没有短路
• 然后焊接芯片，确保引脚焊接正常，没有连锡或虚焊
• 然后再焊接电阻、电容，二极管、芯片、晶振
• 最后再焊接开关和插件排母

注意事项

• 焊接时可选择嘉立创EDA工具栏中的焊接辅助工具，实时交互方便焊接；
• 焊接完后使用酒精或洗板水清洗感觉，仔细检测芯片和接口是否存在问题；

八、实物演示

图8-1 PCB板与外壳图

图8-2 实际效果图