Zaklepanje NFC - Ko je PCB tudi gumbi, antena in še več : 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

V tem navodilu lahko vzamete eno od dveh stvari. Lahko sledite in ustvarite svojo kombinacijo številske tipkovnice in bralnika NFC. Shema je tukaj. Postavitev tiskanega vezja je tukaj. Našli boste zbirko materialov za naročilo potrebnih delov. Zagotovil sem kodo za programiranje mikrokrmilnika. Vse, kar potrebujete za kopiranje ali razširitev tega projekta.

Sumim pa, da bo večina bralcev le navdihnila nekatere vidike. Ta navodila vam kažejo, da je tiskano vezje več kot le način za povezovanje komponent skupaj. Ta mali pravokotnik iz steklenih vlaken in bakra ima veliko drugih uporab - medtem ko še vedno opravlja svojo glavno nalogo pri električnih povezavah. Najprej bom predstavil vse te vidike, preden jih združim v dokončan projekt. Upam, da boste na potovanju uživali in se boste morda odločili uporabiti enega ali dva od teh trikov v svojem projektu!

1. korak: Postopek

Toliko projektov poteka po isti poti na poti do "končanega" in toliko se jih spotakne tik pred zadnjo oviro.

Prototip

Najprej je prototip. Imate idejo in iz predala prihaja vaša razvojna plošča mikrokrmilnika. Za mnoge bo to Arduino, vendar sem najbolj vesel v liniji 16-bitnih mikrokrmilnikov nizke porabe TI-jeve MSP430. Ne glede na vašo izbiro običajno pomaga razvojna plošča. To pomeni, da vam ni treba začeti z izdelavo lastnega tiskanega vezja in lahko preizkusite teorije in potencialne zunanje naprave. Pogosto obstaja ojačevalni paket / ščit / klobuk - ali karkoli čudnega imena za hčerinsko ploščo, ki jo je izdelal proizvajalec. Nobena uporaba ni neznana za ploščico ali potepano žico.

Vidite, da sem tukaj uporabil TI -jev razvojni komplet CapTIvate in paket ojačevalnika NFC TRF7970A, da dokažem, da bo koncept verjetno deloval.

Naredili boste tudi nekaj dokazov o kodi koncepta. Lahko je grdo. Lahko se opira na prenesene knjižnice, ki vas pripeljejo do poti. Osebno ponavadi pustim, da je malo nepopolno, ker vem, da me čakajo ti tedni, da prispejo PCB. Takrat lahko pospravim.

Dizajn

Sledi oblikovanje. Zaženite svojo najljubšo programsko opremo za oblikovanje tiskanih vezij. V mojem primeru je to Eagle. Od ideje do popolnosti traja presenetljivo veliko časa in tu se skriva naša pustolovščina! Prihodnji koraki vam bodo pomagali kar najbolje izkoristiti to.

Čakanje na vaše PCB -je

Morda boste sami jedkali ali pa jih naredili v naglici, vendar bo večina od nas naročila pri hiši na Kitajskem in počakala nekaj tednov. Zdaj je čas, da se vrnemo k tej kodi. Sam se ne bo pospravil!

Montaža in odpravljanje napak

Spajkalnik ali opekač kruha vzemite ven. Potem lahko vidite, ali deluje po pričakovanjih. Morda se vrnite 2 koraka nazaj. Morda pa tudi ne.

Ohišje in sprednja plošča

Tako je vaše tiskano vezje videti profesionalno. Zdaj potrebuje ohišje in sprednjo ploščo. Morda boste 3D natisnili. Izgleda v redu, vendar ne predstavlja finosti čudovitega tiskanega vezja v notranjosti. No, tukaj bo ta vodič res pomagal!

Korak: Vaš PCB kot sprednja plošča

Soldermask je bil včasih samo zelen. Svilena sito je bila bolj funkcionalna kot dekorativna. PCB je bil nekaj, kar je bilo skrito, in samo ljubitelji, kot smo mi, bi ga radi videli. No, ne več!

Mnoge hiše na krovu vam zdaj omogočajo izbiro med široko paleto barv. Kakovost svilenega sita se je precej izboljšala. Smešne oblike in izrezi so dovoljeni. Zakaj torej tega ne bi izkoristili? Če skrbno ustvarite tiskano vezje, vam lahko hiša iz plošč naredi sprednje plošče!

V svojem primeru sem vse komponente postavil na eno stran in poskrbel, da je druga stran videti dovolj dobro, da je sprednja stran moje naprave. Tega vam ni treba storiti. Morda želite imeti lepoto in možgane na ločenih deskah. Odvisno je od tebe.

Videl sem celo več PCB -jev, spajanih skupaj, da tvorijo celotno ohišje, vendar je to nenavadno. Če mislite, da zmorete - zakaj pa ne!

Moja tabla je dokaj preprosta - samo nekaj čistega belega sitotiska nad črno spajkalno masko. Ustrezalo je videzu, ki sem ga iskal. Z združevanjem svilenega sita, spajkalne maske in bakra na različne načine je mogoče dobiti kar nekaj barv in odtenkov. Prepustil vas bom Googlu "PCB art" in si ogledal nekaj neverjetnih stvaritev, ki so jih pripravili drugi ljudje! Čeprav so impresivni, morda niso vsi primerni za sprednjo ploščo.

3. korak: Vaše tiskano vezje kot gumbi

Morda ste opazili, da so številke, ki so natisnjene s svilom, zelo podobne številčni tipkovnici in to je zato, ker so. Natančneje, to so kapacitivni gumbi na dotik. Če greste po tej poti, boste verjetno želeli mikrokrmilnik, ki podpira kapacitivni dotik, čeprav je mogoče, če želite, "zviti lastno" kapacitivno zaznavanje dotika.

Vsi kapacitivni gumbi na dotik so sestavljeni iz nekaterih sledi tiskanih vezij, ki so nameščene tako, da imajo zaznavno kapacitivnost bodisi na ozemljitev (znano kot lastna kapacitivnost) ali na drugo sled (znano kot medsebojna kapacitivnost).

Svoje oblikovanje sem začel tako, da sem sledil TI -jevemu vodniku CapTIvate za njihovo napravo MSP430FR2633, če pa uporabljate drug mikrokrmilnik, je verjetno vredno pogledati vodnike in referenčne zasnove proizvajalca. Ne samo, da je na voljo vodnik po postavitvi tiskanega vezja, ampak obstaja celo CapTIvate Design Center, ki bo ustvaril nekaj kode predloge, ki ustreza vaši strojni opremi.

Opazili boste, da je bistvo gumba le dva bakrena kroga, ki sta precej blizu drug drugega. Če približate prst, se zmanjša kapacitivnost med njima. MSP430 uporablja vir konstantnega toka za polnjenje tega kondenzatorja in meri, kako hitro se napetost na njem spreminja. Knjižnica CapTIvate poenostavi spreminjanje tega v zaznane pritiske gumbov.

V Eaglu sem oblikoval del po meri, da poenostavim dodajanje dvanajstih teh gumbov in jih uporabim pri prihodnjih projektih.

4. korak: Vaše tiskano vezje kot LED difuzor

Orel z očmi med vami je morda opazil majhen okrogel obliž, kjer na obeh straneh tiskanega vezja manjka črna spajkalna maska. Kot pri skoraj vsakem elektronskem dizajnu sem potreboval nekaj vizualnih povratnih informacij za uporabnika. Šel sem z RGB LED in imel nekaj možnosti za to.

• Uporabil bi lahko LED skozi luknjo in izrezal luknjo, da bi se lahko prebila skozi. Nisem prepričan, kako bi ga povezal brez drugega tiskanega vezja.
• Uporabil bi lahko LED za površinsko montažo. Potem bi imel nekaj sledi in LED, ki bi pokvaril mojo lepo sprednjo ploščo.
• Uporabil bi lahko LED z vzvratno montažo.

Nekateri se morda sprašujete, kaj je LED za vzvratno montažo. No, to je "na glavo obrnjena" LED površinska montaža, ki sveti nazaj na tiskano vezje, na katero je nameščena. Kaj?! Zakaj bi to naredil? No, to se zmoti na drugi strani tiskanega vezja. Večina modelov bo še vedno imela luknjo v tiskanem vezju, da ta LED sveti, vendar sem se odločil, da odstranim baker in spajkalno masko ter preverim, ali je material iz tiskanega vezja dovolj prosojen, da lahko LED sveti. Opozorilo o spojlerju - bilo je! Prepričan sem, da bi bil z luknjo nekoliko svetlejši, vendar je dovolj enostavno, da je viden pri sončni svetlobi skozi 1,6 mm FR4. Je tudi lepo razpršen.

Potreboval je del po meri, ki ga je oblikoval Eagle, da bi zagotovil, da pod njim ni bakra ali spajkalne maske, vendar je bilo za to potrebno le nekaj krogov na plasteh Omejitev in Zaščita na obeh straneh. Ta del po meri boste našli v priloženi knjižnici Eagle.

5. korak: Vaš PCB kot antena

Uporaba sledenja tiskanega vezja kot antene ni nič novega. Ojačevalnik NFC, ki sem ga uporabil, ga ima. Večina komercialnih bralnikov NFC jih uporablja. Eno od vprašanj, ki sem jih odkril, je, da so prilagojeni najpogostejšim formatom oznak NFC - karticam in obeskom za ključe. Sem dovolj čudaški, da imam v roki vstavljeno majhno oznako NFC. Podrobnosti so tukaj, če niste prepirljivi. Naredil sem tudi prejšnji projekt, pri katerem sem kot anteno uporabil indukcijski induktor. Za ta projekt sem želel preveriti, ali je mogoče ustvariti anteno za tiskano vezje, ki bi se lepo ujemala z majhno implantirano oznako.

Najprej sem se odločil ustvariti sled, ki je fizično manjša od tistih, ki jih običajno vidite. Induktivnost je pomembna pri uglaševanju antene, zato uporabljam spletni kalkulator induktorja iz tiskanih vezij, katerega cilj je približno 1 μH biti približno enak tistemu, ki sem ga uporabljal prej. Uporabil sem TI -jev L_Calculate in to mi je povedalo, da mora biti 7 obratov pri povprečni velikosti 9 mm x 6,5 mm s širino sledi 0,1524 950 nH. Dovolj blizu.

Ko sem dobil nazaj PCB -je, je meril 0,627μH - z uporom 0,867Ω. Čas je, da ugotovimo, kako naj bi izgledalo ujemajoče se omrežje, tako da TRF7970A vidi 50Ω. Ujemanje antene je samo po sebi tema, zato se o tem zdaj ne bom spuščal, če pa vas zanima, sem opisal, kako nastaviti anteno, ne da bi tukaj potrebovali drago VNA.

Dovolj je reči, da lahko vaše tiskano vezje uporabite za izdelavo antene brez stroškov, ne glede na to, ali gre za induktivno tuljavo za RFID (ne izključno anteno) ali za WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz itd. Še enkrat predlagam, da če ga potrebujete, začnite z oblikovalskimi opombami za katero koli napravo, ki jo uporabljate. Proizvajalec želi, da kupite njihove komponente, zato so v veliko pomoč pri njihovi uporabi.

6. korak: Vaša tiskana vezja kot glava za odpravljanje napak

Takoj, ko v svoj projekt dodate mikrokrmilnik, se pojavi vprašanje, kako vanj vnesti svojo kodo. Pogosto imate na lepem nizkoprofilnem tiskanem vezju z debelim zatičem. Pogosto so tudi te različice z luknjami, zato je na vaši lepi čedni PCB prizadet na obeh straneh. Očitno, ker sem hotel, da je ena stran moja sprednja plošča, skozi luknjo kot ven. Glave zatičev za površinsko montažo lahko tvegajo, da vam bodo slepile sledi - še posebej, če se boste verjetno nekajkrat povezali in odklopili.

Na srečo obstaja alternativa - pogo zatiči. Ti vzmetni zatiči imajo lep električni stik z vašo ploščo. Morda ni dovolj tih za stalno povezavo, vsekakor pa je za programiranje. Videl sem pogonske zatiče, ki se uporabljajo s prilagojenimi pripomočki za programiranje in testiranje proizvodne plošče. Videl sem jih celo prilepljene na kljukico za oblačila za zelo domač programerski videz. Vendar sem uporabil komercialni izdelek, ki je na voljo za številne družine mikrokrmilnikov - Tag Connect. Potrebuje nekaj drobnih lukenj za poravnavo na plošči, zato morda ne bo popolno, če potrebujete vodotesno sprednjo ploščo, vendar sem se odločil, da bi bilo v redu za ta projekt.

Vse, kar potrebujete, je odtis PCB -ja in končali ste! Luknje dobro ustrezajo zahtevam hiše na krovu in morda celo jedkanja doma.

Korak 7: Končana PCB

Torej, potem ko ste vse te ideje o PCB vključili v en projekt - tukaj je končni rezultat. Odzove se na pravilno oznako NFC ali vstopno kodo in odpre vrata. Delovanje vrat je ločeno, ker bo to upravljalo nekaj različnih vrat na nekaj različnih načinov. Vrata moje hiše bodo elektromagnetna sprostitev, podobno kot bi našli v stanovanjskem bloku z domofonom.

Sem kajtar tako pogosto se znajdem v oceanu in vedno je težko vedeti, kaj storiti s ključi. Z oznako NFC v roki imam vedno ključ pri sebi! Za moj kombi se bo povezal s sistemom centralnega zaklepanja.

Za svoja vrata boste morda želeli izbrati primeren način, da jih odprete ali odklenete.

V tem skladišču GitHub boste našli vse, kar potrebujete za ponovitev (ali prilagoditev) tega projekta.

Upam, da ste uživali ob branju tega projekta in da vas je navdihnil, da nekatere ideje vključite v lastne tiskane vezje. Če je tako, mi to sporočite v spodnjih komentarjih. Oglejte si tudi prispevke na natečaju PCB in glasujte za tisto, kar se vam zdi najboljše. Upam, da bo moj, vendar sem prepričan, da je tam tudi veliko drugih dobrih vnosov.

Drugo mesto na natečaju PCB