נעילת NFC - כאשר PCB הוא גם הכפתורים, האנטנה ועוד : 7 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

אתה יכול לקחת אחד משני דברים מתוך הוראה זו. תוכל לעקוב אחר הדרך וליצור שילוב משלך של לוח מקשים מספרי וקורא NFC. הסכימה נמצאת כאן. פריסת ה- PCB נמצאת כאן. תמצא שטר חומרים שתוכל להזמין את החלקים הדרושים לך. סיפקתי את הקוד לתכנות המיקרו -בקר. יש כל מה שאתה צריך כדי להעתיק או להרחיב את הפרויקט הזה.

עם זאת, אני חושד שרוב הקוראים נוטים יותר לקחת השראה מכמה היבטים של זה. הוראה זו מראה לך שה- PCB הוא יותר מסתם דרך לחבר את הרכיבים יחדיו. למלבן הקטן הזה של פיברגלס ונחושת יש הרבה שימושים אחרים - תוך שהוא ממלא את תפקידו העיקרי ביצירת חיבורים חשמליים. קודם כל אציג את כל ההיבטים האלה לפני שאחבר אותם לפרויקט שהושלם. אני מקווה שתיהנו מהמסע ואולי תחליטו להשתמש באחד או שניים מהטריקים האלה בפרויקט משלכם!

שלב 1: התהליך

כל כך הרבה פרויקטים לוקחים את אותו מסלול בדרך ל"סיים "וכל כך הרבה מועדים ממש לפני המכשול הסופי.

אב הטיפוס

ראשית יש את אב הטיפוס. יש לך רעיון ויוצאת מהמגירה לוח הפיתוח שלך לבקר במיקרו-בקר. עבור רבים זה יהיה ארדואינו, אבל אני הכי מאושר סביב קו ה- MSP430 של TI של 16-ביט מיקרו-כוח נמוך. לא משנה מה בחירתך, בדרך כלל יש לוח פיתוח שעוזר. זה אומר שאתה לא צריך להתחיל לייצר PCB משלך ותוכל לבדוק תיאוריות וציוד היקפי אפשרי. לעתים קרובות יש מארז בוסטר / מגן / כובע - או איזה שם מוזר ללוח בת שהיצרן המציא. אף אחד מהשימוש בו אינו זר ללוח או לחוט תועה.

אתה יכול לראות שכאן השתמשתי בערכת הפיתוח של CapTIvate של TI ובחבילת Booster NFC TRF7970A כדי להוכיח שהרעיון צפוי לעבוד.

אתה תדביק גם הוכחה לקוד הרעיון. זה עלול להיות מבולגן. הוא עשוי להסתמך על ספריות שהורדו שיעניקו לך חלק מהדרך לשם. באופן אישי, אני נוטה להשאיר את זה קצת לא מושלם כי אני יודע שיש לי את השבועות האלה לפני שמחכים למחשבי הלוח המגיעים. אני יכול לסדר את זה אז.

העיצוב

לאחר מכן מגיע העיצוב. הצית את תוכנת עיצוב ה- PCB האהובה עליך. במקרה שלי זה נשר. לוקח זמן מפתיע לעבור מרעיון לשלמות, וכאן טמונה ההרפתקה שלנו! השלבים הבאים יעזרו לך להפיק את המקסימום מכך.

מחכה ל- PCB שלך

אולי תחרוט בעצמך או תכין אותם בחיפזון, אבל רובנו נזמין מבית לוח בסין ונחכה כמה שבועות. עכשיו הגיע הזמן לחזור לקוד הזה. זה לא יסדר את עצמו!

הרכבה וניפוי באגים

הוציאו את מגהץ הלחם או תנור הטוסטר. אז אתה יכול לראות אם זה עובד כצפוי. אולי תחזור 2 צעדים אחורה. אולי לא.

המארז והפנל הקדמי

אז ה- PCB שלך נראה מקצועי. עכשיו הוא צריך מארז ולוח קדמי. אולי תדפיס משהו בתלת מימד. זה נראה בסדר, אבל זה לא ממש מייצג את העדינות של ה- PCB המקסים בפנים. ובכן, כאן המדריך הזה באמת יעזור!

שלב 2: ה- PCB שלך כחלונית הקדמית

מסכת הלחמה הייתה פעם רק ירוקה. מסך משי היה פונקציונאלי ולא דקורטיבי. PCB היה משהו שהוסתר ורק חנונים כמונו יהיו מעוניינים לראות אותו. טוב, לא עוד!

בתי לוח רבים מאפשרים לך כעת לבחור מתוך מגוון רחב של צבעים. איכות מסך המשי השתפרה מאוד. מותר ליצור צורות וחיתוכים מזויפים. אז למה לא לנצל זאת? אם אתה יוצר את ה- PCB בזהירות, בית לוח יכול להכין עבורך את הלוחות הקדמיים שלך!

בדוגמה שלי, הנחתי את כל הרכיבים בצד אחד וודאתי שהצד השני נראה טוב מספיק כדי להיות החלק הקדמי של המכשיר שלי. אתה לא צריך לעשות את זה. אולי אתה רוצה שהיופי והמוח יהיו על לוחות נפרדים. זה תלוי בך.

אפילו ראיתי מספר PCB מולחמים יחד כדי ליצור את כל המתחם, אבל זה יוצא דופן. אם אתה חושב שאתה יכול לעשות את זה - למה לא!

הלוח שלי פשוט למדי - רק מסך משי לבן על גבי מסכת הלחמה שחורה. זה התאים למראה שחיפשתי. ניתן להשיג מגוון לא מבוטל של צבעים וגוונים על ידי שילוב של משי, מסכת הלחמה ונחושת בדרכים שונות. אשאיר אותך ל- "PCB art" של גוגל ואראה כמה מהיצירות המדהימות שאנשים אחרים מצאו! למרות שהם מרשימים, אולי לא כולם מתאימים ללוח קדמי.

שלב 3: ה- PCB שלך ככפתורים

אולי שמתם לב שהמספרים עם מסך משי נראים מאוד כמו לוח מקשים מספרי וזה בגלל שהם. ליתר דיוק הם לחצני מגע קיבוליים. אם אתה הולך במסלול זה סביר להניח שתרצה מיקרו -בקר התומך במגע קיבולי למרות שאפשר "לגלגל את עצמך" חישת מגע קיבולית אם אתה באמת רוצה.

כל לחצני המגע הקיבולי מורכבים מכמה עקבות PCB שמציבים קיבולת ניתנת לגילוי או לקרקע (המכונה קיבול עצמי) או לעקוב אחר (המכונה קיבול הדדי).

התחלתי את העיצוב שלי על ידי ביצוע מדריך ה- CapTIvate של TI עבור מכשיר ה- MSP430FR2633 שלהם, אך אם אתה משתמש במיקרו -בקר אחר כנראה שכדאי להסתכל על המדריכים ועיצובים הפניה המסופקים על ידי היצרן. לא רק מדריך לפריסת ה- PCB מסופק, אלא יש אפילו את מרכז העיצוב CapTIvate שיפיק קוד תבנית שיתאים לחומרה שלך.

תוכלו להבחין כי מהות הכפתור היא רק שני מעגלי נחושת סמוכים זה לזה. קירוב האצבע מפחית את הקיבול ביניהם. ה- MSP430 משתמש במקור זרם קבוע כדי לטעון את הקבל הזה ומודד את המהירות שהמתח על פניו משתנה. ספריית CapTIvate מפכה את הפיכתה ללחיצות כפתורים שזוהו.

עיצבתי חלק מותאם אישית ב- Eagle כדי לפשט את הוספת שנים עשר מהכפתורים האלה וכדי שאוכל להשתמש בהם בפרויקטים עתידיים.

שלב 4: ה- PCB שלך כמפזר LED

עין העיט שביניכם אולי שמת לב לתיקון העגול הקטן שבו חסרת מסכת ההלחמה השחורה משני צידי הלוח. כמו כמעט כל עיצוב אלקטרוני, הייתי זקוק למשוב ויזואלי למשתמש. הלכתי עם LED RGB והיו לי כמה אפשרויות לכך.

• אני יכול להשתמש בנורית חור דרך ולחתוך לה חור כדי לחדור פנימה. אני לא בטוח איך אני יכול לחבר אותו בלי PCB אחר.
• אני יכול להשתמש במנורת לד למשטח. אז יהיו לי כמה עקבות ונורית LED שמבלבלת את הלוח הקדמי המסודר שלי.
• אני יכול להשתמש בלד הרכבה הפוכה.

חלק מכם אולי תוהים מהו נורית הר הפוך. ובכן, מדובר במנורת LED "הפוכה" על פני השטח שמאירה בחזרה את ה- PCB עליו הוא מותקן. מה?! למה שתעשה את זה? ובכן, זה מוציא את זה מהצד השני של הלוח המודרני. ברוב העיצובים עדיין יהיה חור במעגל הלוח המודרני הזה יכול לזרוח, אבל החלטתי רק להסיר את נחושת ומסכת הלחמה ולראות אם חומר ה- PCB שקוף מספיק כדי שהנורית תוכל לזרוח. התרעת ספוילר - זה היה! אני בטוח שזה יהיה קצת יותר בהיר עם חור במקום, אבל זה מספיק בקלות להיות גלוי לאור השמש דרך 1.6 מ"מ של FR4. זה גם מפוזר יפה.

הוא אמנם היה צריך חלק מותאם אישית שנועד אותו לנשר כדי להבטיח שלא תהיה תחתיו נחושת או מסכת הלחמה, אבל כל מה שצריך זה כמה מעגלים בשכבות ה- Restrict ו- Keepout משני הצדדים. תוכלו למצוא חלק מותאם אישית זה בספריית הנשר המצורפת.

שלב 5: ה- PCB שלך כאנטנה

שימוש במעגל PCB כאנטנה אינו דבר חדש. לחבילת ה- NFC Booster בה השתמשתי יש אחת. רוב קוראי NFC המסחריים שתמצא משתמשים בהם. בעיה אחת שמצאתי היא כי אלה מכוונים כך שיתאימו לפורמטים של תג NFC הנפוצים ביותר - כרטיסים ומכשירי מפתח. אני חנון מספיק כדי שתל NFC קטן יושתל בידי. הפרטים נמצאים כאן אם אתה לא מתלוצץ. עשיתי גם פרוייקט קודם באמצעות משרן פצוע תיל כאנטנה. עבור הפרויקט הזה רציתי לבדוק אם אפשר ליצור אנטנת PCB שתואמת יפה לתג מושתל זעיר.

ראשית החלטתי ליצור עקבות PCB קטנים פיזית מאלו שתראה בדרך כלל. השראות חשובה בעת כוונון האנטנה ולכן אני משתמש במחשבון משרן מקוון PCB ומכוון לכך ש- 1μH בערך זהה לפצע החוט שהשתמשתי בו בעבר. השתמשתי ב- L_Calculate של TI וזה אמר לי ש -7 סיבובים בגודל ממוצע של 9 מ"מ על 6.5 מ"מ עם רוחב עקבות של 0.1524 אמורים להיות 950 ננש. מספיק קרוב.

כשקיבלתי את ה- PCB בחזרה הוא נמדד 0.627μH - עם התנגדות של 0.867Ω. הגיע הזמן להבין כיצד אמורה להיראות הרשת התואמת כך שה- TRF7970A יראה 50Ω. התאמת אנטנות היא נושא שלם בפני עצמו, אז אני לא אכנס לזה עכשיו, אבל אם אתה מעוניין, סקרתי כיצד לכוון אנטנה מבלי להזדקק ל- VNA יקר כאן.

די לומר כי ניתן להשתמש ב- PCB ליצירת אנטנה בעלות אפסית, בין אם מדובר בסליל אינדוקטיבי ל- RFID (לא אך ורק אנטנה) או ל- WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz וכו '. אם אתה צריך אחד אתה מתחיל מהערות עיצוב לכל מכשיר שאתה משתמש בו. היצרן רוצה שתקנה את הרכיבים שלהם כך שהם עוזרים מאוד בכל הנוגע לשימוש בהם.

שלב 6: ה- PCB שלך ככותרת באגים

ברגע שאתה מוסיף מיקרו -בקר לפרויקט שלך יש לך את הבעיה כיצד להעלות את הקוד שלך אליו. לעתים קרובות אתה PCB נחמד עם פרופיל נמוך מסתיים עם כותרת סיכה שמנמנה עליו. לעתים קרובות אלה הן גם גרסאות חור, כך שה- PCB המקסים והיפה שלך הושפע משני הצדדים. ברור שכן רציתי שצד אחד יהיה הפנל הקדמי שלי, החור מבעד החוצה. כותרות סיכות על הרכבה על פני השטח עלולות להסתכן בקילוף העקבות שלך - במיוחד אם אתה צפוי להתחבר ולהתנתק כמה פעמים.

למרבה המזל יש אלטרנטיבה - סיכות פוגו. הסיכות הטעונות באביב יוצרות מגע חשמלי נחמד עם הלוח שלך. זה אולי לא מספיק שקט לחיבור קבוע אבל זה בהחלט מתאים לתכנות. ראיתי סיכות פוגו המשמשות עם ג'יג מותאם אישית גם לתכנות וגם לבדיקת לוח ייצור. אפילו ראיתי אותם תקועים על יתד בגדים למראה מתכנת מאוד תוצרת בית. עם זאת, השתמשתי במוצר מסחרי הזמין למשפחות מיקרו -בקר רבות - Tag Connect. זה אמנם דורש כמה חורי יישור זעירים בלוח שלך כך שאולי זה לא יהיה מושלם אם אתה צריך לוח קדמי עמיד למים, אבל החלטתי שזה יהיה בסדר עבור הפרויקט הזה.

כל מה שנדרש הוא טביעת רגל PCB וסיימת! החורים נמצאים היטב בדרישה של בית לוח ואולי אפילו תחריט ביתי.

שלב 7: ה- PCB המוגמר

אז אחרי ששילבתם את כל רעיונות ה- PCB האלה בפרויקט אחד - הנה התוצאה הסופית. הוא מגיב לתג NFC הנכון או לקוד הכניסה ופותח את הדלת. פעולת הדלת נפרדת מכיוון שהיא תפעיל כמה דלתות שונות בכמה דרכים שונות. הדלת לביתי תהיה שחרור אלקטרומגנטי, בערך כפי שהייתם מוצאים על בלוק דירות עם מערכת אינטרקום.

אני גולש עפיפונים כל כך מוצא את עצמי באוקיינוס ותמיד מסובך לדעת מה לעשות עם המפתחות שלך. עם תג NFC ביד תמיד יש לי את המפתח איתי! עבור הטנדר שלי הוא יתחבר למערכת הנעילה המרכזית.

עבור הדלת שלך אולי כדאי לך לבחור בדרך המתאימה לפתיחת או ביטול נעילה.

תוכלו למצוא כל מה שאתה צריך לשכפל (או להתאים) את הפרויקט הזה במאגר GitHub זה.

אני מקווה שנהנית לקרוא על הפרויקט הזה ושהוא נתן לך השראה לשלב כמה מהרעיונות במחשבי PCB שלך. אם כן, אנא יידע אותי בתגובות למטה. אנא הסתכל גם על הערכים בתחרות ה- PCB והצביע עבור מה שאתה חושב שהוא הטוב ביותר. אני מקווה שזה יהיה שלי, אבל אני בטוח שיש שם גם הרבה ערכים טובים אחרים.

מקום שני בתחרות ה- PCB