NFC bloķēšana - ja PCB ir arī pogas, antena un citi : 7 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

No šīs pamācības varat ņemt vienu no divām lietām. Jūs varētu sekot līdzi un izveidot savu ciparu tastatūras un NFC lasītāja kombināciju. Shēma ir šeit. PCB izkārtojums ir šeit. Jūs atradīsit materiālu sarakstu, lai pasūtītu nepieciešamās detaļas. Esmu norādījis mikrokontrollera programmēšanas kodu. Ir viss nepieciešamais, lai kopētu vai paplašinātu šo projektu.

Tomēr man ir aizdomas, ka lielākā daļa lasītāju, visticamāk, vienkārši iedvesmosies no dažiem tā aspektiem. Šī pamācība parāda, ka PCB ir vairāk nekā tikai veids, kā savienot komponentus kopā. Šim mazajam stikla šķiedras un vara taisnstūrim ir daudz citu pielietojumu, vienlaikus turpinot savu galveno darbu - elektrisko savienojumu veidošanu. Visus šos aspektus es iepazīstināšu pirms to apvienošanas pabeigtā projektā. Es ceru, ka jums patiks ceļojums un, iespējams, nolemsiet izmantot vienu vai divus no šiem trikiem savā projektā!

1. solis: process

Tik daudzi projekti iet to pašu trajektoriju ceļā uz "pabeigtu", un tik daudzi paklupj tieši pirms pēdējā šķēršļa.

Prototips

Vispirms ir prototips. Jums ir ideja, un no atvilktnes nāk jūsu mikrokontrolleru izstrādes panelis. Daudziem tas būs Arduino, bet es esmu vislaimīgākais ap TI MSP430 16 bitu mazjaudas mikrokontrolleru līniju. Lai kāda būtu jūsu izvēle, parasti palīdz attīstības padome. Tas nozīmē, ka jums nav jāsāk ar sava PCB izgatavošanu, un jūs varat pārbaudīt teorijas un iespējamās perifērijas ierīces. Bieži vien ir Booster Pack / Shield / cepure - vai kāds cits dīvains nosaukums meitas plāksnei, ko ražotājs ir izdomājis. Maizes dēlis vai klaiņojošais vads nav svešs.

Jūs varat redzēt, ka šeit esmu izmantojis TI CapTIvate izstrādes komplektu un TRF7970A NFC pastiprinātāja pakotni, lai pierādītu, ka koncepcija, visticamāk, darbosies.

Jūs arī izsitīsit kādu koncepcijas koda pierādījumu. Tas var būt netīrs. Tas var paļauties uz lejupielādētām bibliotēkām, kas ļaus jums nokļūt tur. Personīgi es mēdzu to atstāt nedaudz nepilnīgu, jo zinu, ka man ir šīs nedēļas priekšā, gaidot PCB ierašanos. Tad es varu to sakārtot.

Dizains

Tālāk nāk dizains. Iedarbiniet savu iecienītāko PCB projektēšanas programmatūru. Manā gadījumā tas ir Ērglis. Tas aizņem pārsteidzoši daudz laika, lai pārietu no idejas līdz pilnībai, un šeit ir mūsu piedzīvojums! Turpmākās darbības palīdzēs jums gūt maksimālu labumu.

Gaida jūsu PCB

Jūs varat kodināt savu vai steigā tos pagatavot, taču lielākā daļa no mums pasūtīs no dēļu mājas Ķīnā un gaidīs dažas nedēļas. Tagad ir pienācis laiks atgriezties pie šī koda. Tas pats nesakārtosies!

Montāža un atkļūdošana

Izņemiet lodāmuru vai tostera krāsni. Tad jūs varat redzēt, vai tas darbojas, kā paredzēts. Varbūt atgriezieties 2 soļus atpakaļ. Varbūt ne.

Korpuss un priekšējais panelis

Tātad jūsu PCB izskatās profesionāli. Tagad tam ir nepieciešams korpuss un priekšējais panelis. Varbūt jūs kaut ko izdrukāsit 3D formātā. Tas izskatās labi, bet tas neatspoguļo jauko PCB smalkumu iekšpusē. Lūk, šī rokasgrāmata patiešām palīdzēs!

2. darbība. Jūsu PCB kā priekšējais panelis

Soldermask agrāk bija tikai zaļa. Sietspiede bija funkcionāla, nevis dekoratīva. PCB bija kaut kas paslēpts, un tikai tādi geeki kā mēs būtu ieinteresēti to redzēt. Nu, ne vairāk!

Tagad daudzas dēļu mājas ļauj izvēlēties no plaša krāsu klāsta. Sietspiedes kvalitāte ir ievērojami uzlabojusies. Ir atļautas smieklīgas formas un izgriezumi. Tad kāpēc gan neizmantot šo iespēju? Ja jūs rūpīgi izveidojat PCB, tad dēļu māja var izgatavot priekšējos paneļus jūsu vietā!

Manā piemērā es esmu ievietojis visas sastāvdaļas vienā pusē un pārliecinājies, ka otra puse izskatījās pietiekami labi, lai būtu manas ierīces priekšpuse. Jums tas nav jādara. Varbūt jūs vēlaties, lai skaistums un smadzenes būtu atsevišķos dēļos. Tas ir atkarīgs no jums.

Esmu pat redzējis vairākus PCB lodēt kopā, lai veidotu visu korpusu, bet tas ir neparasti. Ja tomēr domājat, ka varat to izdarīt - kāpēc gan ne!

Mana tāfele ir diezgan vienkārša - tikai glīts balts sietspiede virs melnas lodmaskas. Tas piestāvēja izskatam, pēc kura es meklēju. Dažādos veidos kombinējot sietspiedi, lodmasku un varu, ir iespējams iegūt diezgan dažādas krāsas un toņus. Es atstāšu jūs Google "PCB art" un redzēsit dažus pārsteidzošus darbus, ko citi cilvēki ir izdomājuši! Lai arī tie ir iespaidīgi, varbūt ne visi ir piemēroti priekšējam panelim.

3. solis: jūsu PCB kā pogas

Jūs, iespējams, pamanījāt, ka sietspiedes skaitļi izskatās ļoti līdzīgi ciparu tastatūrai, un tas ir tāpēc, ka tādi ir. Precīzāk, tās ir kapacitatīvās skārienpogas. Ja jūs dodaties pa šo ceļu, jūs, iespējams, vēlēsities mikrokontrolleru, kas atbalsta kapacitatīvo pieskārienu, lai gan, ja patiešām vēlaties, ir iespējams “pašam ritināt” kapacitatīvo pieskārienu.

Visas kapacitatīvās skārienpogas sastāv no dažām PCB pēdām, kuras ir novietotas tā, lai tām būtu nosakāma kapacitāte vai nu zemei (pazīstama kā paškapacitāte), vai citai pēdai (pazīstama kā savstarpēja kapacitāte).

Es sāku savu dizainu, ievērojot TI CapTIvate rokasgrāmatu savai MSP430FR2633 ierīcei, bet, ja izmantojat citu mikrokontrolleri, iespējams, ir vērts aplūkot ražotāja piedāvātās rokasgrāmatas un atsauces dizainus. Tiek sniegts ne tikai PCB izkārtojuma ceļvedis, bet ir pat CapTIvate dizaina centrs, kas ģenerēs veidnes kodu, kas atbilst jūsu aparatūrai.

Jūs pamanīsit, ka pogas būtība ir tikai divi vara apļi, kas atrodas diezgan tuvu viens otram. Tuvinot pirkstu, samazinās kapacitāte starp tām. Lai uzlādētu šo kondensatoru, MSP430 izmanto pastāvīgu strāvas avotu un mēra, cik ātri mainās spriegums. CapTIvate bibliotēka vienkāršo tā pārvēršanu par atklātām pogu nospiešanām.

Es izveidoju pielāgotu daļu Eagle, lai vienkāršotu divpadsmit šo pogu pievienošanu un varētu tās izmantot turpmākajos projektos.

4. solis: jūsu PCB kā LED difuzors

Ērgļa acis starp jums, iespējams, pamanīja nelielu apaļu plāksteri, kur abās PCB pusēs trūkst melnās lodmaskas. Tāpat kā gandrīz jebkuram elektroniskam dizainam, man vajadzēja lietotājam vizuālu atgriezenisko saiti. Es devos ar RGB gaismas diodi, un man bija dažas iespējas.

• Es varētu izmantot LED caur caurumu un izgriezt caurumu, lai tas varētu izlauzties cauri. Es neesmu pārliecināts, kā to savienot bez citas PCB.
• Es varētu izmantot virsmas montāžas LED. Tad man būtu dažas pēdas un gaismas diode, kas izjauc manu glīto priekšējo paneli.
• Es varētu izmantot atpakaļgaitas LED.

Dažiem no jums var rasties jautājums, kas ir reversā stiprinājuma gaismas diode. Nu, tas ir "otrādi" virsmas stiprinājuma LED, kas spīd atpakaļ pie PCB, uz kuras tas ir uzstādīts. Kas?! Kāpēc jūs to darītu? Nu, tas novērš to no ceļa PCB otrā pusē. Lielākajai daļai dizainu PCB joprojām ir caurums, lai šī gaismas diode spīdētu, bet es nolēmu vienkārši noņemt varu un lodmasku un pārbaudīt, vai PCB materiāls ir pietiekami caurspīdīgs, lai gaismas diode spīdētu cauri. Spoilera brīdinājums - tas bija! Es esmu pārliecināts, ka tas būtu mazliet gaišāks ar caurumu, bet tas ir pietiekami viegli, lai būtu redzams saules gaismā caur 1,6 mm FR4. Tas ir arī labi izkliedēts.

Tam bija nepieciešama pielāgota detaļa, kas to izveidoja par ērgli, lai nodrošinātu, ka zem tā nav vara vai lodmaskas, taču viss, kas bija vajadzīgs, bija pāris apļi uz ierobežošanas un saglabāšanas slāņiem abās pusēs. Šo pielāgoto daļu atradīsit pievienotajā Ērgļa bibliotēkā.

5. darbība. Jūsu PCB kā antena

PCB izsekošanas izmantošana kā antena nav nekas jauns. Manā izmantotajā NFC pastiprinātāja iepakojumā ir viens. Lielākā daļa komerciālo NFC lasītāju tos izmanto. Viena problēma, ko es atklāju, ir tāda, ka tie ir pielāgoti visizplatītākajiem NFC tagu formātiem - kartēm un taustiņiem. Esmu pietiekami dīvains, lai rokā implantētu nelielu NFC tagu. Sīkāka informācija ir šeit, ja neesat sašutis. Esmu arī veicis iepriekšējo projektu, izmantojot antenas stieples brūces induktoru. Šim projektam es gribēju redzēt, vai ir iespējams izveidot PCB antenu, kas būtu labi saskaņota ar mazu implantētu tagu.

Pirmkārt, es nolēmu izveidot PCB izsekojamību, kas fiziski ir mazāka nekā parasti redzamās. Induktivitāte ir svarīga, noskaņojot antenu, tāpēc es izmantoju tiešsaistes PCB induktora kalkulatoru, un tā mērķis bija aptuveni 1μH būt aptuveni tāds pats kā iepriekš izmantotajai stieples brūcei. Es izmantoju TI L_Calculate, un tas man teica, ka 7 pagriezieniem ar vidējo izmēru 9 mm x 6,5 mm ar izsekošanas platumu 0,1524 vajadzētu būt 950nH. Pietiekami tuvu.

Kad es saņēmu atpakaļ PCB, tā izmērs bija 0,627μH - ar pretestību 0,867Ω. Ir pienācis laiks noskaidrot, kādam vajadzētu izskatīties atbilstošajam tīklam, lai TRF7970A redzētu 50Ω. Antenu saskaņošana pati par sevi ir vesela tēma, tāpēc tagad es tajā neiedziļināšos, bet, ja jūs interesē, es apskatīju, kā noregulēt antenu, šeit nav nepieciešama dārga VNA.

Pietiek teikt, ka jūsu PCB var izmantot, lai izveidotu antenu bez maksas, neatkarīgi no tā, vai tā ir RFID indukcijas spole (nevis stingri antena) vai WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz uc Es vēlreiz ieteiktu ja jums tas ir vajadzīgs, sāciet ar dizaina piezīmēm neatkarīgi no izmantotās ierīces. Ražotājs vēlas, lai jūs iegādātos to komponentus, tāpēc tie ir lielisks palīgs to izmantošanā.

6. darbība. Jūsu PCB kā atkļūdošanas galvene

Tiklīdz savam projektam pievienojat mikrokontrolleru, jums rodas jautājums, kā tajā iegūt kodu. Bieži vien jūs jauka zema profila PCB beidzas ar resnu pin galveni uz tā. Bieži vien šīs ir arī caurumu versijas, tāpēc jūs, skaisti veikls PCB, esat ietekmējis abās pusēs. Acīmredzot, jo es gribēju, lai viena puse būtu mans priekšējais panelis, caur caurumu kā ārā. Virsmas stiprinājuma tapas var novilkt jūsu pēdas - it īpaši, ja jūs, iespējams, vairākas reizes pievienosit un atvienosit.

Par laimi ir alternatīva - pogo tapas. Šīs ar atsperēm piespraustās tapas veido jauku elektrisko kontaktu ar jūsu dēli. Tas var nebūt pietiekami kluss pastāvīgam savienojumam, bet tas noteikti ir paredzēts programmēšanai. Esmu redzējis pogo tapas, kas tiek izmantotas kopā ar pielāgotu džigu gan programmēšanai, gan arī ražošanas plates testēšanai. Esmu pat redzējis, ka tie ir iesprūduši pie drēbju šķipsnas, lai iegūtu ļoti mājās gatavotu programmētāja izskatu. Tomēr es izmantoju komerciālu produktu, kas pieejams daudzām mikrokontrolleru ģimenēm - Tag Connect. Tam ir nepieciešami daži mazi izlīdzināšanas caurumi jūsu panelī, tāpēc tas var nebūt ideāls, ja jums ir nepieciešams ūdensnecaurlaidīgs priekšējais panelis, bet es nolēmu, ka šim projektam tas būtu labi.

Viss, kas nepieciešams, ir PCB nospiedums, un esat pabeidzis! Caurumi labi atbilst dēļu mājas prasībām un varbūt pat mājas kodināšanai.

7. solis: Gatavā PCB

Tātad, pēc visu šo PCB ideju iekļaušanas vienā projektā - šeit ir gala rezultāts. Tas reaģē uz pareizo NFC tagu vai ievades kodu un atver durvis. Durvju darbība ir atsevišķa, jo tā darbinās pāris dažādas durvis pāris dažādos veidos. Manas mājas durvis būs elektromagnētiskas, tāpat kā daudzdzīvokļu mājā ar domofona sistēmu.

Es esmu kitesurfer, tāpēc es bieži atrodos okeānā, un vienmēr ir sarežģīti zināt, ko darīt ar savām atslēgām. Ar NFC tagu rokā man vienmēr ir atslēga! Manam furgonam tas būs saistīts ar centrālo bloķēšanas sistēmu.

Ja jums pieder durvis, iespējams, vēlēsities izvēlēties piemērotu veidu, kā tās atvērt vai atslēgt.

Šajā GitHub krātuvē atradīsiet visu, kas nepieciešams šī projekta atkārtošanai (vai pielāgošanai).

Es ceru, ka jums patika lasīt par šo projektu un ka tas ir iedvesmojis jūs iekļaut dažas idejas savos PCB. Ja jūs to darāt, lūdzu, dariet man to zināmu zemāk esošajos komentāros. Lūdzu, apskatiet arī PCB konkursa ierakstus un balsojiet par to, kas, jūsuprāt, ir vislabākais. Es ceru, ka tas būs mans, taču esmu pārliecināts, ka arī tur ir daudz citu labu ierakstu.

Otrā vieta PCB konkursā