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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Možete uzeti jednu od dvije stvari iz ovog uputstva. Možete pratiti i stvoriti vlastitu kombinaciju numeričke tastature i NFC čitača. Shema je ovdje. Raspored PCB -a je ovdje. Naći ćete spisak materijala za naručivanje dijelova koji su vam potrebni. 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 na putovanju i da ćete se možda odlučiti upotrijebiti jedan ili dva od ovih trikova u vlastitom projektu!

Korak 1: Proces

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

Prototip

Prvo postoji 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 testirati teorije i potencijalne periferne uređaje. Često postoji pojačivač / štit / šešir - ili bilo koji čudan naziv za ćerku ploču koju je proizvođač smislio. Ništa ne koriste stranci 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 konceptnog koda. Možda je neuredno. Može se oslanjati na preuzete biblioteke koje vas vode do tamo. Osobno, to ostavljam pomalo nesavršenim jer znam da me čekaju te sedmice čekanja da stignu PCB -i. Tada mogu to srediti.

Dizajn

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

Čekamo vaše štampane ploče

Možda ćete sami urezati ili ih napraviti u žurbi, ali većina nas će naručiti od pansiona u Kini i pričekati nekoliko sedmica. Sada je trenutak da se vratimo na taj kôd. Neće se sam srediti!

Montaža i otklanjanje grešaka

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

Kućište i prednja ploča

Dakle, vaša PCB ploča izgleda profesionalno. Sada mu je potrebno kućište i prednja ploča. Možda ćete 3D štampati nešto. Izgleda u redu, ali ne predstavlja finoću lijepe PCB-a unutra. Pa, evo gdje će ovaj vodič zaista pomoći!

Korak 2: Vaš PCB kao prednja ploča

Maska za lemljenje je nekad bila samo zelena. Svileni sito bio je više funkcionalan nego ukrasan. PCB je bio nešto skriveno i samo bi štreberi poput nas bili zainteresirani da ga vide. Pa, ne više!

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

U mom primjeru postavio sam sve komponente s jedne strane i pobrinuo se da druga strana izgleda dovoljno dobro da mi bude prednja strana. Ne morate to raditi. Možda želite imati ljepotu i mozak na odvojenim pločama. Do tebe je.

Čak sam vidio i nekoliko PCB -ova lemljenih zajedno kako bi formirali 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. Prepuštam vas Google -u "PCB art" i videću neke od neverovatnih kreacija koje su drugi ljudi smislili! Iako su impresivni, možda nisu svi prikladni za prednju ploču.

Korak 3: Vaš PCB kao dugmad

Možda ste primijetili da brojevi ispisani svilom izgledaju poput numeričke tipkovnice i to je zato što jesu. Da budemo precizni, to su kapacitivni tasteri na dodir. Ako idete ovom rutom, vjerojatno ćete htjeti mikrokontroler koji podržava kapacitivni dodir, iako je moguće "sami pokrenuti" kapacitivni osjetnik dodira ako to zaista želite.

Svi kapacitivni dodirni gumbi sastoje se od nekih tragova PCB-a koji su postavljeni tako da imaju detektirajući kapacitet bilo prema zemlji (poznato kao samokondenzat) ili prema drugom tragu (poznato kao međusobna kapacitivnost).

Dizajn sam započeo slijedeći TI -jev CapTIvate vodič 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.

Primijetićete da je suština dugmeta samo dva kruga bakra prilično blizu jedan drugom. Približavanje prsta smanjuje kapacitet između njih. MSP430 koristi izvor konstantne struje za punjenje ovog kondenzatora i mjeri koliko se brzo napon na njemu mijenja. Biblioteka CapTIvate pojednostavljuje pretvaranje ovoga u otkrivene pritiske na tipke.

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, bila mi je potrebna vizualna povratna informacija za korisnika. Otišao sam s RGB LED diodom i za to sam imao nekoliko mogućnosti.

• Mogao bih upotrijebiti LED kroz otvor i izrezati rupu kroz koju će probiti. Nisam siguran kako bih ga 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.
• Mogao bih koristiti LED za obrnuto montiranje.

Neki od vas se možda pitaju šta je LED za obrnuto montiranje. Pa, to je "naopako" LED površinska montaža koja svijetli unatrag na tiskanoj ploči na koju je montirana. Šta?! Zasto bi to uradio? Pa, to se uklanja 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 dioda 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 lepo se raspršuje.

Trebao mu je prilagođeni dio koji je dizajnirao Eagle kako bi osigurao 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 biblioteci.

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 NFC oznaka - 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 induktor kao antenu. Za ovaj projekt želio sam vidjeti je li moguće stvoriti PCB antenu koja je dobro usklađena s malom implantiranom etiketom.

Prvo sam odlučio stvoriti PCB trag koji je fizički manji od onih koje inače vidite. Induktivnost je važna pri podešavanju antene, pa koristim mrežni kalkulator za PCB induktor i cilj mi je da približno 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 utvrdite kako bi odgovarajuća mreža trebala izgledati tako da TRF7970A vidi 50 Ω. Podudaranje antena je cijela tema za sebe, tako da sada neću ulaziti u to, ali ako vas zanima, opisao sam kako podesiti antenu bez potrebe za skupim VNA ovdje.

Dovoljno je reći da se vaše PCB može koristiti za stvaranje 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 grešaka

Čim svom projektu dodate mikrokontroler, imate problem kako na njega unijeti svoj kôd. Često vaša lijepa niskoprofilna PCB završava s debelim pin zaglavljem na sebi. Često su i ove verzije sa 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 da vam ogule tragove - posebno ako je vjerovatno da ćete se nekoliko puta spojiti i isključiti.

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 je za programiranje. Vidio sam pogo pinove koji se koriste sa prilagođenim šablonima i za programiranje i za testiranje proizvodne ploče. Čak sam ih vidio kako su zalijepljeni za klin za odjeću zbog izgleda programera domaće izrade. Međutim, iskoristio sam komercijalni proizvod koji je dostupan za mnoge porodice mikrokontrolera - Tag Connect. Za to je potrebno nekoliko malih rupa za poravnanje na vašoj ploči pa možda ne bi bilo savršeno ako vam je potrebna vodootporna 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 dasaka, 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 otpuštanje, baš kao što biste našli u stambenom bloku s interfonom.

Ja sam kitesurfer pa se često nađem u okeanu i uvijek je teško znati šta učiniti s vašim ključevima. Sa NFC oznakom u ruci uvijek imam ključ sa sobom! Za moj kombi će se povezati sa sistemom centralnog zaključavanja.

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

Naći ćete sve što vam je potrebno za repliciranje (ili prilagođavanje) ovog projekta u ovom GitHub spremištu.

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

Drugoplasirani na PCB takmičenju