Κλείδωμα NFC - Όταν ένα PCB είναι επίσης τα κουμπιά, η κεραία και άλλα : 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Μπορείτε να πάρετε ένα από τα δύο πράγματα από αυτό το Instructable. Μπορείτε να ακολουθήσετε και να δημιουργήσετε τον δικό σας συνδυασμό αριθμητικού πληκτρολογίου και αναγνώστη NFC. Το σχηματικό είναι εδώ. Η διάταξη PCB είναι εδώ. Θα βρείτε έναν λογαριασμό υλικών για να παραγγείλετε τα εξαρτήματα που χρειάζεστε. Έχω δώσει τον κωδικό για τον προγραμματισμό του μικροελεγκτή. Υπάρχουν όλα όσα χρειάζεστε για να αντιγράψετε ή να επεκτείνετε αυτό το έργο.

Ωστόσο, υποψιάζομαι ότι οι περισσότεροι αναγνώστες είναι πιο πιθανό να πάρουν έμπνευση από ορισμένες πτυχές του. Αυτό το Instructable σας δείχνει ότι το PCB δεν είναι μόνο ένας τρόπος για να συνδέσετε τα εξαρτήματα μεταξύ τους. Αυτό το μικρό ορθογώνιο από υαλοβάμβακα και χαλκό έχει πολλές άλλες χρήσεις - ενώ αναλαμβάνει την κύρια δουλειά του να κάνει ηλεκτρικές συνδέσεις. Θα παρουσιάσω όλες αυτές τις πτυχές πρώτα πριν τις συγκεντρώσω σε ένα ολοκληρωμένο έργο. Ελπίζω να σας αρέσει το ταξίδι και να αποφασίσετε να χρησιμοποιήσετε ένα ή δύο από αυτά τα κόλπα σε ένα δικό σας έργο!

Βήμα 1: Η διαδικασία

Τόσα πολλά έργα ακολουθούν την ίδια τροχιά στο δρόμο προς το «τελειωμένο» και τόσα πολλά σκοντάφτουν ακριβώς πριν από το τελευταίο εμπόδιο.

Το Πρωτότυπο

Πρώτα υπάρχει το πρωτότυπο. Έχετε μια ιδέα και από το συρτάρι βγαίνει ο πίνακας ανάπτυξης του μικροελεγκτή σας. Για πολλούς αυτό θα είναι ένα Arduino, αλλά είμαι πιο χαρούμενος γύρω από τη γραμμή MSP430 της TI, 16-bit χαμηλής ισχύος μικροελεγκτών. Όποια και αν είναι η επιλογή σας, συνήθως υπάρχει ένας πίνακας ανάπτυξης που βοηθά. Αυτό σημαίνει ότι δεν χρειάζεται να ξεκινήσετε να φτιάχνετε το δικό σας PCB και μπορείτε να δοκιμάσετε θεωρίες και πιθανές περιφερειακές συσκευές. Υπάρχει συχνά ένα Booster Pack / Shield / Hat - ή οποιοδήποτε παράξενο όνομα για μια θυγατρική σανίδα που έχει καταλήξει ο κατασκευαστής. Καμία χρήση δεν είναι ξένη σε ένα breadboard ή αδέσποτο σύρμα.

Μπορείτε να δείτε ότι εδώ χρησιμοποίησα το κιτ ανάπτυξης CapTIvate της TI και το πακέτο ενισχυτή TRF7970A NFC για να αποδείξω ότι η ιδέα είναι πιθανό να λειτουργήσει.

Θα βγάλετε επίσης κάποια απόδειξη του κώδικα έννοιας. Μπορεί να είναι ακατάστατο. Μπορεί να βασίζεται σε ληφθείσες βιβλιοθήκες που θα σας βοηθήσουν να φτάσετε εκεί. Προσωπικά, τείνω να το αφήσω λίγο ατελές γιατί ξέρω ότι έχω εκείνες τις εβδομάδες μπροστά περιμένοντας την άφιξη των PCB. Μπορώ να το τακτοποιήσω τότε.

Ο σχεδιασμός

Ακολουθεί το σχέδιο. Εκκινήστε το αγαπημένο σας λογισμικό σχεδιασμού PCB. Στην περίπτωσή μου είναι Eagle. Χρειάζεται ένας εκπληκτικός χρόνος για να μεταβείτε από την ιδέα στην τελειότητα, και εδώ βρίσκεται η περιπέτειά μας! Τα επόμενα βήματα θα σας βοηθήσουν να αξιοποιήσετε στο έπακρο αυτό.

Αναμονή για τα PCB σας

Μπορεί να χαράξετε το δικό σας ή να τα φτιάξετε βιαστικά, αλλά οι περισσότεροι από εμάς θα παραγγείλουμε από ένα σπιτάκι στην Κίνα και θα περιμένουμε μερικές εβδομάδες. Τώρα είναι η ώρα να επιστρέψουμε σε αυτόν τον κώδικα. Δεν θα τακτοποιηθεί από μόνο του!

Συναρμολόγηση και εντοπισμός σφαλμάτων

Βγάλτε το συγκολλητικό σίδερο ή το φρυγανιέρα. Στη συνέχεια, μπορείτε να δείτε αν λειτουργεί όπως αναμενόταν. Maybeσως γυρίσετε 2 βήματα πίσω. Μάλλον όχι.

Το περίβλημα και ο μπροστινός πίνακας

Έτσι το PCB σας φαίνεται επαγγελματικό. Τώρα χρειάζεται περίβλημα και μπροστινό πλαίσιο. Maybeσως εκτυπώσετε κάτι 3D. Φαίνεται εντάξει, αλλά δεν αντιπροσωπεύει τη φινέτσα του υπέροχου PCB στο εσωτερικό του. Λοιπόν, εδώ είναι που θα βοηθήσει πραγματικά αυτός ο οδηγός!

Βήμα 2: Το PCB σας ως ο μπροστινός πίνακας

Το Soldermask ήταν απλά πράσινο. Η μεταξωτή οθόνη ήταν λειτουργική παρά διακοσμητική. Ένα PCB ήταν κάτι που ήταν κρυμμένο και μόνο geeks σαν εμάς θα ενδιαφερόταν να το δει. Λοιπόν, όχι άλλο!

Πολλά επιτραπέζια σπίτια σας επιτρέπουν τώρα να επιλέξετε από μια μεγάλη γκάμα χρωμάτων. Η ποιότητα της οθόνης μεταξιού έχει βελτιωθεί πολύ. Επιτρέπονται αστεία σχήματα και αποκόμματα. Γιατί λοιπόν να μην επωφεληθείτε από αυτό; Εάν δημιουργήσετε το PCB προσεκτικά, τότε ένα σπίτι μπορεί να φτιάξει τα μπροστινά σας πάνελ για εσάς!

Στο παράδειγμά μου, έχω τοποθετήσει όλα τα εξαρτήματα στη μία πλευρά και έχω βεβαιωθεί ότι η άλλη πλευρά φαίνεται αρκετά καλή για να είναι το μπροστινό μέρος της συσκευής μου. Δεν χρειάζεται να το κάνετε αυτό. Maybeσως θέλετε να έχετε την ομορφιά και τον εγκέφαλο σε ξεχωριστές σανίδες. Από σένα εξαρτάται.

Έχω δει ακόμη και έναν αριθμό PCB που συγκολλούνται μαζί για να σχηματίσουν ολόκληρο το περίβλημα, αλλά αυτό είναι ασυνήθιστο. Αν νομίζετε ότι μπορείτε να το κάνετε όμως - γιατί όχι!

Ο πίνακας μου είναι αρκετά απλός - μόνο μια τακτοποιημένη λευκή μεταξοτυπία πάνω από μια μαύρη κολλητική μάσκα. Ταιριάζει με την εμφάνιση που ήμουν μετά. Είναι δυνατό να αποκτήσετε μια μεγάλη γκάμα χρωμάτων και αποχρώσεων συνδυάζοντας μεταξοτυπία, μάσκα και χαλκό με διάφορους τρόπους. Θα σας αφήσω στην Google "PCB art" και θα δείτε μερικές από τις εκπληκτικές δημιουργίες που έχουν καταλήξει άλλοι άνθρωποι! Εντυπωσιακά κι αν είναι, ίσως δεν είναι όλα κατάλληλα για έναν μπροστινό πίνακα.

Βήμα 3: Το PCB σας ως κουμπιά

Mayσως έχετε παρατηρήσει ότι οι αριθμοί με μεταξοτυπία μοιάζουν πολύ με ένα αριθμητικό πληκτρολόγιο και αυτό συμβαίνει επειδή είναι. Για την ακρίβεια είναι χωρητικά κουμπιά αφής. Εάν ακολουθείτε αυτήν τη διαδρομή, πιθανότατα θα θέλετε έναν μικροελεγκτή που υποστηρίζει χωρητικό άγγιγμα, αν και είναι δυνατόν να "κυλήσετε τη δική σας" χωρητική ανίχνευση αφής, αν το θέλετε πραγματικά.

Όλα τα χωρητικά κουμπιά αφής αποτελούνται από μερικά ίχνη PCB που τοποθετούνται για να έχουν ανιχνεύσιμη χωρητικότητα είτε στη γείωση (γνωστή ως αυτο-χωρητικότητα) είτε σε άλλο ίχνος (γνωστό ως αμοιβαία χωρητικότητα).

Ξεκίνησα τον σχεδιασμό μου ακολουθώντας τον οδηγό CapTIvate της TI για τη συσκευή MSP430FR2633, αλλά εάν χρησιμοποιείτε άλλο μικροελεγκτή, αξίζει να δείτε τους οδηγούς και τα σχέδια αναφοράς που παρέχονται από τον κατασκευαστή. Δεν παρέχεται μόνο ένας οδηγός για τη διάταξη PCB, αλλά υπάρχει ακόμη και το Κέντρο σχεδίασης CapTIvate που θα δημιουργήσει κάποιο πρότυπο κώδικα για να ταιριάζει με το υλικό σας.

Θα παρατηρήσετε ότι η ουσία του κουμπιού είναι μόνο δύο κύκλοι χαλκού αρκετά κοντά ο ένας στον άλλο. Φέρνοντας το δάχτυλό σας κοντά μειώνει τη χωρητικότητα μεταξύ τους. Το MSP430 χρησιμοποιεί μια σταθερή πηγή ρεύματος για να φορτίσει αυτόν τον πυκνωτή και μετρά πόσο γρήγορα αλλάζει η τάση σε αυτόν. Η βιβλιοθήκη CapTIvate απλοποιεί τη μετατροπή της σε ανιχνευμένα πατήματα κουμπιών.

Σχεδίασα ένα προσαρμοσμένο μέρος στο Eagle για να απλοποιήσω την προσθήκη δώδεκα από αυτά τα κουμπιά και έτσι ώστε να μπορώ να τα χρησιμοποιήσω σε μελλοντικά έργα.

Βήμα 4: Το PCB σας ως διαχύτης LED

Ο αετός με τα μάτια σας μπορεί να έχετε παρατηρήσει το μικρό κυκλικό έμπλαστρο όπου η μαύρη μάσκα λείπει από τις δύο πλευρές του PCB. Όπως με σχεδόν κάθε ηλεκτρονικό σχεδιασμό, χρειαζόμουν κάποια οπτική ανατροφοδότηση για τον χρήστη. Πήγα με ένα LED RGB και είχα μερικές επιλογές για αυτό.

• Θα μπορούσα να χρησιμοποιήσω ένα LED μέσω οπών και να κόψω μια τρύπα για να περάσει. Δεν είμαι σίγουρος πώς θα το συνδέσω χωρίς άλλο PCB.
• Θα μπορούσα να χρησιμοποιήσω ένα LED για τοποθέτηση επιφάνειας. Τότε είχα κάποια ίχνη και ένα LED που μπέρδεψε το τακτοποιημένο μπροστινό μου πλαίσιο.
• Θα μπορούσα να χρησιμοποιήσω ένα LED ανάστροφης τοποθέτησης.

Μερικοί από εσάς ίσως αναρωτιέστε τι είναι το LED αντίστροφης βάσης. Λοιπόν, είναι ένα "ανάποδο" LED για τοποθέτηση επιφάνειας που λάμπει πίσω στο PCB στο οποίο είναι τοποθετημένο. Τι?! Γιατί να το κάνεις αυτό? Λοιπόν, το βγάζει από την άλλη πλευρά του PCB. Τα περισσότερα σχέδια θα έχουν ακόμα μια τρύπα στο PCB για να λάμπει αυτό το LED, αλλά αποφάσισα να αφαιρέσω το χαλκό και τη μάσκα και να δω αν το υλικό του PCB ήταν αρκετά ημιδιαφανές για να λάμπει το LED. Spoiler alert - ήταν! Είμαι βέβαιος ότι θα ήταν λίγο πιο φωτεινό με μια τρύπα, αλλά είναι αρκετά εύκολο για να είναι ορατό στο φως του ήλιου μέσω 1,6 χιλιοστών FR4. Είναι επίσης όμορφα διασκορπισμένο.

Χρειάστηκε ένα προσαρμοσμένο μέρος που σχεδίασε τον Eagle για να διασφαλίσει ότι δεν υπήρχε χαλκός ή μάσκα από κάτω, αλλά το μόνο που χρειάστηκε ήταν δύο κύκλοι στα επίπεδα Restrict και Keepout και στις δύο πλευρές. Θα βρείτε αυτό το προσαρμοσμένο μέρος στη συνημμένη βιβλιοθήκη Eagle.

Βήμα 5: Το PCB σας ως κεραία

Η χρήση ενός ίχνους PCB ως κεραίας δεν είναι κάτι καινούργιο. Το πακέτο NFC Booster που χρησιμοποίησα έχει ένα. Οι περισσότεροι εμπορικοί αναγνώστες NFC που θα βρείτε τα χρησιμοποιούν. Ένα ζήτημα που βρήκα είναι ότι αυτά είναι ρυθμισμένα για να ταιριάζουν στις πιο κοινές μορφές ετικετών NFC - κάρτες και πληκτρολόγια. Είμαι αρκετά geeky για να έχω μια μικρή ετικέτα NFC εμφυτευμένη στο χέρι μου. Οι λεπτομέρειες είναι εδώ αν δεν είστε τσακωμένοι. Έχω κάνει επίσης ένα προηγούμενο έργο χρησιμοποιώντας έναν πηνίο συρμάτινου τραύματος ως κεραία. Για αυτό το έργο ήθελα να δω αν ήταν δυνατόν να δημιουργηθεί μια κεραία PCB που να ταιριάζει όμορφα με μια μικροσκοπική εμφυτευμένη ετικέτα.

Πρώτα αποφάσισα να δημιουργήσω ένα ίχνος PCB που να είναι σωματικά μικρότερο από αυτά που θα δείτε κανονικά. Η επαγωγή είναι σημαντική κατά τη ρύθμιση της κεραίας, οπότε χρησιμοποιώ μια ηλεκτρονική αριθμομηχανή επαγωγής PCB και στοχεύω περίπου το 1μH να είναι περίπου το ίδιο με το συρματόσχοινο που είχα χρησιμοποιήσει πριν. Χρησιμοποίησα το L_Calculate της TI και αυτό μου είπε ότι 7 στροφές με μέσο μέγεθος 9mm x 6.5mm με πλάτος ίχνους 0.1524 θα πρέπει να είναι 950nH. Αρκετά κοντά.

Όταν πήρα πίσω τα PCB, ήταν 0,627μH - με αντίσταση 0,867Ω. It'sρθε η ώρα να επεξεργαστείτε πώς πρέπει να μοιάζει το αντίστοιχο δίκτυο έτσι ώστε το TRF7970A να βλέπει 50Ω. Η αντιστοίχιση κεραίας είναι ένα ολόκληρο θέμα από μόνη της, οπότε δεν θα ασχοληθώ με αυτό τώρα, αλλά αν σας ενδιαφέρει, κάλυψα πώς να συντονίσετε μια κεραία χωρίς να χρειάζεστε ένα ακριβό VNA εδώ.

Αρκεί να πούμε ότι το PCB σας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία κεραίας μηδενικού κόστους, είτε πρόκειται για επαγωγικό πηνίο για RFID (όχι αυστηρά κεραία) είτε για WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz, κ.λπ. Για άλλη μια φορά, θα πρότεινα ότι εάν χρειάζεστε ένα ξεκινάτε από σημειώσεις σχεδίασης για οποιαδήποτε συσκευή χρησιμοποιείτε. Ο κατασκευαστής θέλει να αγοράσετε τα εξαρτήματά τους, ώστε να είναι μια μεγάλη βοήθεια όταν πρόκειται να τα χρησιμοποιήσετε.

Βήμα 6: Το PCB σας ως κεφαλίδα εντοπισμού σφαλμάτων

Μόλις προσθέσετε έναν μικροελεγκτή στο έργο σας, έχετε το πρόβλημα πώς να μεταφέρετε τον κώδικά σας σε αυτό. Συχνά το ωραίο χαμηλού προφίλ PCB καταλήγει με μια χοντρή κεφαλίδα καρφίτσας σε αυτό. Συχνά αυτές είναι και μέσω εκδόσεων οπών, οπότε το υπέροχο τακτοποιημένο PCB έχει επηρεαστεί και από τις δύο πλευρές. Προφανώς, όπως ήθελα η μία πλευρά να είναι ο μπροστινός μου πίνακας, μέσα από τρύπα όπως έξω. Οι επικεφαλίδες καρφιτσών επιτοίχιας τοποθέτησης μπορεί να κινδυνεύσουν να ξεκολλήσουν τα ίχνη σας - ειδικά αν είναι πιθανό να συνδεθείτε και να αποσυνδεθείτε μερικές φορές.

Ευτυχώς υπάρχει μια εναλλακτική λύση - pogo pin. Αυτοί οι πείροι με ελατήριο κάνουν μια ωραία ηλεκτρική επαφή με την πλακέτα σας. Μπορεί να μην είναι αρκετά ήσυχο για μόνιμη σύνδεση, αλλά σίγουρα είναι για προγραμματισμό. Έχω δει καρφίτσες pogo που χρησιμοποιούνται με προσαρμοσμένο jig τόσο για προγραμματισμό όσο και για δοκιμή ενός πίνακα παραγωγής. Τα έχω δει ακόμη και κολλημένα σε ένα μανταλάκι ρούχων για μια πολύ σπιτική εμφάνιση προγραμματιστή. Ωστόσο, χρησιμοποίησα ένα εμπορικό προϊόν που είναι διαθέσιμο για πολλές οικογένειες μικροελεγκτών - Tag Connect. Απαιτεί μερικές μικροσκοπικές οπές ευθυγράμμισης στον πίνακα, οπότε μπορεί να μην είναι τέλειο αν χρειάζεστε αδιάβροχο μπροστινό πάνελ, αλλά αποφάσισα ότι θα ήταν καλό για αυτό το έργο.

Το μόνο που απαιτείται είναι ένα αποτύπωμα PCB και τελειώσατε! Οι τρύπες είναι καλά εντός των απαιτήσεων ενός σπιτιού και ίσως ακόμη και στο σπίτι.

Βήμα 7: Το τελικό PCB

Έτσι, μετά την ενσωμάτωση όλων αυτών των ιδεών PCB σε ένα έργο - εδώ είναι το τελικό αποτέλεσμα. Ανταποκρίνεται είτε στη σωστή ετικέτα NFC είτε στον κωδικό εισόδου και ανοίγει την πόρτα. Η λειτουργία της πόρτας είναι ξεχωριστή γιατί θα λειτουργήσει μερικές διαφορετικές πόρτες με δύο διαφορετικούς τρόπους. Η πόρτα στο σπίτι μου θα είναι μια ηλεκτρομαγνητική απελευθέρωση, όπως θα έβρισκες σε μια πολυκατοικία με σύστημα ενδοεπικοινωνίας.

Είμαι kitesurfer τόσο συχνά βρίσκομαι στον ωκεανό και είναι πάντα δύσκολο να γνωρίζω τι να κάνω με τα κλειδιά σου. Με μια ετικέτα NFC στο χέρι έχω πάντα το κλειδί μαζί μου! Για το βαν μου θα συνδεθεί με το κεντρικό σύστημα κλειδώματος.

Για τη δική σας πόρτα μπορεί να θέλετε να επιλέξετε έναν κατάλληλο τρόπο για να την ανοίξετε ή να την ξεκλειδώσετε.

Θα βρείτε όλα όσα χρειάζεστε για να αναπαράγετε (ή να προσαρμόσετε) αυτό το έργο σε αυτό το αποθετήριο GitHub.https://github.com/FredMurphy/LockNFC

Ελπίζω να σας άρεσε να διαβάζετε για αυτό το έργο και ότι σας ενέπνευσε να ενσωματώσετε μερικές από τις ιδέες στα δικά σας PCB. Αν το κάνετε, ενημερώστε με στα παρακάτω σχόλια. Επίσης, ρίξτε μια ματιά στις συμμετοχές στο διαγωνισμό PCB και ψηφίστε όποια θεωρείτε καλύτερη. Ελπίζω να είναι δικό μου, αλλά είμαι σίγουρος ότι υπάρχουν και πολλές άλλες καλές συμμετοχές εκεί.

Επόμενος στο Διαγωνισμό PCB