NFC zaključavanje - Kada je PCB i gumbi, antena i više : 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Možete uzeti jednu od dvije stvari iz ovog Instructable -a. Možete pratiti i stvoriti vlastitu kombinaciju numeričke tipkovnice i NFC čitača. Shema je ovdje. Raspored PCB -a je ovdje. Naći ćete popis materijala za naručivanje potrebnih dijelova. Dao sam kôd za programiranje mikrokontrolera. Postoji sve što vam je potrebno za kopiranje ili proširenje ovog projekta.

Međutim, pretpostavljam da će većina čitatelja vjerovatno samo nadahnuti neke aspekte toga. Ovaj Instructable vam pokazuje da je PCB više od pukog načina povezivanja komponenti. Taj mali pravokutnik od stakloplastike i bakra ima mnogo drugih upotreba - dok još uvijek preuzima svoj glavni posao stvaranja električnih veza. Prvo ću predstaviti sve ove aspekte prije nego što ih spojim u dovršen projekt. Nadam se da ćete uživati u putovanju i možda ćete odlučiti upotrijebiti jedan ili dva od ovih trikova u vlastitom projektu!

Korak 1: Proces

Toliko projekata ide istim putem na putu do "gotovog", pa se mnogi spotaknu neposredno prije posljednje prepreke.

Prototip

Prvo je prototip. Imate ideju i iz ladice izlazi vaša razvojna ploča za mikrokontroler. Za mnoge će ovo biti Arduino, ali najsretniji sam oko TI-jeve MSP430 linije 16-bitnih mikrokontrolera male snage. Bez obzira na vaš izbor, obično postoji razvojna ploča koja vam pomaže. To znači da ne morate početi s izradom vlastitog PCB -a i možete isprobati teorije i potencijalne periferne uređaje. Često postoji Booster Pack / Shield / Hat - ili bilo koji čudan naziv za kćer ploču koju je proizvođač smislio. Ništa ne služe za ploču ili zalutalu žicu.

Možete vidjeti da sam ovdje upotrijebio TI -jev razvojni komplet CapTIvate i TRF7970A NFC Booster paket kako bih dokazao da će koncept vjerojatno funkcionirati.

Napravit ćete i neke dokaze koda koncepta. Možda je neuredno. Može se oslanjati na preuzete knjižnice koje će vas odvesti do tamo. Osobno, to činim pomalo nesavršenim jer znam da me čekaju ti tjedni čekajući da stignu PCB -i. Tada mogu to pospremiti.

Dizajn

Slijedi dizajn. Pokrenite svoj omiljeni softver za dizajn PCB -a. U mom slučaju to je Eagle. Potrebno je iznenađujuće mnogo vremena da se ide od ideje do savršenstva, i tu se nalazi naša avantura! Sljedeći koraci pomoći će vam da izvučete maksimum iz ovoga.

Čekajući vaše PCB -ove

Možda ćete sami urezati ili napraviti u žurbi, ali većina nas će naručiti u pansionskoj kući u Kini i pričekati nekoliko tjedana. Sada je vrijeme da se vratimo na taj kôd. Neće se sam pospremiti!

Montaža i ispravljanje pogrešaka

Izvadite lemilicu ili toster. Tada možete vidjeti radi li očekivano. Možda se vratite 2 koraka unatrag. Možda ne.

Kućište i prednja ploča

Dakle, vaš PCB izgleda profesionalno. Sada treba kućište i prednju ploču. Možda ćete 3D ispisati nešto. Izgleda OK, ali ne predstavlja baš finoću ljupkog PCB-a unutra. Pa, evo gdje će ovaj vodič zaista pomoći!

Korak 2: Vaš PCB kao prednja ploča

Maska za lemljenje nekad je bila samo zelena. Svileno sito bilo je funkcionalnije, a ne dekorativno. PCB je bio nešto skriveno i samo bi štreberi poput nas bili zainteresirani vidjeti ga. Pa, ne više!

Mnoge pansionske kuće sada vam omogućuju odabir iz širokog raspona boja. Kvaliteta sitotiska uvelike se poboljšala. Dopušteni su šaljivi oblici i izrezi. Pa zašto to ne iskoristiti? Ako pažljivo stvarate tiskanu ploču, onda kuća od ploča može napraviti vaše prednje ploče za vas!

U mom primjeru sve sam komponente smjestio s jedne strane i pobrinuo se da druga strana izgleda dovoljno dobro da mi bude prednja strana. Ne morate to učiniti. Možda želite imati ljepotu i mozak na zasebnim pločama. Na tebi je.

Čak sam vidio i nekoliko PCB -a lemljenih zajedno da tvore cijelo kućište, ali to je neobično. Ako mislite da to ipak možete - zašto ne!

Moja ploča je prilično jednostavna - samo neka uredna bijela sitotisak preko crne maske za lemljenje. Odgovarao je izgledu za kojim sam tragao. Moguće je dobiti široku paletu boja i nijansi kombinirajući sitotisak, masku za lemljenje i bakar na različite načine. Prepustit ću vas Google -u "PCB art" i vidjeti neke od nevjerojatnih kreacija koje su drugi ljudi smislili! Iako su impresivni, možda nisu svi prikladni za prednju ploču.

Korak 3: Vaše PCB kao gumbi

Možda ste primijetili da brojevi na ekranu s svilom izgledaju poput numeričke tipkovnice i to je zato što jesu. Da budemo precizni, to su kapacitivne tipke na dodir. Ako idete ovom rutom, vjerojatno ćete htjeti mikrokontroler koji podržava kapacitivni dodir, iako je moguće "sami pokrenuti" kapacitivno osjetljivo dodirivanje ako to zaista želite.

Svi kapacitivni gumbi na dodir sastoje se od nekih tragova PCB-a koji su postavljeni tako da imaju detektibilni kapacitet bilo prema zemlji (poznato kao samokapacitet) ili prema drugom tragu (poznato kao međusobni kapacitet).

Dizajn sam započeo slijedeći TI -jev vodič CapTIvate za njihov uređaj MSP430FR2633, ali ako koristite drugi mikrokontroler, vjerojatno je vrijedno pogledati vodiče i referentne dizajne koje je dao proizvođač. Ne samo da je priručnik za raspored PCB -a, već postoji čak i CapTIvate Design Center koji će generirati neki kod predloška koji odgovara vašem hardveru.

Primijetit ćete da je bit gumba samo dva kruga bakra prilično blizu jedan drugome. Približavanje prsta smanjuje kapacitet između njih. MSP430 koristi izvor konstantne struje za punjenje ovog kondenzatora i mjeri koliko se brzo napon na njemu mijenja. Knjižnica CapTIvate pojednostavljuje pretvaranje toga u otkrivene pritiske tipki.

Dizajnirao sam prilagođeni dio u Eagleu kako bih pojednostavio dodavanje dvanaest ovih gumba i kako bih ih mogao koristiti na budućim projektima.

Korak 4: Vaš PCB kao LED difuzor

Orlovski pogled među vama možda je primijetio malu kružnu mrlju na kojoj nedostaje crna maska za lemljenje s obje strane PCB-a. Kao i kod gotovo svakog elektroničkog dizajna, trebala sam vizualnu povratnu informaciju za korisnika. Otišao sam s RGB LED -om i za to sam imao nekoliko mogućnosti.

• Mogao bih upotrijebiti LED kroz otvor i izrezati rupu kroz koju će probiti. Nisam siguran kako bih to spojio bez drugog PCB -a.
• Mogao bih koristiti LED za površinsko postavljanje. Tada bih imao neke tragove i LED diodu koja mi je pokvarila urednu prednju ploču.
• Dobro bi mi došla LED dioda za obrnuto postavljanje.

Neki od vas se možda pitaju što je LED za obrnuto montiranje. Pa to je "naopako" LED površinska montaža koja svijetli na tiskanoj ploči na koju je montirana. Što?! Zašto bi to učinio? Makne to s druge strane PCB -a. Većina dizajna i dalje će imati rupu na PCB -u kroz koju će svijetliti ova LED, ali odlučio sam samo ukloniti bakar i masku za lemljenje i provjeriti je li materijal PCB -a dovoljno proziran da LED može svijetliti. Upozorenje o spojleru - bilo je! Siguran sam da bi umjesto toga bio malo svjetliji s rupom, ali dovoljno je lako biti vidljiv na sunčevoj svjetlosti kroz 1,6 mm FR4. I lijepo se raspršuje.

Trebao je prilagođeni dio koji je dizajnirao Eagle kako bi se osiguralo da ispod njega nema bakra ili maske za lemljenje, ali sve što je potrebno bilo je nekoliko krugova na slojevima Ograničavanje i Čuvanje s obje strane. Ovaj prilagođeni dio pronaći ćete u priloženoj Eagle knjižnici.

Korak 5: Vaš PCB kao antena

Korištenje traga PCB -a kao antene nije ništa novo. NFC Booster paket koji sam koristio ima jedan. Većina komercijalnih NFC čitača koje ćete pronaći koriste ih. Jedno pitanje koje sam otkrio je da su oni prilagođeni najčešćim formatima oznaka NFC - karticama i privjescima za ključeve. Dovoljno sam štreberski da mi se u ruku ugradi mala NFC oznaka. Detalji su ovdje ako niste mrzovoljni. Napravio sam i prethodni projekt koristeći žičani namotač kao antenu. Za ovaj projekt želio sam vidjeti je li moguće stvoriti PCB antenu koja je lijepo usklađena s malom implantiranom oznakom.

Prvo sam odlučio stvoriti PCB trag koji je fizički manji od onih koje inače vidite. Induktivnost je važna pri ugađanju antene pa koristim mrežni kalkulator s PCB induktorima i cilj mi je da otprilike 1μH bude otprilike isto kao i namotana žica koju sam ranije koristio. Koristio sam TI -jev L_Calculate i to mi je reklo da bi 7 okreta prosječne veličine 9 mm x 6,5 mm sa širinom traga 0,1524 trebalo biti 950 nH. Dovoljno blizu.

Kad sam vratio PCB -e, mjerio je 0,627μH - s otporom od 0,867Ω. Vrijeme je da smislite kako bi odgovarajuća mreža trebala izgledati tako da TRF7970A vidi 50 Ω. Podudaranje antena cijela je tema za sebe, pa se sada neću baviti time, ali ako vas zanima, opisao sam kako podesiti antenu bez potrebe za skupim VNA.

Dovoljno je reći da se vaše PCB može koristiti za izradu antene bez troškova, bilo da se radi o induktivnoj zavojnici za RFID (ne isključivo antenu) ili za WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz itd. Još jednom bih predložio da ako vam zatreba, počnite od napomena o dizajnu za bilo koji uređaj koji koristite. Proizvođač želi da kupite njihove komponente pa su im od velike pomoći kada se radi o njihovom korištenju.

Korak 6: Vaš PCB kao zaglavlje za otklanjanje pogrešaka

Čim svom projektu dodate mikrokontroler, imate problem kako na njega unijeti svoj kôd. Često lijepa niskoprofilna PCB ploča završi s debelim pin zaglavljem. Često su i ove verzije s rupama, pa je vaš lijepi uredni PCB pogođen s obje strane. Očigledno kako sam želio da mi jedna strana bude prednja ploča, kroz otvor kao van. Zaglavlja pinova za površinsko montiranje mogu riskirati odlepljivanje vaših tragova - pogotovo ako ćete se vjerojatno nekoliko puta spojiti i odspojiti.

Na sreću postoji alternativa - pogo pinovi. Ove opružne igle imaju lijep električni kontakt s vašom pločom. Možda nije dovoljno tih za trajnu vezu, ali svakako jest za programiranje. Vidio sam pogo pinove koji se koriste s prilagođenim šablonima za programiranje, ali i za testiranje proizvodne ploče. Čak sam ih vidio kako su zalijepljeni za kvačicu za odjeću zbog izgleda programera domaće izrade. Međutim, iskoristio sam komercijalni proizvod dostupan za mnoge obitelji mikrokontrolera - Tag Connect. Zahtijeva nekoliko sitnih rupa za poravnavanje na ploči pa možda ne bi bilo savršeno ako vam je potrebna vodonepropusna prednja ploča, ali odlučio sam da bi bilo dobro za ovaj projekt.

Sve što je potrebno je otisak PCB -a i gotovi ste! Rupe su u skladu sa zahtjevima kuće od ploča, a možda čak i kućnog bakropisa.

Korak 7: Gotova PCB

Dakle, nakon što smo sve ove ideje o PCB -u ujedinili u jedan projekt - evo konačnog rezultata. Odgovara ili na ispravnu NFC oznaku ili na ulazni kôd i otvara vrata. Rad vrata je zaseban jer će upravljati s nekoliko različitih vrata na nekoliko različitih načina. Vrata moje kuće bit će elektromagnetsko oslobađanje, slično kao što biste vidjeli u stambenom bloku s interfonom.

Ja sam kitesurfer pa se često nađem u oceanu i uvijek je teško znati što učiniti s ključevima. S NFC oznakom u ruci uvijek imam ključ sa sobom! Za moj kombi bit će povezan sa sustavom središnjeg zaključavanja.

Za svoja vrata možda ćete htjeti odabrati odgovarajući način otvaranja ili otključavanja.

Sve što vam je potrebno za repliciranje (ili prilagodbu) ovog projekta pronaći ćete u ovom GitHub spremištu.

Nadam se da ste uživali čitajući o ovom projektu i da vas je inspirirao da neke ideje uvrstite u vlastite PCB -e. Ako to učinite, javite mi u komentarima ispod. Također pogledajte radove na natječaju za PCB i glasajte za ono što mislite da je najbolje. Nadam se da će biti moj, ali siguran sam da ima i puno drugih dobrih unosa.

Drugoplasirani na natjecanju za PCB