NFC -lukko - kun piirilevy on myös painikkeet, antenni ja muuta : 7 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Voit ottaa yhden kahdesta asiasta tästä ohjeesta. Voit seurata ja luoda oman yhdistelmän numeronäppäimistöstä ja NFC -lukijasta. Kaavio on täällä. Piirilevyasettelu on täällä. Löydät tarvitsemasi osat tilausmateriaalin. Olen antanut koodin mikro -ohjaimen ohjelmointiin. Siinä on kaikki mitä tarvitset kopioida tai laajentaa tätä projektia.

Epäilen kuitenkin, että useimmat lukijat saavat todennäköisemmin vain inspiraatiota joistakin näkökohdista. Tämä opas osoittaa, että piirilevy on enemmän kuin vain tapa liittää komponentit yhteen. Pienellä lasikuitu- ja kuparisuorakulmiolla on paljon muita käyttötarkoituksia - mutta samalla se jatkaa päätehtäväänsä sähköliitäntöjen tekeminen. Esitän kaikki nämä näkökohdat ensin, ennen kuin koon ne yhteen valmiiksi projektiksi. Toivottavasti pidät matkasta ja päätät käyttää yhtä tai kahta näistä tempeistä omassa projektissasi!

Vaihe 1: Prosessi

Niin monet projektit kulkevat samaa rataa tiellä "valmiiksi" ja niin monet kompastuvat juuri ennen viimeistä estettä.

Prototyyppi

Ensin on prototyyppi. Sinulla on idea, ja laatikosta tulee mikro-ohjaimen kehityskortti. Monille tämä on Arduino, mutta olen onnellisin TI: n 16-bittisten pienitehoisten mikro-ohjaimien MSP430-sarjan ympärillä. Riippumatta valinnastasi, yleensä kehitystaulu auttaa. Se tarkoittaa, että sinun ei tarvitse aloittaa oman piirilevyn valmistamisesta ja voit testata teorioita ja mahdollisia oheislaitteita. Siellä on usein Booster Pack / Shield / Hat - tai mikä tahansa outo nimi tyttärelle, jonka valmistaja on keksinyt. Mikään käyttö ei ole leipälautaa tai harhajohtoa vieraita.

Näet, että täällä olen käyttänyt TI: n CapTIvate -kehityssarjaa ja TRF7970A NFC Booster -pakettia todistamaan, että konsepti todennäköisesti toimii.

Voit myös kopioida joitain todisteita konseptikoodista. Se voi olla sotkuista. Se voi luottaa ladattuihin kirjastoihin, jotka auttavat sinua pääsemään sinne. Henkilökohtaisesti minulla on tapana jättää se hieman epätäydelliseksi, koska tiedän, että minulla on nämä viikot edessä odottamassa PCB: iden saapumista. Voin sitten siivota sen.

Muotoilu

Seuraavaksi tulee suunnittelu. Käynnistä suosikki PCB -suunnitteluohjelmistosi. Minun tapauksessani se on Eagle. Ideasta täydellisyyteen siirtyminen vie yllättävän paljon aikaa, ja tässä on seikkailumme! Tulevat vaiheet auttavat sinua saamaan kaiken irti tästä.

PCB: tä odotellessa

Voit syövyttää omasi tai saada ne valmiiksi kiireessä, mutta useimmat meistä tilaavat lautakodista Kiinasta ja odottavat muutaman viikon. Nyt on aika palata siihen koodiin. Se ei siivoa itseään!

Kokoonpano ja virheenkorjaus

Ota juotin tai leivänpaahdin pois. Sitten näet, toimiiko se odotetulla tavalla. Ehkä palaat 2 askelta taaksepäin. Ehkä ei.

Kotelo ja etupaneeli

Joten piirilevysi näyttää ammattimaiselta. Nyt tarvitaan kotelo ja etupaneeli. Ehkä tulostat jotain 3D -muodossa. Se näyttää OK-ish, mutta se ei aivan edustaa hienon PCB sisällä. Tässä on tämä opas todella auttaa!

Vaihe 2: Piirilevysi etupaneelina

Soldermask oli ennen vain vihreää. Silkkipaino oli toiminnallinen eikä koristeellinen. Piirilevy oli jotain, joka oli piilotettu ja vain kaltaiset nörtit olisivat kiinnostuneita näkemään sen. No, ei enää!

Monissa kartonkitaloissa voit nyt valita laajan värivalikoiman. Silkkipaino on parantunut paljon. Funky muodot ja leikkaukset ovat sallittuja. Joten miksi et käytä tätä hyväksesi? Jos luot piirilevyn huolellisesti, kartonkitalo voi tehdä etupaneelit puolestasi!

Esimerkissäni olen asettanut kaikki komponentit toiselle puolelle ja varmistanut, että toinen puoli näytti riittävän hyvältä ollakseen laitteen etuosa. Sinun ei tarvitse tehdä tätä. Ehkä haluat saada kauneuden ja aivot erillisille laudoille. Se on sinusta kiinni.

Olen jopa nähnyt useita piirilevyjä, jotka on juotettu yhteen koko kotelon muodostamiseksi, mutta se on epätavallista. Jos kuitenkin luulet pystyväsi siihen - miksi et!

Tauluni on melko yksinkertainen - vain siisti valkoinen silkkipaino mustan juotosmaskin päällä. Se sopi etsimääni ulkonäköön. On mahdollista saada melko laaja valikoima värejä ja sävyjä yhdistämällä silkkipaino, juotosmaski ja kupari eri tavoilla. Jätän sinut Googlen PCB -taiteen pariin ja katsomaan joitain hämmästyttäviä luomuksia, joita muut ovat keksineet! Vaikka ne ovatkin vaikuttavia, kaikki eivät ehkä sovi etupaneeliin.

Vaihe 3: PCB painikkeina

Olet ehkä huomannut, että silkkipainetut numerot näyttävät paljon numeronäppäimistöltä, ja siksi ne ovat. Tarkemmin sanottuna ne ovat kapasitiivisia kosketuspainikkeita. Jos olet menossa tällä reitillä, haluat todennäköisesti mikrokontrollerin, joka tukee kapasitiivista kosketusta, vaikka on mahdollista "rullata oma" kapasitiivinen kosketusanturi, jos todella haluat.

Kaikki kapasitiiviset kosketuspainikkeet koostuvat joistakin piirilevyjäljistä, jotka on sijoitettu havaittavaksi kapasitanssiksi joko maahan (tunnetaan itsekapasitanssina) tai toiseen jälkeen (tunnetaan keskinäisenä kapasitanssina).

Aloitin suunnitteluni noudattamalla TI: n CapTIvate -opasta heidän MSP430FR2633 -laitteelleen, mutta jos käytät toista mikro -ohjainta, kannattaa luultavasti katsoa valmistajan oppaita ja viitemalleja. PCB -asettelun opas ei ole vain mukana, mutta siellä on jopa CapTIvate -suunnittelukeskus, joka luo laitteistoa vastaavan mallikoodin.

Huomaat, että painikkeen ydin on vain kaksi ympyrää kuparia melko lähellä toisiaan. Sormen tuominen lähelle vähentää niiden välistä kapasitanssia. MSP430 käyttää vakiovirtalähdettä tämän kondensaattorin lataamiseen ja mittaa kuinka nopeasti jännite sen yli muuttuu. CapTIvate -kirjasto yksinkertaistaa tämän muuttamisen havaittujen painikkeiden painalluksiksi.

Suunnittelin Eaglessa mukautetun osan yksinkertaistaakseni 12 painikkeen lisäämistä ja jotta voisin käyttää niitä tulevissa projekteissa.

Vaihe 4: Piirilevysi LED -hajottajana

Kotkasilmäiset teistä ovat saattaneet huomata pienen pyöreän laastarin, jossa musta juotosmaski puuttuu piirilevyn molemmilta puolilta. Kuten melkein mikä tahansa elektroninen suunnittelu, tarvitsin käyttäjälle visuaalista palautetta. Käytin RGB -LEDiä ja minulla oli muutama vaihtoehto tähän.

• Voisin käyttää läpireikäistä LED-valoa ja leikata reiän sen läpi. En ole varma, miten liittäisin sen ilman toista piirilevyä.
• Voisin käyttää pinta -asennettavaa LEDiä. Sitten minulla olisi joitain jälkiä ja LED, joka sotkee siistin etupaneelin.
• Voisin käyttää taaksepäin asennettavaa LEDiä.

Jotkut teistä saattavat ihmetellä, mikä kääntöasennuksen LED on. Se on "ylösalaisin" pinta -asennettava LED, joka loistaa takaisin piirilevyyn, johon se on asennettu. Mitä?! Miksi tekisit niin? No, se saa sen pois tieltä piirilevyn toisella puolella. Useimmissa malleissa on edelleen reikä piirilevyssä, jotta tämä LED -valo loistaa läpi, mutta päätin vain poistaa kuparin ja juotosmaskin ja katsoa, oliko PCB -materiaali tarpeeksi läpikuultavaa, jotta LED loistaa. Spoilerihälytys - se oli! Olen varma, että se olisi hieman kirkkaampi, jos siinä olisi reikä, mutta se riittää helposti näkymään auringonvalossa 1,6 mm: n FR4: n kautta. Se on myös hienosti levinnyt.

Se tarvitsi mukautetun osan, joka suunnitteli sen Eagleksi varmistaakseen, että sen alla ei ollut kuparia tai juotosnaamiota, mutta kaikki tämä kesti vain pari ympyrää Restrict- ja Keepout -kerroksilla molemmin puolin. Löydät tämän mukautetun osan liitteenä olevasta Eagle -kirjastosta.

Vaihe 5: Piirilevy antennina

PCB -jäljen käyttäminen antennina ei ole mitään uutta. Käyttämässäni NFC -tehostuspaketissa on yksi. Useimmat kaupalliset NFC -lukijat käyttävät niitä. Yksi havaitsemani ongelma on, että nämä on viritetty sopimaan yleisimpiin NFC -tunnisteisiin - kortteihin ja kauko -ohjaimiin. Olen tarpeeksi nöyrä saadakseni pienen NFC -tunnisteen istutettua käteeni. Tiedot ovat täällä, jos et ole kiukkuinen. Olen myös tehnyt aikaisemman projektin, jossa käytetään lankahaavan induktoria antennina. Tätä projektia varten halusin nähdä, olisiko mahdollista luoda PCB -antenni, joka sopisi hyvin pieneen istutettuun tunnisteeseen.

Ensinnäkin päätin luoda PCB -jäljen, joka on fyysisesti pienempi kuin normaalisti näkemäsi. Induktanssi on tärkeä antennia viritettäessä, joten käytän online -PCB -induktorilaskinta ja pyrin siihen, että noin 1μH on suunnilleen sama kuin aiemmin käyttämäni lanka. Käytin TI: n L_Calculateia ja tämä kertoi minulle, että 7 kierrosta keskimääräisellä koolla 9 mm x 6,5 mm ja jälkileveydellä 0,1524 pitäisi olla 950nH. Tarpeeksi lähellä.

Kun sain piirilevyt takaisin, sen mittaus oli 0,627μH - vastuksella 0,867Ω. On aika selvittää, miltä vastaavan verkon pitäisi näyttää, jotta TRF7970A näkee 50Ω. Antennien sovittaminen on kokonainen aihe, joten en aio mennä siihen nyt, mutta jos olet kiinnostunut, katselin kuinka virittää antenni tarvitsematta kallista VNA: ta täällä.

Riittää, kun sanot, että piirilevyäsi voidaan käyttää nollakustannusten antennin luomiseen, olipa se induktiivinen kela RFID: lle (ei pelkästään antenni) tai WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz jne. Vielä kerran ehdotan, että jos tarvitset sellaisen, aloita suunnittelumerkinnöistä mitä tahansa käyttämääsi laitetta varten. Valmistaja haluaa sinun ostavan niiden komponentit, joten ne ovat suuri apu niiden hyödyntämisessä.

Vaihe 6: PCB -virheenkorjausotsikko

Heti kun lisäät mikrokontrollerin projektiin, sinulla on kysymys siitä, miten saat koodin siihen. Usein mukavat matalaprofiiliset piirilevyt päätyvät siihen paksuilla nastatunnisteilla. Usein nämä ovat myös reikäversioita, joten kaunis siisti PCB on vaikuttanut molemmin puolin. Ilmeisesti koska halusin, että toinen puoli olisi etupaneelini, reiän läpi ulos. Pinta -asennettavat tapit voivat vaurioittaa jälkiäsi - varsinkin jos todennäköisesti muodostat yhteyden ja katkaiset yhteyden muutaman kerran.

Onneksi on olemassa vaihtoehto - pogo -nastat. Nämä jousikuormitetut nastat muodostavat mukavan sähkökontaktin levyllesi. Se ei ehkä ole tarpeeksi hiljainen pysyvälle yhteydelle, mutta se on varmasti ohjelmointia varten. Olen nähnyt pogonappeja, joita käytetään mukautetun jigin kanssa sekä ohjelmointiin että tuotantotaulun testaamiseen. Olen jopa nähnyt heidät jumissa vaatetapissa erittäin kotitekoisen ohjelmoijan ilmeen saamiseksi. Käytin kuitenkin kaupallista tuotetta, joka on saatavana monille mikro -ohjainperheille - Tag Connect. Se vaatii muutaman pienen kohdistusreiän levyllesi, joten se ei ehkä ole täydellinen, jos tarvitset vedenpitävää etupaneelia, mutta päätin, että se sopisi tähän projektiin.

Tarvitset vain piirilevyn jalanjäljen ja olet valmis! Reiät ovat hyvin lautakunnan ja ehkä jopa kodin etsauksen vaatimusten mukaisia.

Vaihe 7: Valmis piirilevy

Joten, kun olet sisällyttänyt kaikki nämä piirilevyideat yhteen projektiin - tässä on lopputulos. Se reagoi joko oikeaan NFC -tunnisteeseen tai syöttökoodiin ja avaa oven. Ovitoiminto on erillinen, koska tämä käyttää paria eri ovea parilla eri tavalla. Taloni ovi on sähkömagneettinen laukaisu, aivan kuten kerrostalossa, jossa on sisäpuhelinjärjestelmä.

Olen leijalautailija niin usein meressä, ja on aina hankalaa tietää, mitä tehdä avaimillaan. NFC -tunniste kädessä minulla on aina avain mukanani! Omalle pakettiautolleni se kytkeytyy keskuslukitusjärjestelmään.

Saatat haluta valita sopivan tavan avata tai avata oven omalle ovellesi.

Löydät kaiken, mitä tarvitset tämän projektin toistamiseen (tai mukauttamiseen) tästä GitHub -arkistosta.

Toivon, että olet nauttinut tämän projektin lukemisesta ja että se on innoittanut sinua sisällyttämään joitain ideoita omiin piirilevyihisi. Jos haluat, kerro siitä minulle alla olevissa kommenteissa. Katso myös piirilevykilpailun työt ja äänestä sitä, mikä on mielestäsi paras. Toivottavasti se on minun, mutta varmasti siellä on myös paljon muita hyviä merkintöjä.

Toinen sija piirilevykilpailussa