拆解藍牙無線條碼掃描器—裡頭鏡中有鏡

作者 : Nick Davis

亞馬遜網站上一款由Besteker製造、售價45美元的1D無線條碼掃描器設計精美、外觀大氣,拆開來卻發現一些元件沒有零件號、各別元件安裝馬虎、連引線都沒有修剪整齊。但是瑕不掩瑜,事實上這款掃描器的設計充滿創意,尤其是裡面的鏡中鏡,讓人眼前一亮…

掃描器的應用已經深入到人們生活的每一個角落,快遞、超市、工業應用,無處不在。

最初的掃描器是透過資料線與電腦或POS機傳輸資料。隨著技術的進步,無線掃描器今天已經隨處可見,一般利用藍牙、Wi-Fi等傳輸資料,不受資料線電纜長度的限制。

無線掃描器不需要連接線就可完成掃描條碼並傳送到伺服器的任務,其實這一功能用手機也可以實現,在手機Android市場就可搜尋到數款免費的條碼掃描應用,可以達到無線掃描器的效果。

當然,一分價錢一分貨,在正規的應用場合,建議還是要使用高品質的掃描器。如今市場上有著成百上千種不同的掃描器,根據品牌、性能、類型的不同,價格可相差數十倍。無線一維(1D)掃描器的價格就在幾十至幾千元不等。

這裡要拆解的是由Besteker製造、在亞馬遜(Amazon)上售價45美元的1D無線條碼掃描器。

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這款掌上型條碼掃描器僅重300克,外殼由光滑的塑膠製成,堅固耐用,設計符合人體工程學。

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掃描器頂部的塑膠蓋用兩個小螺釘固定在主體上。打開蓋子,首先映入眼簾的是三個PCB:一個用於藍牙發射器;一個用於雷射二極體,最後一個嵌入在掃描器把手中,用於觸發器和電池。

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掃描器中有三片PCB。

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取出掃描器的所有元件。

以下看看這三片PCB分別包含哪些重要零件,以及會有哪些特別的發現!

雷射二極體PCB

雷射二極體PCB的主要元件和一些發現:
˙LM324DG運算放大器;
˙環氧樹脂,用於將零件/螺母固定;
˙PCB邊緣是手工修剪的,說明在最終的設計之前未完成3D分析;
˙電感器從安裝的樣子來看,很可能這個特殊的電感器是最後一刻才裝上的,因為它沒有零件編號,安裝馬虎,連引線都沒修剪整齊;
˙兩面鏡子,沒有零件號;
˙雷射二極體和雷射檢測器,沒有零件號。

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雷射二極體PCB元件。

把雷射二極體PCB圖放大一些。

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雷射二極體PCB的主要零件。

從上圖可以看到有兩面鏡子(一個固定,一個可移動)、一個雷射二極體和一個雷射檢測器/感測器。再仔細看看這兩面鏡子。

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雷射二極體PCB中的兩面鏡子。

這兩面鏡子都有金屬塗層,看起來是金或銅。根據photonics.com,「鏡子的導熱能力很重要,掃描器通常使用金屬基板,因為金屬比玻璃的傳導性更好。」 此外,「銅和金僅在紅色和紅外光譜區域有用」。

請注意,固定鏡子中還有一面鏡子。按下觸發器讓裝置通電,聽到嗶的一聲,表示有電,PCB被啟動了:LED打開,「可移動」鏡子開始振盪,雷射二極體發光。很酷炫吧!

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條碼掃描器通電。

再來看一看「鏡中鏡」。 從下圖可以看出,雷射二極體對準固定鏡中的小鏡子,小鏡子將雷射引到振盪鏡上,就「產生」了掃描雷射。

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雷射對準靜止鏡中的小鏡子。

那麼,鏡子是怎樣振盪的呢?關鍵在於使用了永磁體和電感。永磁體連接到用於固定鏡子的塑膠片的尾部,電感是那個黑白的大圓形元件。電流通過電感器時產生磁場,反過來會影響/移動永磁體,產生「振盪」的竅門是快速迴圈通過電感的電流,從而快速輪轉磁場(開-關-開)。

移動磁鐵的振盪速率是多少呢?將邏輯分析儀連接在電感的一根引線和地之間,可以看到,電感每〜25Hz充電一次,因此,鏡子以相同的頻率振盪,每秒25次。

電池PCB

無線條碼掃描器的「大腦」是在電池PCB上,但是這個PCB上的多數元件沒有任何標記。
˙齒形 PCB明顯裝歪了,可能是裝配過程中缺乏品質控制所致;
˙NPN電晶體(上面標著1AM)只是通用型電晶體;
˙處理器作為系統的大腦,該元件上沒有任何標記。可能這個IC是定制的,所以漏了IC標記;
˙「未知IC」上的標記似乎被人為地磨掉了;
˙開關和音訊報警器上沒有任何零件標記;
˙記憶體IC上標有ATMLH536。

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電池PCB零件。

藍牙PCB

藍牙PCB用的似乎是現成的藍牙齒形PCB。

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藍牙PCB。

該PCB只有兩顆IC:
˙賽普拉斯(Cypress)的BCM20730是藍牙IC,據稱是可用於無線輸入裝置的單晶片收發器;
˙雖然意法半導體(STMicroelectronics)元件上標有4HDR8和K645,但卻找不到關於該元件的任何資料表。雖不能完全確定,但這個IC十有八九是一個儲存(快閃記憶體)元件;
˙所用的晶體是一個24.000MHz的元件。

總結

拆解這個1D無線條碼掃描器是一個讓人愉悅的過程。雖然拆解中發現掃描器在組裝過程中有些缺乏品質控制,但是不可否認,這個掌上型條碼掃描器是精心設計和創新的產品,尤其是其中的振動鏡!

附錄:Besteker無線1D條碼掃描器規格參數

物理參數:
˙尺寸:165mm×70mm×98mm;
˙重量:300g;
˙充電介面:RJ45接口;
˙外殼材料:ABS+PC。

性能參數:
˙光源:可見雷射二極體,波長650nm;
˙觸發模式:手動;
˙掃描模式:單行掃描;
˙掃描速度:150±2次掃描/秒;
˙解析度:>4密耳;
˙錯誤率:1/5千萬;
˙發射頻率:2.4GHz藍牙;
˙發射距離:10m(可見距離);
˙提示模式:蜂鳴器和LED;
˙雷射安全等級:EN60825-1,Class 1、National Class 1雷射安全標準EMC;
˙EMC:EN55022、EN55024;
˙電氣安全:EN60950-1。

環境參數:
˙光強度:3,00012,000勒克斯;
˙溫度:0
50°C(運行)/-40~60°C(儲存);
˙包裝級別:IP52。

電氣參數:
˙充電時間:2小時;
˙充電電壓:5VDC(±5%);
˙功率:100mW;
˙電流:20mA(運行)/<20mA(待機)

(本文部分內容來源於Nick Davis的《Teardown Tuesday: Bluetooth-Enabled Cordless Barcode Scanner》(https://www.allaboutcircuits.com/news/teardown-tuesday-besteker-bluetooth-enabled-1d-cordless-barcode-scanner/),由EDN China編輯Jenny Liao編譯整理。)

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