NFC заключване - Когато печатната платка е и бутоните, антената и още : 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Можете да вземете едно от двете неща от тази инструкция. Можете да следвате и да създадете своя собствена комбинация от цифрова клавиатура и NFC четец. Схемата е тук. Оформлението на печатната платка е тук. Ще намерите материал, за да поръчате необходимите части. Предоставих кода за програмиране на микроконтролера. Има всичко, от което се нуждаете, за да копирате или разширите този проект.

Подозирам обаче, че повечето читатели просто ще се вдъхновят от някои аспекти от него. Тази инструкция ви показва, че печатната платка е нещо повече от начин за свързване на компонентите заедно. Този малък правоъгълник от фибростъкло и мед има много други приложения - докато все още поема основната си работа да прави електрически връзки. Първо ще представя всички тези аспекти, преди да ги обединя в завършен проект. Надявам се да ви хареса пътуването и може да решите да използвате един или два от тези трикове в собствен проект!

Стъпка 1: Процесът

Толкова много проекти поемат една и съща траектория по пътя към „завършен“и толкова много се препъват точно преди последното препятствие.

Прототипът

Първо има прототип. Имате идея и от чекмеджето излиза вашата платка за разработка на микроконтролер. За мнозина това ще бъде Arduino, но аз съм най-щастлив около линията на TI MSP430 от 16-битови микроконтролери с ниска мощност. Какъвто и да е вашият избор, обикновено има съвет за разработка, който помага. Това означава, че не е нужно да започнете да създавате своя собствена печатна платка и можете да тествате теории и потенциални периферни устройства. Често има Booster Pack / Shield / Hat - или каквото и да е странно име за дъщерна дъска, която производителят е измислил. Нищо полезно не са непознати за макет или бездомна жица.

Можете да видите, че тук съм използвал комплекта за разработка на CapTive на TI и усилвателния пакет TRF7970A NFC, за да докажа, че концепцията вероятно ще работи.

Ще съберете и доказателство за концептуален код. Може да е объркано. Може да разчита на изтеглени библиотеки, които ви отвеждат дотам. Лично аз съм склонен да го оставя малко несъвършен, защото знам, че имам тези седмици напред, чакайки да пристигнат печатните платки. Мога да го подредя тогава.

Дизайнът

Следва дизайнът. Запалете любимия си софтуер за дизайн на печатни платки. В моя случай това е Eagle. Отнема изненадващо много време, за да преминете от идея към съвършенство и тук се крие нашето приключение! Предстоящите стъпки ще ви помогнат да извлечете максимума от това.

В очакване на вашите печатни платки

Можете да гравирате свои собствени или да ги направите набързо, но повечето от нас ще поръчат от къща на борда в Китай и ще изчакат няколко седмици. Сега е моментът да се върнем към този код. Няма да се подреди сама!

Сглобяване и отстраняване на грешки

Извадете поялника или тостерната фурна. След това можете да видите дали работи според очакванията. Може би се върнете 2 стъпки. Може би не.

Корпусът и предният панел

Така че вашата печатна платка изглежда професионално. Сега се нуждае от корпус и преден панел. Може би ще отпечатате 3D нещо. Изглежда добре, но не представлява финес на прекрасната печатна платка вътре. Е, тук това ръководство наистина ще ви помогне!

Стъпка 2: Вашата печатна платка като преден панел

Soldermask беше просто зелен. Коприненият екран беше по -скоро функционален, отколкото декоративен. ПХБ беше нещо скрито и само отрепки като нас биха се заинтересували да го видят. Е, не повече!

Много къщи на борда сега ви позволяват да избирате от широка гама от цветове. Качеството на копринения екран се подобри много. Разрешени са фънки фигури и изрези. Така че защо да не се възползвате от това? Ако внимателно създавате печатната платка, къщата на дъската може да направи вашите предни панели за вас!

В моя пример поставих всички компоненти от едната страна и се уверих, че другата страна изглежда достатъчно добре, за да бъде предната част на моето устройство. Не е нужно да правите това. Може би искате да имате красотата и мозъка на отделни дъски. От теб зависи.

Дори съм виждал няколко печатни платки, споени заедно, за да образуват целия корпус, но това е необичайно. Ако смятате обаче, че можете да го направите - защо не!

Моята дъска е сравнително проста - просто чист бял копринен екран върху черна спойка. Подхождаше на вида, който търсех. Възможно е да се получи широка гама от цветове и нюанси чрез комбиниране на копринено сито, спойка и мед по различни начини. Ще ви оставя в Google "PCB art" и ще видя някои от невероятните творения, които други хора са измислили! Въпреки че са впечатляващи, може би не всички са подходящи за преден панел.

Стъпка 3: Вашата печатна платка като бутони

Може би сте забелязали, че цифрите с копринен шрифт много приличат на цифрова клавиатура и това е така. За да бъдем точни, това са капацитивни сензорни бутони. Ако отивате по този маршрут, вероятно ще искате микроконтролер, който поддържа капацитивно докосване, въпреки че е възможно да "превъртите свой" капацитивен сензор за докосване, ако наистина искате.

Всички капацитивни сензорни бутони се състоят от някои следи от печатни платки, които са поставени да имат откриваем капацитет или към земята (известен като самостоятелен капацитет), или към друга следа (известен като взаимен капацитет).

Започнах дизайна си, следвайки ръководството на TI's CapTIvate за тяхното устройство MSP430FR2633, но ако използвате друг микроконтролер, вероятно си струва да разгледате ръководствата и референтните дизайни, предоставени от производителя. Не само е предоставено ръководство за оформлението на печатната платка, но дори има CapTIvate Design Center, който ще генерира някакъв шаблон на код, който да съответства на вашия хардуер.

Ще забележите, че същността на бутона е само два кръга от мед доста близо един до друг. Приближаването на пръста ви намалява капацитета между тях. MSP430 използва източник на постоянен ток за зареждане на този кондензатор и измерва колко бързо се променя напрежението в него. Библиотеката CapTIvate опростява превръщането на това в открити натискания на бутони.

Проектирах персонализирана част в Eagle, за да опростя добавянето на дванадесет от тези бутони и за да мога да ги използвам в бъдещи проекти.

Стъпка 4: Вашата печатна платка като LED дифузьор

Ореловият поглед сред вас може би е забелязал малкото кръгло петно, където черната спойка липсва от двете страни на печатната платка. Както при почти всеки електронен дизайн, имах нужда от визуална обратна връзка за потребителя. Отидох с RGB LED и имах няколко възможности за това.

• Бих могъл да използвам светодиод с проходни отвори и да изрежа дупка, в която да пробие. Не съм сигурен как бих го свързал без друга печатна платка.
• Бих могъл да използвам LED за повърхностен монтаж. Тогава щях да имам някакви следи и светодиод, объркващ спретнатия ми преден панел.
• Бих могъл да използвам LED за обратно монтиране.

Някои от вас може би се чудят какво е LED за обратно монтиране. Е, това е "обърнат" светодиод за повърхностен монтаж, който свети обратно към печатната платка, върху която е монтиран. Какво?! Защо направи това? Е, това го отстранява от другата страна на печатната платка. Повечето дизайни все още ще имат дупка в печатната платка, за да просветне този светодиод, но реших просто да премахна медта и маската за запояване и да видя дали материалът на печатната платка е достатъчно прозрачен, за да може LED да просветне. Предупреждение за спойлер - беше! Сигурен съм, че би бил малко по -ярък с дупка, но е достатъчно лесно да се вижда на слънчева светлина през 1,6 мм FR4. Той също е добре разпръснат.

Той се нуждаеше от персонализирана част, проектирана от Eagle, за да гарантира, че под него няма мед или спойка, но всичко това отне само няколко кръга на слоевете Restrict и Keepout от двете страни. Тази персонализирана част ще намерите в приложената библиотека на Eagle.

Стъпка 5: Вашата печатна платка като антена

Използването на печатна платка като антена не е нищо ново. Буферният пакет NFC, който използвах, има такъв. Повечето комерсиални четци на NFC, които ще намерите, ги използват. Един проблем, който открих, е, че те са настроени така, че да отговарят на най -често срещаните NFC формати на тагове - карти и ключодържатели. Аз съм достатъчно шантав, за да имплантирам малък NFC етикет в ръката си. Подробности са тук, ако не сте мрачни. Направих и предишен проект, като използвах индуктор с навита тел като антена. За този проект исках да видя дали е възможно да се създаде печатна платка антена, която да е добре съчетана с малък имплантиран етикет.

Първо реших да създам PCB следа, която е физически по -малка от тези, които обикновено виждате. Индуктивността е важна при настройката на антената, така че използвам онлайн калкулатор за индукторна печатна платка и имам за цел около 1 μH да бъде приблизително същата като намотката, която използвах преди. Използвах L_Calculate на TI и това ми каза, че 7 завъртания при среден размер 9 мм х 6,5 мм с ширина на следата 0,1524 трябва да са 950 nH. Достатъчно близо.

Когато върнах печатните платки, той измерва 0.627μH - със съпротивление 0.867Ω. Време е да определим как трябва да изглежда съвпадащата мрежа, така че TRF7970A да вижда 50Ω. Съпоставянето на антените е цяла тема сама по себе си, така че няма да се впускам в това сега, но ако се интересувате, разгледах как да настроя антена, без да се нуждая от скъпа VNA тук.

Достатъчно е да се каже, че вашата печатна платка може да се използва за създаване на антена с нулева цена, независимо дали става дума за индуктивна бобина за RFID (не строго за антена) или за WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz и т.н. Още веднъж бих предложил, че ако имате нужда от такъв, започнете от дизайнерските бележки за всяко устройство, което използвате. Производителят иска да закупите техните компоненти, така че те са в голяма помощ, когато става въпрос за използването им.

Стъпка 6: Вашата печатна платка като заглавка за отстраняване на грешки

Веднага след като добавите микроконтролер към вашия проект, имате проблем как да поставите кода си върху него. Често хубавата нископрофилна печатна платка завършва с плътна заглавка на щифта върху нея. Често това са и версии с отвори, така че вашата прекрасна чиста печатна платка е засегната от двете страни. Очевидно, тъй като исках едната страна да ми бъде предния панел, през отвора като навън. Пинните заглавки за повърхностно монтиране могат да рискуват да обелят следите ви - особено ако има вероятност да се свържете и изключите няколко пъти.

За щастие има алтернатива - pogo щифтове. Тези пружинирани щифтове правят приятен електрически контакт с дъската. Може да не е достатъчно тих за постоянна връзка, но със сигурност е за програмиране. Виждал съм pogo пинове, използвани с персонализиран джиг както за програмиране, така и за тестване на производствена платка. Виждал съм ги дори залепени на колче за дрехи за много домашен програмист. Използвах обаче търговски продукт, достъпен за много семейства микроконтролери - Tag Connect. Това изисква няколко малки дупки за подравняване на дъската ви, така че може да не е перфектно, ако имате нужда от водоустойчив преден панел, но реших, че би било добре за този проект.

Всичко, което се изисква, е печат на печатни платки и сте готови! Дупките са в рамките на изискванията за къща на борда и може би дори домашно офорт.

Стъпка 7: Готовата печатна платка

Така че, след като всички тези идеи за печатни платки бяха включени в един проект - ето го крайният резултат. Той отговаря или на правилния NFC маркер, или на входния код и отваря вратата. Работата на вратата е отделна, тъй като тя ще управлява няколко различни врати по няколко различни начина. Вратата към къщата ми ще бъде електромагнитно освобождаване, точно както бихте намерили в жилищен блок с домофонна система.

Аз съм кайтсърфист, толкова често се озовавам в океана и винаги е трудно да знам какво да правя с ключовете си. С NFC етикет в ръка винаги имам ключа със себе си! За моя микробус той ще се свърже със системата за централно заключване.

За вашата собствена врата може да искате да изберете подходящ начин за отваряне или отключване.

Ще намерите всичко необходимо, за да копирате (или адаптирате) този проект в това хранилище на GitHub.

Надявам се да ви е харесало да четете за този проект и че той ви е вдъхновил да включите някои от идеите във вашите собствени печатни платки. Ако го направите, моля, уведомете ме в коментарите по -долу. Моля, разгледайте и заявките в конкурса за печатни платки и гласувайте за това, което смятате за най -добро. Надявам се да е мой, но съм сигурен, че и там има много други добри записи.

Вицешампион в конкурса за печатни платки