Blocare NFC - Când un PCB este, de asemenea, butoane, antenă și multe altele : 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Puteți lua unul din cele două lucruri din acest instructabil. Ați putea urmări și crea propria combinație între o tastatură numerică și un cititor NFC. Schema este aici. Aspectul PCB este aici. Veți găsi o listă de materiale pentru a comanda piesele de care aveți nevoie. Am furnizat codul pentru programarea microcontrolerului. Există tot ce aveți nevoie pentru a copia sau extinde acest proiect.

Cu toate acestea, bănuiesc că majoritatea cititorilor sunt mai predispuși să se inspire doar din unele aspecte ale acestuia. Acest instructable vă arată că PCB-ul este mai mult decât un mod de a conecta componentele împreună. Micul dreptunghi din fibră de sticlă și cupru are o mulțime de alte utilizări - în timp ce își continuă sarcina principală de a face conexiuni electrice. Voi prezenta mai întâi toate aceste aspecte înainte de a le aduce împreună într-un proiect finalizat. Sper să vă bucurați de călătorie și puteți decide să folosiți unul sau două dintre aceste trucuri într-un proiect propriu!

Pasul 1: Procesul

Atâtea proiecte au aceeași traiectorie pe drumul spre „terminat” și atâtea se poticnesc chiar înainte de obstacolul final.

Prototipul

Mai întâi este prototipul. Ai o idee și din sertar iese placa de dezvoltare a microcontrolerului. Pentru mulți, acesta va fi un Arduino, dar sunt cel mai fericit în legătură cu linia MSP430 de microcontrolere de 16 biți cu putere redusă. Indiferent de alegerea dvs., există, de obicei, o placă de dezvoltare care vă ajută. Înseamnă că nu trebuie să începeți să vă creați propriul PCB și puteți testa teorii și periferice potențiale. Există adesea un pachet de rapel / scut / pălărie - sau orice alt nume ciudat pentru o placă fiică cu care a venit producătorul. Niciunul dintre utilizări nu este străin de o placă de prindere sau de o sârmă rătăcită.

Puteți vedea că aici am folosit kitul de dezvoltare CapTIvate al TI și pachetul NFC Booster TRF7970A pentru a dovedi că este posibil ca conceptul să funcționeze.

Veți obține și unele dovezi ale codului de concept. Poate fi dezordonat. Se poate baza pe biblioteci descărcate care vă ajută să faceți parte din drum. Personal, am tendința de a-l lăsa puțin imperfect, pentru că știu că am acele săptămâni înainte să aștepte sosirea PCB-urilor. Îl pot ordona atunci.

Design-ul

Urmează designul. Lansați software-ul dvs. preferat de proiectare PCB. În cazul meu este Eagle. Este nevoie de o cantitate surprinzătoare de timp pentru a trece de la idee la perfecțiune și aici se află aventura noastră! Pașii următori vă vor ajuta să profitați la maximum de acest lucru.

În așteptarea PCB-urilor dvs

S-ar putea să vă gravați propriile sau să le faceți în grabă, dar majoritatea dintre noi vom comanda de la o pensiune din China și vom aștepta câteva săptămâni. Acum este momentul să revenim la acel cod. Nu se va ordona singur!

Asamblare și depanare

Scoateți fierul de lipit sau cuptorul cu prăjitor. Apoi, puteți vedea dacă funcționează așa cum era de așteptat. Poate reveniți cu 2 pași. Poate nu.

Carcasa și panoul frontal

Deci PCB-ul dvs. arată profesional. Acum are nevoie de o carcasă și un panou frontal. Poate vei printa 3D ceva. Pare OK-ish, dar nu prea reprezintă finețea minunatului PCB din interior. Ei bine, aici vă va ajuta cu adevărat acest ghid!

Pasul 2: PCB-ul dvs. ca panou frontal

Soldermask era obișnuit să fie verde. Ecranul de mătase era mai degrabă funcțional decât decorativ. Un PCB era ceva ascuns și numai geeks ca noi ar fi interesați să-l vadă. Ei bine, nu mai este!

Multe case de pensiuni vă permit acum să alegeți dintr-o gamă largă de culori. Calitatea ecranului de mătase s-a îmbunătățit foarte mult. Sunt permise forme și decupaje funky. Deci, de ce să nu profitați de acest lucru? Dacă creați PCB cu atenție, atunci o pensiune vă poate face panourile frontale!

În exemplul meu, am plasat toate componentele pe o parte și m-am asigurat că cealaltă parte arăta suficient de bine pentru a fi partea din față a dispozitivului meu. Nu trebuie să faci asta. Poate că doriți să aveți frumusețea și creierul pe plăci separate. Depinde de tine.

Am văzut chiar și o serie de PCB-uri lipite împreună pentru a forma întreaga incintă, dar asta este neobișnuit. Dacă totuși crezi că o poți face - de ce nu!

Tabloul meu este destul de simplu - doar niște serigrafie albă îngrijită peste o mască de soldat neagră. S-a potrivit cu aspectul pe care l-am urmărit. Este posibil să obțineți o gamă destul de largă de culori și nuanțe combinând serigrafia, masca de soldat și cuprul în diferite moduri. Vă voi lăsa „Google PCB art” și voi vedea câteva dintre creațiile uimitoare cu care au venit alte persoane! Deși sunt impresionante, poate nu toate sunt potrivite pentru un panou frontal.

Pasul 3: PCB-ul dvs. ca butoane

Poate că ați observat că numerele serigrafizate seamănă foarte mult cu o tastatură numerică și asta pentru că sunt. Pentru a fi precis, acestea sunt butoane tactile capacitive. Dacă mergeți pe această rută, atunci veți dori probabil un microcontroler care să accepte atingerea capacitivă, deși este posibil să vă „rulați propriul” senzor tactil capacitiv dacă doriți cu adevărat.

Toate butoanele tactile capacitive constau din câteva urme PCB care sunt plasate pentru a avea o capacitate detectabilă fie la sol (cunoscută sub numele de autocapacitate), fie la o altă urmă (cunoscută sub numele de capacitate reciprocă).

Mi-am început proiectarea urmând ghidul TTI CapTIvate pentru dispozitivul lor MSP430FR2633, dar dacă utilizați un alt microcontroler, probabil că merită să vă uitați la ghidurile și la proiectele de referință furnizate de producător. Nu numai că este furnizat un ghid pentru aspectul PCB, dar există chiar și Centrul de proiectare CapTIvate care va genera un anumit cod șablon care să se potrivească hardware-ului dvs.

Veți observa că esența butonului este doar două cercuri de cupru destul de aproape unul de altul. Apropierea degetului reduce capacitatea dintre ele. MSP430 folosește o sursă de curent constant pentru a încărca acest condensator și măsoară cât de repede se modifică tensiunea pe el. Biblioteca CapTIvate simplifică transformarea acesteia în apăsări de butoane detectate.

Am proiectat o parte personalizată în Eagle pentru a simplifica adăugarea a douăsprezece dintre aceste butoane și astfel încât să le pot folosi în proiecte viitoare.

Pasul 4: PCB-ul dvs. ca difuzor LED

Ochii de vultur dintre voi s-ar putea să fi observat micul plasture circular în care lipsește masca de soldat neagră de pe ambele părți ale PCB-ului. Ca în cazul oricărui design electronic, aveam nevoie de feedback vizual pentru utilizator. Am mers cu un LED RGB și am avut câteva opțiuni pentru asta.

• Aș putea folosi un LED prin gaură și să-i tai o gaură pentru a pătrunde. Nu sunt sigur cum l-aș conecta fără un alt PCB.
• Aș putea folosi un LED de montare pe suprafață. Apoi aș avea niște urme și un LED care îmi încurcă panoul frontal îngrijit.
• Aș putea folosi un LED cu montare inversă.

Este posibil ca unii dintre voi să vă întrebați ce este un LED de montare inversă. Ei bine, este un LED de montare pe suprafață „cu capul în jos” care strălucește înapoi la PCB-ul pe care este montat. Ce?! De ce ai face asta? Ei bine, o scoate din drum de cealaltă parte a PCB-ului. Cele mai multe modele vor avea în continuare o gaură în PCB pentru ca acest LED să strălucească, dar am decis doar să îndepărtez cuprul și masca de soldat și să văd dacă materialul PCB a fost suficient de translucid pentru ca LED-ul să strălucească. Spoiler alert - a fost! Sunt sigur că ar fi ceva mai strălucitor cu o gaură în schimb, dar este suficient de ușor pentru a fi vizibil în lumina soarelui prin 1,6 mm de FR4. De asemenea, este frumos difuzat.

Avea nevoie de o piesă personalizată proiectată Eagle pentru a se asigura că nu există cupru sau mască de lipit sub ea, dar tot ce a luat a fost doar câteva cercuri pe straturile Restrict și Keepout de ambele părți. Veți găsi această parte personalizată în biblioteca Eagle atașată.

Pasul 5: PCB-ul dvs. ca antenă

Folosirea unui traseu PCB ca antenă nu este nimic nou. Pachetul NFC Booster pe care l-am folosit are unul. Majoritatea cititoarelor NFC comerciale pe care le veți găsi le folosesc. O problemă pe care am găsit-o este că acestea sunt reglate pentru a se potrivi celor mai comune formate de etichete NFC - carduri și chei. Sunt destul de ciudat încât să îmi fie implantată o mică etichetă NFC. Detaliile sunt aici dacă nu sunteți ciudat. De asemenea, am făcut un proiect anterior folosind un inductor înfășurat ca o antenă. Pentru acest proiect am vrut să văd dacă este posibil să creez o antenă PCB care să se potrivească frumos cu o mică etichetă implantată.

În primul rând, am decis să creez o urmă de PCB care fizic este mai mică decât cele pe care le veți vedea în mod normal. Inductanța este importantă atunci când reglați antena, așa că folosesc un calculator de inducție PCB online și urmăresc ca aproximativ 1μH să fie aproximativ același cu cel pe care l-am folosit înainte. Am folosit L_Calculate TI și acest lucru mi-a spus că 7 spire la o dimensiune medie de 9 mm x 6,5 mm cu o lățime de urmărire de 0,1524 ar trebui să fie de 950 nH. Destul de aproape.

Când am recuperat PCB-urile, măsura 0,627μH - cu o rezistență de 0,867Ω. Este timpul să descoperiți cum ar trebui să arate rețeaua potrivită, astfel încât TRF7970A să vadă 50Ω. Potrivirea antenei este un subiect întreg, așa că nu voi divaga în asta acum, dar dacă sunteți interesat, am abordat cum să reglați o antenă fără a avea nevoie de un VNA scump.

Este suficient să spuneți că PCB-ul dvs. poate fi utilizat pentru a crea o antenă cu cost zero, indiferent dacă este vorba de o bobină inductivă pentru RFID (nu strict o antenă) sau pentru WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz, etc. Încă o dată, aș sugera că dacă aveți nevoie de unul, începeți de la note de proiectare pentru orice dispozitiv utilizați. Producătorul dorește să le cumpărați componentele, astfel încât acestea să fie de mare ajutor atunci când vine vorba de utilizarea lor.

Pasul 6: PCB-ul dvs. ca antet de depanare

De îndată ce adăugați un microcontroler la proiectul dvs., aveți problema cum să vă introduceți codul în el. În mod frecvent, PCB-ul dvs. de profil scăzut se termină cu un antet gros pe el. În mod frecvent, acestea sunt și versiuni prin găuri, astfel încât PCB-ul dvs. minunat a fost afectat de ambele părți. Evident, așa cum am vrut ca o parte să fie panoul meu frontal, prin gaură ca afară. Anteturile de fixare pe suprafață pot risca să vă dezlipească urmele - mai ales dacă este posibil să vă conectați și să vă deconectați de câteva ori.

Din fericire există o alternativă - pogo pins. Acești știfturi cu arc oferă un contact electric frumos cu placa dvs. S-ar putea să nu fie suficient de silențios pentru o conexiune permanentă, dar cu siguranță este pentru programare. Am văzut știfturi pogo folosite cu un jig personalizat atât pentru programare, cât și pentru testarea unei plăci de producție. Le-am văzut chiar lipite pe un cuier de îmbrăcăminte pentru un aspect de programator foarte de casă. Cu toate acestea, am folosit un produs comercial disponibil pentru multe familii de microcontrolere - Tag Connect. Este nevoie de câteva găuri mici de aliniere în placa dvs., deci s-ar putea să nu fie perfect dacă aveți nevoie de un panou frontal impermeabil, dar am decis că ar fi bine pentru acest proiect.

Tot ce este necesar este o amprentă PCB și gata! Găurile se încadrează bine în cerințele unei case de pensiuni și poate chiar a gravării la domiciliu.

Pasul 7: PCB terminat

Deci, după încorporarea tuturor acestor idei PCB într-un singur proiect - iată rezultatul final. Acesta răspunde fie la eticheta NFC corectă, fie la codul de intrare și deschide ușa. Funcționarea ușii este separată, deoarece aceasta va funcționa câteva uși diferite în câteva moduri diferite. Ușa casei mele va fi o eliberare electromagnetică, la fel cum ați găsi pe un bloc de apartamente cu sistem de interfonie.

Sunt kitesurfer atât de des mă găsesc în ocean și este întotdeauna dificil să știi ce să faci cu cheile tale. Cu o etichetă NFC în mână, am întotdeauna cheia cu mine! Pentru autoutilitara mea se va conecta la sistemul de închidere centralizată.

Pentru propria dvs. ușă, vă recomandăm să alegeți un mod adecvat de deschidere sau deblocare.

Veți găsi tot ce aveți nevoie pentru a reproduce (sau a adapta) acest proiect în acest depozit GitHub.https://github.com/FredMurphy/LockNFC

Sper că ți-a plăcut să citești despre acest proiect și că te-a inspirat să încorporezi câteva idei în propriile tale PCB-uri. Dacă da, vă rog să-mi spuneți în comentariile de mai jos. Vă rugăm, de asemenea, să aruncați o privire la participările la concursul PCB și să votați pentru ceea ce credeți că este cel mai bun. Sper că va fi al meu, dar sunt sigur că există și alte intrări bune acolo.

Locul doi în concursul PCB