NFC -lås - Når en PCB også er knappene, antennen og mer : 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Du kan ta en av to ting fra denne Instructable. Du kan følge med og lage din egen kombinasjon av et numerisk tastatur og en NFC -leser. Skjematikken er her. PCB -oppsettet er her. Du finner en oversikt over materialer for å bestille delene du trenger. Jeg har gitt koden for programmering av mikrokontrolleren. Det er alt du trenger for å kopiere eller utvide dette prosjektet.

Imidlertid mistenker jeg at de fleste lesere mer sannsynlig bare vil hente inspirasjon fra noen aspekter av det. Denne instruksjonsfilen viser deg at kretskortet er mer enn bare en måte å koble komponentene sammen. Det lille rektangelet av glassfiber og kobber har mange andre bruksområder - mens det fortsatt tar på seg hovedoppgaven med å lage elektriske tilkoblinger. Jeg skal presentere alle disse aspektene først før jeg trekker dem sammen til et fullført prosjekt. Jeg håper du liker reisen og kan bestemme deg for å bruke ett eller to av disse triksene i et eget prosjekt!

Trinn 1: Prosessen

Så mange prosjekter tar den samme banen på veien til "ferdig" og så mange snubler rett før den siste hindringen.

Prototypen

Først er det prototypen. Du har en idé, og ut av skuffen kommer utviklingsbordet for mikrokontroller. For mange vil dette være en Arduino, men jeg er lykkeligst rundt TIs MSP430-serie med 16-biters lav effekt mikrokontrollere. Uansett hva du velger, er det vanligvis et utviklingsbord som hjelper. Det betyr at du ikke trenger å begynne med å lage din egen PCB, og du kan teste ut teorier og potensielle eksterne enheter. Det er ofte en forsterkerpakke / skjold / hatt - eller et merkelig navn på et datterbrett som produsenten har kommet med. Ingen av dem er fremmede for et brødbrett eller en villstråd.

Du kan se at her har jeg brukt TIs CapTIvate -utviklingssett og TRF7970A NFC Booster -pakke for å bevise at konseptet sannsynligvis vil fungere.

Du vil også slå opp et bevis på konseptkoden. Det kan være rotete. Det kan stole på nedlastede biblioteker som får deg en del av veien dit. Personlig har jeg en tendens til å la det være litt ufullkommen fordi jeg vet at jeg har de ukene som venter på at PCB -ene skal komme. Da kan jeg ordne det.

Designet

Deretter kommer designet. Slå på din favoritt PCB -designprogramvare. I mitt tilfelle er det Eagle. Det tar overraskende lang tid å gå fra idé til perfeksjon, og her ligger eventyret vårt! De neste trinnene vil hjelpe deg med å få mest mulig ut av dette.

Venter på PCB -ene

Du kan etse din egen eller få dem laget i en hast, men de fleste av oss vil bestille fra et styrerhus i Kina og vente noen uker. Nå er det på tide å komme tilbake til den koden. Det vil ikke rydde seg selv!

Montering og feilsøking

Ta ut loddejernet eller brødristerovnen. Deretter kan du se om det fungerer som forventet. Kanskje gå 2 trinn tilbake. Kanskje ikke.

Kapslingen og frontpanelet

Så kretskortet ditt ser profesjonelt ut. Nå trenger den et kabinett og frontpanel. Kanskje du vil skrive ut noe i 3D. Det ser OK ut, men det representerer ikke helt finheten til den nydelige PCB-innsiden. Vel, det er her denne guiden virkelig skal hjelpe!

Trinn 2: PCB som frontpanel

Loddemaske var tidligere bare grønn. Silketrykk var mer funksjonelt enn dekorativt. Et PCB var noe som var gjemt bort, og bare nørder som oss ville være interessert i å se det. Vel, ikke lenger!

Mange tavlehus lar deg nå velge mellom et bredt spekter av farger. Silkeskjermkvaliteten har blitt mye bedre. Funky former og utskjæringer er tillatt. Så hvorfor ikke dra nytte av dette? Hvis du lager PCB -en nøye, kan et styrehus lage frontpanelene dine for deg!

I mitt eksempel har jeg plassert alle komponentene på den ene siden og sørget for at den andre siden så bra ut til å være fronten på enheten min. Du trenger ikke gjøre dette. Kanskje du vil ha skjønnheten og hjernen på separate brett. Det er opp til deg.

Jeg har til og med sett en rekke PCB loddet sammen for å danne hele kabinettet, men det er uvanlig. Hvis du tror du klarer det - hvorfor ikke!

Brettet mitt er ganske enkelt - bare en pen hvit silketrykk over en svart loddemaske. Det passet til utseendet jeg var ute etter. Det er mulig å få ganske mange farger og nyanser ved å kombinere silketrykk, loddemaske og kobber på forskjellige måter. Jeg overlater deg til Google "PCB art" og ser noen av de fantastiske kreasjonene andre har funnet på! Imponerende selv om de er, kanskje ikke alle er egnet for et frontpanel.

Trinn 3: PCB som knappene

Du har kanskje lagt merke til at tallene med silketrykk ligner mye på et numerisk tastatur, og det er fordi de er det. For å være presis er de kapasitive berøringsknapper. Hvis du går denne ruten, vil du sannsynligvis ha en mikrokontroller som støtter kapasitiv berøring, selv om det er mulig å "rulle din egen" kapasitive berøringsfølelse hvis du virkelig vil.

Alle kapasitive berøringsknapper består av noen PCB-spor som er plassert for å ha en detekterbar kapasitans enten til bakken (kjent som selvkapasitans) eller til et annet spor (kjent som gjensidig kapasitans).

Jeg startet designet mitt med å følge TIs CapTIvate -guide for MSP430FR2633 -enheten, men hvis du bruker en annen mikrokontroller er det sannsynligvis verdt å se på veiledningene og referansedesignene fra produsenten. Det er ikke bare en guide til PCB -oppsettet, men det er til og med CapTIvate Design Center som vil generere noen malkode som matcher maskinvaren din.

Du vil legge merke til at essensen av knappen bare er to sirkler av kobber ganske nær hverandre. Å bringe fingeren nær reduserer kapasitansen mellom dem. MSP430 bruker en konstant strømkilde for å lade denne kondensatoren og måler hvor raskt spenningen over den endres. CapTIvate -biblioteket forenkler å gjøre dette til oppdagede knappetrykk.

Jeg designet en tilpasset del i Eagle for å forenkle å legge til tolv av disse knappene og slik at jeg kunne bruke dem på fremtidige prosjekter.

Trinn 4: PCB -en som en LED -diffuser

Den ørnøyde blant dere har kanskje lagt merke til den lille sirkulære lappen der den svarte loddemasken mangler fra begge sider av kretskortet. Som med nesten alle elektroniske design, trengte jeg noen visuelle tilbakemeldinger for brukeren. Jeg gikk med en RGB LED og hadde noen alternativer for dette.

• Jeg kunne bruke en gjennomgående hull-LED og klippe et hull for at den skulle stikke gjennom. Jeg er ikke sikker på hvordan jeg skulle koble den til uten en annen PCB.
• Jeg kan bruke en utenpåliggende LED. Da ville jeg ha noen spor og en LED som ødelegger det fine frontpanelet mitt.
• Jeg kan bruke en omvendt montert LED.

Noen av dere lurer kanskje på hva en bakmontert LED er. Vel, det er en "opp -ned" overflatemonteret LED som skinner tilbake på kretskortet den er montert på. Hva?! Hvorfor ville du gjort det? Vel, det får det ut av veien på den andre siden av kretskortet. De fleste designene vil fortsatt ha et hull i kretskortet for at denne LED -en skal skinne igjennom, men jeg bestemte meg for å bare fjerne kobber- og loddemasken og se om PCB -materialet var gjennomskinnelig nok til at lysdioden skulle skinne igjennom. Spoiler -varsel - det var det! Jeg er sikker på at det ville være litt lysere med et hull i stedet, men det er lett nok til å være synlig i sollys gjennom 1,6 mm FR4. Det er pent spredt også.

Den trengte en tilpasset del designet den Eagle for å sikre at det ikke var kobber eller loddemaske under den, men alt dette tok var et par sirkler på Restrict og Keepout -lagene på begge sider. Du finner denne tilpassede delen i det vedlagte Eagle -biblioteket.

Trinn 5: PCB -en som en antenne

Å bruke PCB -spor som antenne er ikke noe nytt. NFC Booster -pakken jeg brukte har en. De fleste kommersielle NFC -leserne du finner, bruker dem. Et problem jeg fant er at disse er innstilt for å passe til de vanligste NFC -tagformatene - kort og fjernkontroller. Jeg er lurt nok til å ha en liten NFC -tag implantert i hånden min. Detaljer er her hvis du ikke er flau. Jeg har også laget et tidligere prosjekt ved hjelp av en trådspole som en antenne. For dette prosjektet ønsket jeg å se om det var mulig å lage en PCB -antenne som var godt tilpasset en liten implantert tag.

For det første bestemte jeg meg for å lage et PCB -spor som var fysisk mindre enn de du vanligvis ser. Induktansen er viktig når du stiller inn antennen, så jeg bruker en elektronisk PCB -induktorkalkulator og siktet til at omtrent 1μH skulle være omtrent det samme som wiren som jeg hadde brukt før. Jeg brukte TIs L_Calculate, og dette fortalte meg at 7 omdreininger med en gjennomsnittlig størrelse på 9 mm x 6,5 mm med en sporbredde på 0,1524 burde være 950nH. Nær nok.

Da jeg fikk kretskortene tilbake, målte den 0,627μH - med en motstand på 0,867Ω. Det er på tide å finne ut hvordan det matchende nettverket skal se ut slik at TRF7970A ser 50Ω. Antennematching er et helt tema alene, så jeg vil ikke gå nærmere inn på det nå, men hvis du er interessert, dekket jeg hvordan du stiller en antenne uten å trenge et dyrt VNA her.

Det er nok å si at kretskortet ditt kan brukes til å lage en nullkostnadsantenne enten det er en induktiv spole for RFID (ikke strengt tatt en antenne) eller for WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz, etc. Nok en gang vil jeg foreslå at hvis du trenger en, starter du med designnotater for hvilken enhet du bruker. Produsenten vil at du skal kjøpe komponentene deres, så de er til stor hjelp når du skal bruke dem.

Trinn 6: PCB som et feilsøkingshode

Så snart du legger til en mikrokontroller i prosjektet ditt, har du spørsmålet om hvordan du får koden til den. Ofte ender du med en fin lavprofil -PCB med en tykk pin -overskrift på den. Ofte er disse også gjennom hullversjoner, så din nydelige, fine PCB har blitt påvirket på begge sider. Tydeligvis som jeg ønsket at den ene siden skulle være frontpanelet mitt, gjennom hullet som ute. Overflatemonterte pinnehoder kan risikere å fjerne sporene dine - spesielt hvis du sannsynligvis vil koble til og fra noen ganger.

Heldigvis er det et alternativ - pogo pins. Disse fjærbelastede pinnene får en fin elektrisk kontakt med brettet ditt. Det er kanskje ikke stille nok for en permanent tilkobling, men det er absolutt for programmering. Jeg har sett pogo pins brukt med en tilpasset jig for både programmering og også for testing av et produksjonsbord. Jeg har til og med sett dem fast på en klesklype for et veldig hjemmelaget programmerer-utseende. Imidlertid brukte jeg et kommersielt produkt som er tilgjengelig for mange mikrokontrollerfamilier - Tag Connect. Det krever noen små justeringshull i brettet ditt, så det er kanskje ikke perfekt hvis du trenger et vanntett frontpanel, men jeg bestemte meg for at det ville være greit for dette prosjektet.

Alt som kreves er et PCB -fotavtrykk, og du er ferdig! Hullene er godt innenfor kravet til et styrehus og kanskje til og med etsing av hjemmet.

Trinn 7: Ferdig PCB

Så, etter å ha innarbeidet alle disse PCB -ideene i ett prosjekt - her er det endelige resultatet. Den reagerer på enten den riktige NFC -taggen eller oppføringskoden og åpner døren. Døroperasjonen er separat fordi dette vil betjene et par forskjellige dører på et par forskjellige måter. Døren til huset mitt vil være en elektromagnetisk utløser, omtrent som du ville finne på en boligblokk med et intercom -system.

Jeg er en kitesurfer så ofte befinner meg i havet, og det er alltid vanskelig å vite hva jeg skal gjøre med nøklene dine. Med en NFC -tag i hånden har jeg alltid nøkkelen med meg! For min varebil vil den koble seg til sentrallåsesystemet.

For din egen dør kan det være lurt å velge en passende måte å åpne eller låse den opp.

Du finner alt du trenger for å replikere (eller tilpasse) dette prosjektet i dette GitHub -depotet.

Jeg håper du likte å lese om dette prosjektet, og at det har inspirert deg til å innlemme noen av ideene i dine egne PCB -er. Gi meg beskjed i kommentarene nedenfor hvis du gjør det. Ta også en titt på oppføringene i PCB -konkurransen og stem på det du synes er best. Jeg håper det blir mitt, men jeg er sikker på at det er mange andre gode oppføringer der også.

Andreplass i PCB -konkurransen