Kunci NFC - Apabila PCB Juga Butang, Antena dan Banyak Lagi : 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Anda boleh mengambil salah satu daripada dua perkara dari Instructable ini. Anda boleh mengikuti dan membuat kombinasi anda sendiri dari pad kekunci angka dan pembaca NFC. Skema ada di sini. Susun atur PCB ada di sini. Anda akan menemui sejumlah bahan untuk anda memesan bahagian yang anda perlukan. Saya telah memberikan kod untuk memprogram mikrokontroler. Terdapat semua yang anda perlukan untuk menyalin atau memperluas projek ini.

Namun, saya mengesyaki kebanyakan pembaca lebih cenderung mengambil inspirasi dari beberapa aspek daripadanya. Instructable ini menunjukkan kepada anda bahawa PCB lebih daripada sekadar cara menyatukan komponen bersama. Segi empat tepat gentian kaca dan tembaga mempunyai banyak kegunaan lain - sementara masih menjalankan tugas utamanya untuk membuat sambungan elektrik. Saya akan membentangkan semua aspek ini terlebih dahulu sebelum menggabungkannya ke dalam projek yang telah siap. Saya harap anda menikmati perjalanan dan mungkin memutuskan untuk menggunakan satu atau dua helah ini dalam projek anda sendiri!

Langkah 1: Prosesnya

Begitu banyak projek yang mengambil jalan yang sama dalam perjalanan ke "selesai" dan begitu banyak yang tersandung tepat sebelum rintangan terakhir.

Prototaip

Pertama ada prototaip. Anda mempunyai idea dan dari laci muncul papan pengembangan mikrokontroler anda. Bagi kebanyakan orang, ini akan menjadi Arduino, tetapi saya paling gembira dengan rangkaian MSP430 TI dari mikrokontroler berkuasa rendah 16-bit. Apa sahaja pilihan anda, biasanya ada papan pengembangan yang membantu. Ini bermakna anda tidak perlu memulakan dengan membuat PCB anda sendiri dan anda boleh menguji teori dan potensi periferal. Selalunya terdapat Booster Pack / Shield / Hat - atau apa sahaja nama pelik untuk anak perempuan yang dikeluarkan oleh pengeluar. Tidak ada gunanya orang asing pada papan roti atau wayar sesat.

Anda dapat melihat bahawa di sini saya telah menggunakan kit pengembangan TI's CapTIvate dan pek TRF7970A NFC Booster untuk membuktikan bahawa konsep itu mungkin berfungsi.

Anda juga akan mendapat bukti kod konsep. Mungkin tidak kemas. Ia mungkin bergantung pada perpustakaan yang dimuat turun yang menjadikan anda sebahagian dari perjalanan ke sana. Secara peribadi, saya cenderung membiarkannya tidak sempurna kerana saya tahu saya mempunyai minggu-minggu yang akan datang menunggu PCB tiba. Saya boleh merapikannya ketika itu.

Rekaan

Seterusnya muncul reka bentuk. Jalankan perisian reka bentuk PCB kegemaran anda. Dalam kes saya itu Eagle. Memerlukan masa yang mengejutkan untuk pergi dari idea ke kesempurnaan, dan inilah pengembaraan kami! Langkah yang akan datang akan membantu anda memanfaatkan sepenuhnya ini.

Menunggu PCB anda

Anda mungkin menggambar sendiri atau membuatnya terburu-buru, tetapi kebanyakan dari kita akan membuat pesanan dari rumah tumpangan di China dan menunggu beberapa minggu. Sekarang masanya untuk kembali ke kod itu. Ia tidak akan kemas!

Perhimpunan dan penyahpepijatan

Keluarkan besi pematerian atau ketuhar pembakar roti. Kemudian anda dapat melihat apakah ia berfungsi seperti yang diharapkan. Mungkin kembali 2 langkah. Mungkin tidak.

Panel kandang dan depan

Jadi PCB anda kelihatan profesional. Sekarang ia memerlukan penutup dan panel depan. Mungkin anda akan mencetak sesuatu 3D. Ia kelihatan baik-baik saja, tetapi ia tidak menggambarkan kehebatan PCB yang indah di dalamnya. Nah, di sinilah panduan ini benar-benar akan membantu!

Langkah 2: PCB Anda Sebagai Panel Depan

Soldermask dulu berwarna hijau. Skrin sutera berfungsi dan bukan hiasan. PCB adalah sesuatu yang disembunyikan dan hanya orang seperti kita yang berminat untuk melihatnya. Bukan lagi!

Banyak rumah dewan kini membolehkan anda memilih dari pelbagai warna. Kualiti skrin sutera telah bertambah baik. Bentuk dan potongan yang menarik dibenarkan. Jadi mengapa tidak memanfaatkan ini? Sekiranya anda membuat PCB dengan berhati-hati maka rumah papan boleh membuat panel depan untuk anda!

Dalam contoh saya, saya meletakkan semua komponen di satu sisi dan memastikan bahagian lain kelihatan cukup baik untuk menjadi bahagian depan peranti saya. Anda tidak perlu melakukan ini. Mungkin anda ingin memiliki keindahan dan otak di papan berasingan. Terpulang pada anda.

Saya bahkan pernah melihat sebilangan PCB disatukan untuk membentuk keseluruhan kandang, tetapi itu tidak biasa. Sekiranya anda fikir anda boleh melakukannya - mengapa tidak!

Papan saya agak sederhana - hanya beberapa skrin sutera putih yang kemas di atas soldermask hitam. Ia sesuai dengan penampilan saya. Adalah mungkin untuk mendapatkan pelbagai warna dan warna dengan menggabungkan silkscreen, soldermask dan tembaga dengan pelbagai cara. Saya akan meninggalkan anda ke "seni PCB" Google dan melihat beberapa ciptaan luar biasa yang dihasilkan oleh orang lain! Walaupun mengesankan, mungkin tidak semua sesuai untuk panel depan.

Langkah 3: PCB Anda Sebagai Butang

Anda mungkin telah memperhatikan bahawa angka yang dilindungi layar seperti mirip papan kekunci berangka dan itu kerana mereka. Tepatnya mereka butang sentuh kapasitif. Sekiranya anda melalui laluan ini, maka anda mungkin memerlukan pengawal mikro yang menyokong sentuhan kapasitif walaupun mungkin untuk "menggulung sendiri" pengesan sentuhan kapasitif jika anda benar-benar mahukan.

Semua butang sentuh kapasitif terdiri dari beberapa jejak PCB yang diletakkan untuk mempunyai kapasitansi yang dapat dikesan sama ada ke tanah (dikenali sebagai kapasitansi diri) atau jejak lain (dikenali sebagai kapasitansi bersama).

Saya memulakan reka bentuk saya dengan mengikuti panduan CapTIvate TI untuk peranti MSP430FR2633 mereka tetapi jika anda menggunakan mikrokontroler lain, mungkin perlu melihat panduan dan reka bentuk rujukan yang disediakan oleh pengeluar. Bukan hanya panduan untuk susun atur PCB yang disediakan, malah ada CapTIvate Design Center yang akan menghasilkan beberapa kod templat agar sesuai dengan perkakasan anda.

Anda akan melihat bahawa inti butang hanya dua bulatan tembaga yang berdekatan antara satu sama lain. Dengan mendekatkan jari anda, mengurangkan kapasitansinya. MSP430 menggunakan sumber arus tetap untuk mengecas kapasitor ini dan mengukur seberapa cepat voltan melintangnya berubah. Perpustakaan CapTIvate mempermudah mengubahnya menjadi penekanan butang yang dikesan.

Saya merancang bahagian khusus di Eagle untuk mempermudah menambah dua belas butang ini dan supaya saya dapat menggunakannya pada projek masa depan.

Langkah 4: PCB Anda Sebagai Diffuser LED

Orang yang bermata helang di antara anda mungkin telah melihat tompok bulat kecil di mana soldermask hitam hilang dari kedua-dua sisi PCB. Seperti hampir semua reka bentuk elektronik, saya memerlukan maklum balas visual untuk pengguna. Saya menggunakan LED RGB dan mempunyai beberapa pilihan untuk ini.

• Saya boleh menggunakan LED melalui lubang dan memotong lubang agar dapat menembus. Saya tidak pasti bagaimana saya menghubungkannya tanpa PCB lain.
• Saya boleh menggunakan LED permukaan. Kemudian saya mempunyai beberapa jejak dan LED yang merosakkan panel depan saya yang kemas.
• Saya boleh menggunakan LED pemasangan belakang.

Sebilangan daripada anda mungkin tertanya-tanya apa itu LED pemasangan terbalik. Baik itu LED pemasangan permukaan "terbalik" yang bersinar kembali pada PCB yang dipasang. Apa?! Mengapa anda berbuat demikian? Baiklah, ia tidak dapat dilakukan di sisi lain PCB. Sebilangan besar reka bentuk masih akan mempunyai lubang pada PCB agar LED ini dapat bersinar, tetapi saya memutuskan untuk menanggalkan tembaga dan soldermask dan melihat apakah bahan PCB cukup tembus cahaya agar LED dapat bersinar. Makluman spoiler - betul! Saya yakin ia akan sedikit lebih terang dengan lubang, tetapi cukup mudah untuk dilihat di bawah sinar matahari melalui 1.6mm FR4. Ia juga tersebar dengan baik.

Ia memerlukan bahagian khusus yang dirancangnya Eagle untuk memastikan bahawa tidak ada tembaga atau soldermask di bawahnya, tetapi semua yang diambil ini adalah beberapa lingkaran pada lapisan Restrict and Keepout di kedua-dua belah pihak. Anda akan menemui bahagian tersuai ini di perpustakaan Eagle yang dilampirkan.

Langkah 5: PCB Anda Sebagai Antena

Menggunakan jejak PCB sebagai antena bukanlah perkara baru. Pek NFC Booster yang saya gunakan mempunyai satu. Sebilangan besar pembaca NFC komersial anda akan dapat menggunakannya. Satu masalah yang saya dapati ialah ini disesuaikan dengan format tag NFC yang paling biasa - kad dan keyfob. Saya cukup waras untuk memasang label NFC kecil di tangan saya. Butiran ada di sini jika anda tidak sakit kepala. Saya juga pernah membuat projek sebelumnya menggunakan induktor luka wayar sebagai antena. Untuk projek ini, saya ingin melihat apakah mungkin untuk membuat antena PCB yang sesuai dengan tag kecil yang ditanamkan.

Pertama saya memutuskan untuk membuat jejak PCB yang secara fizikal lebih kecil daripada yang biasa anda lihat. Aruhan adalah penting semasa menala antena jadi saya menggunakan kalkulator induktor PCB dalam talian dan bertujuan kira-kira 1μH sama dengan luka wayar yang saya gunakan sebelumnya. Saya menggunakan L_Calculate TI dan ini memberitahu saya bahawa 7 putaran pada ukuran purata 9mm x 6.5mm dengan lebar jejak 0.1524 mestilah 950nH. Cukup dekat.

Ketika saya mendapatkan PCB kembali, ia mengukur 0.627μH - dengan rintangan 0.867Ω. Sudah tiba masanya untuk mengetahui bagaimana rangkaian pemadanan akan kelihatan sehingga TRF7970A melihat 50Ω. Pencocokan antena adalah topik tersendiri, jadi saya tidak akan menyimpangnya sekarang, tetapi jika anda berminat, saya merangkumi cara menyusun antena tanpa memerlukan VNA yang mahal di sini.

Cukuplah mengatakan bahawa PCB anda boleh digunakan untuk membuat antena kos sifar sama ada gegelung induktif untuk RFID (bukan antena yang ketat) atau untuk WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz, dll. Sekali lagi, saya mencadangkan bahawa jika anda memerlukannya, mulailah dari nota reka bentuk untuk apa sahaja peranti yang anda gunakan. Pengilang mahu anda membeli komponennya sehingga mereka sangat membantu ketika menggunakannya.

Langkah 6: PCB Anda Sebagai Debug Header

Sebaik sahaja anda menambahkan pengawal mikro ke projek anda, anda mempunyai masalah bagaimana memasukkan kod anda ke atasnya. Kerap anda profil rendah PCB yang bagus berakhir dengan header pin chunky di atasnya. Sering kali ini juga melalui versi lubang, jadi PCB cantik anda yang cantik telah terjejas di kedua-dua belah pihak. Jelas sekali saya mahu satu sisi menjadi panel depan saya, melalui lubang seperti di luar. Header pin mount permukaan boleh berisiko mengelupas jejak anda - terutamanya jika anda cenderung menyambung dan memutuskan sambungan beberapa kali.

Nasib baik ada alternatif - pin pogo. Pin bermuatan spring ini membuat hubungan elektrik yang baik dengan papan anda. Mungkin tidak cukup tenang untuk sambungan tetap tetapi ia pasti untuk pengaturcaraan. Saya pernah melihat pin pogo digunakan dengan jig khusus untuk pengaturcaraan dan juga untuk menguji papan pengeluaran. Saya juga pernah melihat mereka menempelkan pasak pakaian untuk penampilan pengaturcara buatan sendiri. Namun, saya menggunakan produk komersial yang tersedia untuk banyak keluarga pengawal mikro - Tag Connect. Ia memerlukan beberapa lubang penjajaran kecil di papan anda sehingga mungkin tidak sempurna jika anda memerlukan panel depan kalis air tetapi saya memutuskan bahawa ia akan baik untuk projek ini.

Yang diperlukan hanyalah jejak PCB dan anda sudah selesai! Lubang-lubang itu sesuai dengan keperluan rumah papan dan mungkin juga ukiran rumah.

Langkah 7: PCB Selesai

Jadi, setelah memasukkan semua idea PCB ini ke dalam satu projek - inilah hasil akhirnya. Ia bertindak balas terhadap teg NFC atau kod kemasukan yang betul dan membuka pintu. Operasi pintu terpisah kerana ini akan mengoperasikan beberapa pintu yang berbeza dengan beberapa cara yang berbeza. Pintu rumah saya akan menjadi pelepasan elektromagnetik, seperti yang anda dapati di blok pangsapuri dengan sistem interkom.

Saya seorang peluncur layang-layang sehingga sering mendapati diri saya berada di lautan dan selalu sukar untuk mengetahui apa yang perlu dilakukan dengan kunci anda. Dengan tanda NFC di tangan saya, saya selalu mempunyai kunci dengan saya! Untuk van saya, ia akan menghubungkan ke sistem pengunci pusat.

Untuk pintu anda sendiri, anda mungkin ingin memilih cara yang sesuai untuk membukanya atau membukanya.

Anda akan menemui semua yang anda perlukan untuk meniru (atau menyesuaikan) projek ini di repositori GitHub ini.https://github.com/FredMurphy/LockNFC

Saya harap anda senang membaca mengenai projek ini dan ia telah memberi inspirasi kepada anda untuk memasukkan beberapa idea ke dalam PCB anda sendiri. Sekiranya ada, sila beritahu saya dalam komen di bawah. Lihat juga penyertaan dalam pertandingan PCB dan pilih mana yang terbaik yang anda fikirkan. Saya harap itu adalah milik saya, tetapi saya yakin ada banyak entri lain yang bagus juga.

Naib Johan dalam Peraduan PCB