Zámok NFC - keď sú doskami aj tlačidlá, anténa a ďalšie : 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Z tohto Pokynu si môžete vziať jednu z dvoch vecí. Môžete pokračovať a vytvoriť si vlastnú kombináciu numerickej klávesnice a čítačky NFC. Schéma je tu. Rozloženie DPS je tu. Nájdete tu zoznam materiálov na objednanie potrebných dielov. Poskytol som kód na programovanie mikrokontroléra. Je tu všetko, čo potrebujete na kopírovanie alebo rozšírenie tohto projektu.

Domnievam sa však, že väčšina čitateľov si skôr vezme inšpiráciu z niektorých aspektov. Tento návod vám ukazuje, že doska plošných spojov je viac než len spôsob, ako prepojiť komponenty dohromady. Tento malý obdĺžnik zo sklenených vlákien a medi má mnoho ďalších použití - pričom stále preberá svoju hlavnú úlohu pri vytváraní elektrických spojení. Všetky tieto aspekty predstavím najskôr, než ich spojíme do dokončeného projektu. Dúfam, že sa vám cesta bude páčiť a rozhodnete sa použiť jeden alebo dva z týchto trikov vo vlastnom projekte!

Krok 1: Proces

Toľko projektov má rovnakú trajektóriu na ceste k „dokončeniu“a toľko narazí tesne pred poslednou prekážkou.

Prototyp

Najprv je tu prototyp. Máte nápad a zo šuplíka vychádza vaša vývojová doska pre mikrokontrolér. Pre mnohých to bude Arduino, ale ja som najšťastnejší z radu 16-bitových mikrokontrolérov s nízkym výkonom TI MSP430. Bez ohľadu na to, čo si vyberiete, zvyčajne existuje vývojová doska, ktorá vám pomôže. To znamená, že nemusíte začínať s výrobou vlastnej dosky plošných spojov a môžete testovať teórie a potenciálne periférie. Často existuje Booster Pack / Shield / Hat - alebo akýkoľvek zvláštny názov pre dcérsku dosku, s ktorou výrobca prišiel. Žiadne z použití nie sú cudzie na doske alebo bludnom drôte.

Môžete vidieť, že tu som použil vývojovú súpravu TTI CapTIvate a balík TRF7970A NFC Booster, aby som dokázal, že koncept pravdepodobne bude fungovať.

Tiež odklepnete dôkaz o koncepčnom kóde. Môže to byť neporiadok. Môže sa spoliehať na stiahnuté knižnice, ktoré vás tam čiastočne dostanú. Osobne mám tendenciu nechať to trochu nedokonalé, pretože viem, že mám týždne dopredu, kým prídu DPS. Potom to môžem dať do poriadku.

Dizajn

Ďalej príde dizajn. Zapnite svoj obľúbený softvér pre návrh DPS. V mojom prípade je to Eagle. Od nápadu k dokonalosti trvá prekvapivo veľa času a tu spočíva naše dobrodružstvo! Nasledujúce kroky vám pomôžu vyťažiť z toho maximum.

Čakanie na vaše DPS

Môžete vyleptať svoje vlastné alebo ich nechať narýchlo vyrobiť, ale väčšina z nás si objedná v čínskom penzióne a počká niekoľko týždňov. Teraz je čas vrátiť sa k tomuto kódu. Samo sa neupraví!

Montáž a ladenie

Vyberte spájkovačku alebo hriankovač. Potom môžete zistiť, či funguje podľa očakávania. Možno sa vráťte o 2 kroky späť. Možno nie.

Kryt a predný panel

Takže vaša DPS vyzerá profesionálne. Teraz potrebuje kryt a predný panel. Možno niečo vytlačíte 3D. Vyzerá to dobre, ale nereprezentuje to jemnosť krásneho PCB vo vnútri. Tu je miesto, kde táto príručka skutočne pomôže!

Krok 2: Vaša DPS ako predný panel

Soldermask bola kedysi iba zelená. Hodvábna obrazovka bola skôr funkčná ako dekoratívna. DPS bola niečo, čo bolo skryté a zaujímali by sa o to len blázni ako my. No už nie!

Mnoho doskových domov vám teraz umožňuje vyberať zo širokej škály farieb. Hodvábna kvalita obrazovky sa výrazne zlepšila. Povolené sú zábavné tvary a výrezy. Prečo to teda nevyužiť? Ak starostlivo vytvoríte DPS, potom vám predné panely môže postaviť doskový dom!

V mojom prípade som umiestnil všetky komponenty na jednu stranu a zaistil som, aby druhá strana vyzerala dostatočne dobre na to, aby bola prednou stranou môjho zariadenia. Nemusíte to robiť. Možno chcete mať krásu a mozog na oddelených doskách. Je to na tebe

Dokonca som videl niekoľko PCB spájkovaných dohromady, aby vytvorili celý kryt, ale je to neobvyklé. Ak si myslíte, že to dokážete - prečo nie!

Moja doska je pomerne jednoduchá - len úhľadná biela sieťotlač nad čiernou vojakovou maskou. Vyhovovalo to vzhľadu, po ktorom som túžil. Kombináciou silkscreen, soldermask a medi je možné získať pomerne široký sortiment farieb a odtieňov. Nechám vás Google „PCB art“a pozriem sa na niektoré úžasné výtvory, s ktorými prišli iní ľudia! Napriek tomu, že sú pôsobivé, možno nie všetky sú vhodné na predný panel.

Krok 3: Vaša DPS ako tlačidlá

Možno ste si všimli, že čísla na sieťotlači sa veľmi podobajú numerickej klávesnici, a to preto, že sú. Aby sme boli presní, sú to kapacitné dotykové tlačidlá. Ak pôjdete touto cestou, pravdepodobne budete chcieť mikrokontrolér, ktorý podporuje kapacitný dotyk, aj keď je možné "rolovať svoje vlastné" kapacitné snímanie dotyku, ak naozaj chcete.

Všetky kapacitné dotykové tlačidlá pozostávajú z niekoľkých stôp plošných spojov, ktoré sú umiestnené tak, aby mali detekovateľnú kapacitu buď na zemi (známa ako vlastná kapacita), alebo na inú stopu (známa ako vzájomná kapacita).

Začal som svoj návrh tým, že som sa riadil sprievodcom TTI CapTIvate pre ich zariadenie MSP430FR2633, ale ak používate iný mikrokontrolér, pravdepodobne stojí za to pozrieť sa na príručky a referenčné návrhy poskytnuté výrobcom. K dispozícii je nielen sprievodca rozložením DPS, ale dokonca existuje aj Centrum dizajnu CapTIvate, ktoré vygeneruje určitý kód šablóny zodpovedajúci vášmu hardvéru.

Všimnite si, že podstatou tlačidla sú iba dva kruhy medi pomerne blízko seba. Priblížením prsta znížite kapacitu medzi nimi. MSP430 používa zdroj konštantného prúdu na nabíjanie tohto kondenzátora a meria, ako rýchlo sa napätie na ňom mení. Knižnica CapTIvate zjednodušuje premenu na rozpoznané stlačenia tlačidiel.

V Eagle som navrhol vlastnú časť, aby som zjednodušil pridávanie dvanástich týchto tlačidiel a aby som ich mohol použiť v budúcich projektoch.

Krok 4: Vaša DPS ako LED difúzor

Orlí zrak medzi sebou ste si mohli všimnúť malú kruhovú škvrnu, kde na oboch stranách dosky plošných spojov chýba čierna vojnová maska. Rovnako ako pre takmer každý elektronický dizajn, potreboval som pre používateľa vizuálnu spätnú väzbu. Použil som RGB LED a mal som na to niekoľko možností.

• Mohol by som použiť diódu LED s priechodným otvorom a vyrezať jej dieru, aby sa do nej mohla prepichnúť. Nie som si istý, ako by som to pripojil bez ďalšej dosky plošných spojov.
• Mohol by som použiť povrchovú montáž LED. Potom by som mal nejaké stopy a dióda LED by mi kazila čistý predný panel.
• Mohol by som použiť LED s reverznou montážou.

Niektorí z vás sa možno čudujú, čo je to LED dióda obrátenej montáže. Je to LED dióda na povrchovú montáž „hore nohami“, ktorá svieti späť na dosku plošných spojov, na ktorej je namontovaná. Čo?! Prečo by si to robil? Na druhej strane dosky plošných spojov to prekáža. Väčšina návrhov bude mať stále dieru v doske plošných spojov, aby mohla presvitať táto LED dióda, ale ja som sa rozhodol odstrániť medenú a prednú masku a zistiť, či je materiál plošných spojov dostatočne priesvitný, aby mohla dióda LED presvitať. Upozornenie na spojler - bolo! Som si istý, že by to namiesto toho bolo o niečo jasnejšie, ale stačí, aby to bolo viditeľné na slnečnom svetle cez 1,6 mm FR4. Je to tiež pekne rozptýlené.

Vyžadovalo to vlastnú časť navrhnutú spoločnosťou Eagle, aby sa zabezpečilo, že pod ňou nebude žiadna meď ani predaná maska, ale všetko, čo to trvalo, bolo niekoľko kruhov na vrstvách Restrict a Keepout na oboch stranách. Túto vlastnú časť nájdete v priloženej knižnici Eagle.

Krok 5: Vaša DPS ako anténa

Použitie stopy PCB ako antény nie je nič nové. Balík NFC Booster, ktorý som použil, jeden má. Väčšina komerčných čítačiek NFC, ktoré nájdete, ich používa. Jeden problém, ktorý som zistil, je, že sú vyladené tak, aby vyhovovali najbežnejším formátom značiek NFC - kartám a kľúčenkám. Som dosť drzý na to, aby mi do ruky implantovali malý NFC štítok. Podrobnosti nájdete tu, ak nie ste skúpi. Tiež som urobil predchádzajúci projekt s použitím drôteného vinutého induktora ako antény. Pri tomto projekte som chcel zistiť, či je možné vytvoriť anténu plošných spojov, ktorá by bola pekne zosúladená s malým implantovaným štítkom.

Najprv som sa rozhodol vytvoriť stopu PCB, ktorá je fyzicky menšia ako tie, ktoré bežne uvidíte. Indukčnosť je pri ladení antény dôležitá, preto používam online kalkulačku induktorov plošných spojov a zameral som sa na to, aby asi 1 μH bola približne rovnaká ako tá, ktorú som použil predtým. Použil som L_Calculate od TI a to mi povedalo, že 7 závitov s priemernou veľkosťou 9 mm x 6,5 mm so šírkou stopy 0,1524 by malo byť 950 nH. Dosť blízko.

Keď som dostal späť dosky plošných spojov, nameralo to 0,627μH - s odporom 0,867Ω. Je načase zistiť, ako by mala zodpovedajúca sieť vyzerať, aby TRF7970A videl 50Ω. Zhoda antén je sama o sebe celou témou, takže sa tým teraz nebudem zaoberať, ale ak vás to zaujíma, zaoberal som sa tým, ako naladiť anténu bez toho, aby ste potrebovali drahú VNA.

Stačí povedať, že vašu DPS je možné použiť na vytvorenie antény s nulovými nákladmi, či už je to indukčná cievka pre RFID (nie výlučne anténa) alebo pre WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz atď. Ešte raz by som navrhol, aby ak ho potrebujete, vychádzajte z poznámok k návrhu akéhokoľvek zariadenia, ktoré používate. Výrobca chce, aby ste si kúpili ich súčasti, takže sú veľkým pomocníkom pri ich použití.

Krok 6: Vaša DPS ako hlavička ladenia

Hneď ako do svojho projektu pridáte mikrokontrolér, máte problém, ako doň dostať svoj kód. Často máte pekný nízkoprofilový plošný spoj s hrubým kolíkovým záhlavím. Často sú to aj verzie s otvormi, takže váš krásny čistý PCB bol ovplyvnený na oboch stranách. Očividne som chcel, aby jedna strana bola mojím predným panelom, otvorom von. Konektory kolíkov pre povrchovú montáž môžu riskovať odlupovanie vašich stôp - najmä ak sa pravdepodobne párkrát pripojíte a odpojíte.

Našťastie existuje alternatíva - pogo piny. Tieto pružinové kolíky vytvárajú pekný elektrický kontakt s vašou doskou. Na trvalé pripojenie to nemusí byť dostatočne tiché, ale na programovanie to určite je. Videl som piny pogo používané s vlastným prípravkom na programovanie a tiež na testovanie výrobnej dosky. Dokonca som ich videl prilepených na kolíčku na bielizeň, aby vyzerali veľmi podarene ako programátor. Využil som však komerčný produkt, ktorý je k dispozícii pre mnoho rodín mikrokontrolérov - Tag Connect. Vyžaduje to niekoľko malých zarovnávacích otvorov vo vašej doske, takže to nemusí byť perfektné, ak potrebujete vodotesný predný panel, ale rozhodol som sa, že by to bolo pre tento projekt dobré.

Všetko, čo potrebujete, je stopa PCB a máte hotovo! Otvory zodpovedajú požiadavkám doskového domu a možno aj domáceho leptania.

Krok 7: Hotový plošný spoj

Po začlenení všetkých týchto myšlienok PCB do jedného projektu - tu je konečný výsledok. Reaguje buď na správnu značku NFC alebo na vstupný kód a otvorí dvere. Ovládanie dverí je samostatné, pretože bude fungovať niekoľko rôznych dverí niekoľkými rôznymi spôsobmi. Dvere do môjho domu budú elektromagnetické uvoľnenie, rovnako ako by ste našli na bytovom dome s interkomovým systémom.

Som kitesurfer, takže sa často ocitám v oceáne a je vždy ťažké vedieť, čo robiť s kľúčmi. Vďaka značke NFC v ruke mám vždy kľúč pri sebe! V prípade mojej dodávky bude prepojený s centrálnym zamykaním.

Pokiaľ ide o vaše vlastné dvere, možno budete chcieť zvoliť vhodný spôsob ich otvorenia alebo odomknutia.

V tomto úložisku GitHub nájdete všetko, čo potrebujete na replikáciu (alebo úpravu) tohto projektu.

Dúfam, že ste si užili čítanie o tomto projekte a že vás inšpirovalo k začleneniu niektorých myšlienok do vašich vlastných PCB. Ak áno, dajte mi vedieť v nižšie uvedených komentároch. Pozrite sa tiež na príspevky v súťaži o PCB a hlasujte za to, čo považujete za najlepšie. Dúfam, že bude môj, ale som si istý, že je tam aj veľa ďalších dobrých záznamov.

Druhé miesto v súťaži o PCB