NFC -lås - Når et printkort også er knapperne, antennen og mere : 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Du kan tage en af to ting fra denne Instructable. Du kan følge med og oprette din egen kombination af et numerisk tastatur og en NFC -læser. Skematikken er her. PCB -layoutet er her. Du finder en regning af materialer, så du kan bestille de dele, du har brug for. Jeg har givet koden til programmering af mikrokontrolleren. Der er alt hvad du behøver for at kopiere eller udvide dette projekt.

Jeg formoder dog, at de fleste læsere er mere tilbøjelige til bare at tage inspiration fra nogle aspekter af det. Denne instruktør viser dig, at printet er mere end bare en måde at koble komponenterne sammen. Det lille rektangel af glasfiber og kobber har masser af andre anvendelser - mens det stadig påtager sig sit hovedopgave med at lave elektriske forbindelser. Jeg vil først præsentere alle disse aspekter, før jeg samler dem til et afsluttet projekt. Jeg håber, at du nyder rejsen og måske beslutter dig for at bruge et eller to af disse tricks i et eget projekt!

Trin 1: Processen

Så mange projekter tager den samme bane på vejen til "færdig" og så mange snubler lige før den sidste forhindring.

Prototypen

Først er der prototypen. Du har en idé, og ud af skuffen kommer dit go-to-mikrokontrollerudviklingskort. For mange vil dette være en Arduino, men jeg er lykkeligst omkring TIs MSP430-serie med 16-bit lav effekt mikrokontroller. Uanset hvad du vælger, er der normalt et udviklingsbord, der hjælper. Det betyder, at du ikke behøver at starte med at lave dit eget printkort, og du kan teste teorier og potentielle eksterne enheder. Der er ofte en Booster Pack / Shield / Hat - eller et hvilket som helst underligt navn til et datterbræt, som producenten har fundet på. Ingen af dem er fremmede for et brødbræt eller en vildtråd.

Du kan se, at her har jeg brugt TI's CapTIvate -udviklingssæt og TRF7970A NFC Booster -pakke til at bevise, at konceptet sandsynligvis vil fungere.

Du vil også slå noget bevis på konceptkode op. Det kan være rodet. Det kan stole på downloadede biblioteker, der får dig en del af vejen dertil. Personligt har jeg en tendens til at efterlade det lidt ufuldkommen, fordi jeg ved, at jeg har de uger foran mig, der venter på, at PCB'erne kommer. Så kan jeg rydde op.

Designet

Dernæst kommer designet. Tænd din yndlings PCB -designsoftware. I mit tilfælde er det Eagle. Det tager overraskende lang tid at gå fra idé til perfektion, og her ligger vores eventyr! De kommende trin hjælper dig med at få mest muligt ud af dette.

Venter på dine printkort

Du kan etse dine egne eller få dem lavet i en fart, men de fleste af os bestiller fra et pensionat i Kina og venter et par uger. Nu er det tid til at vende tilbage til den kode. Det vil ikke rydde op i sig selv!

Montering og fejlfinding

Få loddejernet eller brødristerovnen ud. Så kan du se, om det fungerer som forventet. Måske gå 2 trin tilbage. Måske ikke.

Kabinettet og frontpanelet

Så dit printkort ser professionelt ud. Nu har den brug for et kabinet og frontpanel. Måske vil du 3D udskrive noget. Det ser OK-agtigt ud, men det repræsenterer ikke helt finessen ved den dejlige print indeni. Nå, det er her, denne guide virkelig vil hjælpe!

Trin 2: Dit printkort som frontpanel

Loddemaske var tidligere bare grøn. Silketryk var funktionelt frem for dekorativt. Et printkort var noget, der var gemt væk, og kun nørder som os ville være interesserede i at se det. Nå, ikke mere!

Mange bestyrelseshuse giver dig nu mulighed for at vælge mellem en lang række farver. Silkeskærmskvaliteten er forbedret meget. Funky former og udskæringer er tilladt. Så hvorfor ikke drage fordel af dette? Hvis du opretter printkortet omhyggeligt, kan et bestyrelseshus lave dine frontpaneler til dig!

I mit eksempel har jeg placeret alle komponenterne på den ene side og sørget for, at den anden side så godt ud til at være forsiden af min enhed. Du behøver ikke at gøre dette. Måske vil du have skønheden og hjernen på separate brædder. Det er op til dig.

Jeg har endda set et antal PCB loddet sammen for at danne hele kabinettet, men det er usædvanligt. Hvis du tror, du kan gøre det selv - hvorfor ikke!

Mit bord er ret enkelt - bare en pæn hvid silketryk over en sort loddemaske. Det passede til det look, jeg var ude efter. Det er muligt at få en lang række farver og nuancer ved at kombinere silketryk, loddemaske og kobber på forskellige måder. Jeg overlader dig til Google "PCB art" og ser nogle af de fantastiske kreationer, som andre mennesker har fundet på! Selvom de er imponerende, er det måske ikke alle, der egner sig til et frontpanel.

Trin 3: Dit printkort som knapperne

Du har muligvis bemærket, at de silketryk ligner meget et numerisk tastatur, og det er fordi de er det. For at være præcis er de kapacitive berøringsknapper. Hvis du går denne rute, vil du sandsynligvis have en mikrokontroller, der understøtter kapacitiv berøring, selvom det er muligt at "rulle din egen" kapacitive berøringsfølelse, hvis du virkelig vil.

Alle kapacitive berøringsknapper består af nogle PCB-spor, der er placeret for at have en påviselig kapacitans enten til jord (kendt som selvkapacitans) eller til et andet spor (kendt som gensidig kapacitans).

Jeg startede mit design med at følge TI's CapTIvate -vejledning til deres MSP430FR2633 -enhed, men hvis du bruger en anden mikrokontroller, er det sandsynligvis værd at se på vejledninger og referencedesign fra producenten. Der er ikke kun en guide til PCB -layoutet, men der er endda CapTIvate Design Center, der genererer en skabelonkode, der matcher din hardware.

Du vil bemærke, at essensen af knappen kun er to cirkler af kobber temmelig tæt på hinanden. At bringe din finger nær reducerer kapacitansen mellem dem. MSP430 bruger en konstant strømkilde til at oplade denne kondensator og måler, hvor hurtigt spændingen over den ændres. CapTIvate -biblioteket gør det nemmere at omdanne dette til registrerede knaptryk.

Jeg designede en tilpasset del i Eagle for at forenkle tilføjelsen af tolv af disse knapper, og så jeg kunne bruge dem til fremtidige projekter.

Trin 4: Dit printkort som en LED -diffuser

Den ørneøjede blandt jer har muligvis bemærket det lille cirkulære plaster, hvor den sorte loddemaske mangler fra begge sider af printkortet. Som med næsten ethvert elektronisk design havde jeg brug for visuel feedback til brugeren. Jeg gik med en RGB LED og havde et par muligheder for dette.

• Jeg kunne bruge en gennemgående hul-LED og skære et hul, så den kunne stikke igennem. Jeg ved ikke, hvordan jeg ville forbinde det uden en anden PCB.
• Jeg kunne bruge en overflademonteret LED. Så ville jeg have nogle spor og en LED, der ødelagde mit pæne frontpanel.
• Jeg kunne bruge en omvendt monteret LED.

Nogle af jer undrer jer måske over, hvad en LED med omvendt montering er. Det er en "på hovedet" overflademonteret LED, der skinner tilbage på det printkort, den er monteret på. Hvad?! Hvorfor ville du gøre det? Nå, det får det af vejen på den anden side af printkortet. De fleste designs vil stadig have et hul i printet, for at denne LED kan skinne igennem, men jeg besluttede bare at fjerne kobber og loddemaske og se, om PCB -materialet var gennemskinneligt nok til, at LED'en kunne skinne igennem. Spoiler -alarm - det var det! Jeg er sikker på, at det ville være lidt lysere med et hul i stedet, men det er let nok til at være synligt i sollys gennem 1,6 mm FR4. Det er også pænt diffust.

Det havde brug for en brugerdefineret del designet den Eagle for at sikre, at der ikke var kobber eller loddemaske under den, men alt dette tog var et par cirkler på Restrict og Keepout -lagene på begge sider. Du finder denne brugerdefinerede del i det vedhæftede Eagle -bibliotek.

Trin 5: Dit printkort som en antenne

At bruge et printkort som en antenne er ikke noget nyt. NFC Booster -pakken, jeg brugte, har en. De fleste kommercielle NFC -læsere, du finder, bruger dem. Et problem, jeg fandt, er, at disse er indstillet til at passe til de mest almindelige NFC -tagformater - kort og fjernbetjeninger. Jeg er nørdet nok til at få et lille NFC -tag implanteret i min hånd. Detaljer er her, hvis du ikke er flov. Jeg har også lavet et tidligere projekt ved hjælp af en trådviklet induktor som antenne. Til dette projekt ville jeg se, om det var muligt at oprette en PCB -antenne, der var pænt tilpasset et lille implanteret tag.

For det første besluttede jeg at oprette et PCB -spor, der er fysisk mindre end dem, du normalt ser. Induktansen er vigtig, når du indstiller antennen, så jeg bruger en online PCB -induktorberegner og sigter mod, at omkring 1μH skal være omtrent det samme som den trådviklede, jeg havde brugt før. Jeg brugte TI's L_Calculate, og det fortalte mig, at 7 omdrejninger ved en gennemsnitlig størrelse på 9 mm x 6,5 mm med en sporbredde på 0,1524 skulle være 950nH. Tæt på.

Da jeg fik printkortene tilbage, målte det 0,627μH - med en modstand på 0,867Ω. Det er tid til at finde ud af, hvordan det matchende netværk skal se ud, så TRF7970A ser 50Ω. Antennematchning er et helt emne i sig selv, så jeg vil ikke komme nærmere ind på det nu, men hvis du er interesseret, dækkede jeg, hvordan jeg indstiller en antenne uden at skulle bruge en dyr VNA her.

Det er tilstrækkeligt at sige, at dit printkort kan bruges til at oprette en nulprisantenne, uanset om det er en induktiv spole til RFID (ikke strengt taget en antenne) eller til WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz osv. Endnu en gang vil jeg foreslå, at hvis du har brug for en, starter du med designnotater til den enhed, du bruger. Producenten vil have dig til at købe deres komponenter, så de er en stor hjælp, når det kommer til at gøre brug af dem.

Trin 6: Dit printkort som et fejlfindingsoverskrift

Så snart du tilføjer en mikrokontroller til dit projekt, har du spørgsmålet om, hvordan du får din kode til det. Ofte ender din flotte lavprofil -printplade med et chunky pin header på den. Ofte er disse også gennem huller, så din dejlige pæne print er blevet påvirket på begge sider. Selvfølgelig, da jeg ville have den ene side til at være mit frontpanel, gennem hullet som ude. Overflademonterede pinhoveder kan risikere at skrælle dine spor op - især hvis du sandsynligvis vil forbinde og afbryde et par gange.

Heldigvis er der et alternativ - pogo pins. Disse fjederbelastede stifter får en dejlig elektrisk kontakt med dit bord. Det er måske ikke stille nok til en permanent forbindelse, men det er bestemt til programmering. Jeg har set pogo pins brugt med en brugerdefineret jig til både programmering og også til test af et produktionstavle. Jeg har endda set dem sidde fast på en tøjstang til et meget hjemmelavet programmørlook. Jeg gjorde dog brug af et kommercielt produkt, der er tilgængeligt for mange mikrokontrollerfamilier - Tag Connect. Det kræver et par små justeringshuller i dit bord, så det er måske ikke perfekt, hvis du har brug for et vandtæt frontpanel, men jeg besluttede, at det ville være fint til dette projekt.

Det eneste, der kræves, er et print på PCB, og du er færdig! Hullerne er godt inden for kravet om et bestyrelseshus og måske endda hjemetsning.

Trin 7: Det færdige printkort

Så efter at have inkorporeret alle disse PCB -ideer i et projekt - her er det endelige resultat. Det reagerer på enten det korrekte NFC -tag eller indtastningskode og åbner døren. Dørbetjeningen er adskilt, fordi dette vil betjene et par forskellige døre på et par forskellige måder. Døren til mit hus vil være en elektromagnetisk udløsning, meget som du ville finde på en boligblok med et samtaleanlæg.

Jeg er en kitesurfer, så ofte befinder jeg mig i havet, og det er altid vanskeligt at vide, hvad jeg skal gøre med dine nøgler. Med et NFC -mærke i hånden har jeg altid nøglen med mig! Til min varevogn vil den linke op til centrallåsesystemet.

For din egen dør kan du godt vælge en passende måde at åbne eller låse den op.

Du finder alt, hvad du har brug for for at replikere (eller tilpasse) dette projekt i dette GitHub -depot.

Jeg håber, at du har nydt at læse om dette projekt, og at det har inspireret dig til at indarbejde nogle af ideerne i dine egne PCB'er. Hvis du gør det, så lad mig vide det i kommentarerne herunder. Tag også et kig på posterne i PCB -konkurrencen og stem på det, du synes er bedst. Jeg håber, det bliver mit, men jeg er sikker på, at der også er mange andre gode poster.

Runner Up i PCB -konkurrencen