NFC Kilidi - Bir PCB Aynı zamanda Düğmeler, Anten ve Daha Fazlası Olduğunda: 7 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bu Eğitilebilir Dosyadan iki şeyden birini alabilirsiniz. Takip edebilir ve kendi sayısal tuş takımı ve NFC okuyucu kombinasyonunuzu oluşturabilirsiniz. Şematik burada. PCB düzeni burada. İhtiyacınız olan parçaları sipariş etmeniz için bir malzeme listesi bulacaksınız. Mikrodenetleyiciyi programlamak için kodu sağladım. Bu projeyi kopyalamak veya genişletmek için ihtiyacınız olan her şey var.

Ancak, çoğu okuyucunun kitabın bazı yönlerinden ilham alma olasılığının daha yüksek olduğundan şüpheleniyorum. Bu Eğitilebilir Tablo, PCB'nin bileşenleri birbirine bağlamanın bir yolundan daha fazlası olduğunu gösterir. Fiberglas ve bakırdan oluşan bu küçük dikdörtgenin pek çok başka kullanımı var - yine de asıl işini elektrik bağlantıları yapmakla sürdürüyor. Tamamlanmış bir projede bir araya getirmeden önce tüm bu yönleri sunacağım. Umarım yolculuktan keyif alırsınız ve bu hilelerden bir veya ikisini kendi projenizde kullanmaya karar verebilirsiniz!

Adım 1: Süreç

Pek çok proje "bitmiş" olma yolunda aynı yörüngeyi takip ediyor ve pek çoğu son engelden hemen önce tökezliyor.

Prototip

İlk önce prototip var. Bir fikriniz var ve çekmeceden mikrodenetleyici geliştirme kartınız çıkıyor. Birçoğu için bu bir Arduino olacak, ancak ben en çok TI'nin MSP430 serisi 16-bit düşük güçlü mikrodenetleyicileri konusunda mutluyum. Seçiminiz ne olursa olsun, genellikle yardımcı olan bir geliştirme kurulu vardır. Bu, kendi PCB'nizi yapmaya başlamanız gerekmediği ve teorileri ve potansiyel çevre birimlerini test edebileceğiniz anlamına gelir. Genellikle bir Destek Paketi / Kalkan / Şapka vardır - veya üreticinin bulduğu bir ek kart için garip bir isim. Hiçbiri bir devre tahtasına veya başıboş kabloya yabancı değildir.

Burada, konseptin işe yarayacağını kanıtlamak için TI'nin CapTIvate geliştirme kitini ve TRF7970A NFC Booster paketini kullandığımı görebilirsiniz.

Siz de bir miktar kavram kodu kanıtı alacaksınız. Dağınık olabilir. Sizi oraya götüren indirilmiş kitaplıklara güvenebilir. Şahsen, biraz kusurlu bırakma eğilimindeyim çünkü PCB'lerin gelmesini bekleyen o haftalarım olduğunu biliyorum. O zaman toparlayabilirim.

Dizayn

Ardından tasarım geliyor. Favori PCB tasarım yazılımınızı çalıştırın. Benim durumumda bu Kartal. Fikirden mükemmelliğe gitmek şaşırtıcı bir zaman alıyor ve işte maceramız burada yatıyor! Önümüzdeki adımlar bundan en iyi şekilde yararlanmanıza yardımcı olacaktır.

PCB'lerinizi bekliyorum

Kendinizinkini aşındırabilir veya aceleyle yaptırabilirsiniz, ancak çoğumuz Çin'deki bir yönetim kurulundan sipariş verir ve birkaç hafta bekleriz. Şimdi bu koda geri dönme zamanı. Kendini toparlamayacak!

Montaj ve hata ayıklama

Havya veya tost makinesi fırınını çıkarın. Ardından beklendiği gibi çalışıp çalışmadığını görebilirsiniz. Belki 2 adım geri gidin. Belki değil.

Muhafaza ve ön panel

Böylece PCB'niz profesyonel görünüyor. Şimdi bir muhafazaya ve ön panele ihtiyacı var. Belki bir şeyi 3D yazdırırsın. Tamam görünüyor, ancak içindeki güzel PCB'nin inceliğini tam olarak temsil etmiyor. İşte bu kılavuzun gerçekten yardımcı olacağı yer burası!

Adım 2: Ön Panel Olarak PCB'niz

Lehim maskesi eskiden sadece yeşildi. Serigrafi dekoratif olmaktan çok işlevseldi. Bir PCB, gizlenmiş bir şeydi ve sadece bizim gibi meraklılar onu görmekle ilgilenirdi. Eh, artık değil!

Birçok pansiyon, artık geniş bir renk yelpazesinden seçim yapmanıza izin veriyor. Serigraf kalitesi büyük ölçüde iyileşmiştir. Funky şekillere ve kesiklere izin verilir. Peki neden bundan faydalanmıyorsunuz? PCB'yi dikkatli bir şekilde oluşturursanız, bir yönetim kurulu binası ön panellerinizi sizin için yapabilir!

Örneğimde, tüm bileşenleri bir tarafa yerleştirdim ve diğer tarafın cihazımın önü olacak kadar iyi göründüğünden emin oldum. Bunu yapmak zorunda değilsin. Belki de güzelliğin ve beynin ayrı tahtalarda olmasını istersiniz. O size kalmış.

Tüm muhafazayı oluşturmak için birlikte lehimlenmiş bir dizi PCB bile gördüm, ancak bu olağandışı. Yine de yapabileceğinizi düşünüyorsanız - neden olmasın!

Tahtam oldukça basit - sadece siyah bir lehim maskesi üzerine temiz beyaz bir serigrafi. Aradığım görünüme uyuyordu. Serigrafi, lehim maskesi ve bakırı çeşitli şekillerde birleştirerek oldukça geniş bir renk ve ton yelpazesi elde etmek mümkündür. Sizi Google "PCB sanatına" bırakacağım ve diğer insanların ortaya çıkardığı harika kreasyonlardan bazılarını göreceğim! Etkileyici olsalar da hepsi bir ön panel için uygun olmayabilir.

Adım 3: Düğmeler Olarak PCB'niz

Serigrafiyle gösterilen sayıların sayısal tuş takımına çok benzediğini fark etmiş olabilirsiniz, çünkü öyleler. Kesin olmak gerekirse, bunlar kapasitif dokunmatik düğmelerdir. Bu rotaya gidiyorsanız, muhtemelen kapasitif dokunuşu destekleyen bir mikrodenetleyici isteyeceksiniz, ancak gerçekten isterseniz "kendi" kapasitif dokunmatik algılamayı "yuvarlamak" mümkün.

Tüm kapasitif dokunmatik düğmeler, toprağa (öz kapasitans olarak bilinir) veya başka bir ize (karşılıklı kapasitans olarak bilinir) algılanabilir bir kapasitansa sahip olacak şekilde yerleştirilmiş bazı PCB izlerinden oluşur.

Tasarımıma, MSP430FR2633 cihazları için TI'nin CapTIvate kılavuzunu izleyerek başladım, ancak başka bir mikrodenetleyici kullanıyorsanız, muhtemelen üretici tarafından sağlanan kılavuzlara ve referans tasarımlarına bakmaya değer. Sağlanan PCB düzenine yönelik bir kılavuz olmakla kalmaz, aynı zamanda donanımınıza uygun bazı şablon kodları oluşturacak CapTIvate Tasarım Merkezi bile vardır.

Düğmenin özünün, birbirine oldukça yakın iki bakır daire olduğunu fark edeceksiniz. Parmağınızı yaklaştırmak, aralarındaki kapasitansı azaltır. MSP430, bu kapasitörü şarj etmek için sabit bir akım kaynağı kullanır ve üzerindeki voltajın ne kadar hızlı değiştiğini ölçer. CapTIvate kitaplığı, bunu algılanan düğme basmalarına dönüştürmeyi basitleştirir.

Bu düğmelerden on iki tanesini eklemeyi basitleştirmek ve gelecekteki projelerde kullanabilmek için Eagle'da özel bir parça tasarladım.

Adım 4: LED Difüzör Olarak PCB'niz

Aranızdaki kartal gözlü, PCB'nin her iki yanında siyah lehim maskesinin eksik olduğu küçük dairesel yamayı fark etmiş olabilir. Neredeyse tüm elektronik tasarımlarda olduğu gibi, kullanıcı için bazı görsel geri bildirimlere ihtiyacım vardı. Bir RGB LED ile gittim ve bunun için birkaç seçeneğim vardı.

• Delikten geçen bir LED kullanabilir ve içinden geçmesi için bir delik açabilirim. Başka bir PCB olmadan nasıl bağlayacağımdan emin değilim.
• Yüzey montajlı bir LED kullanabilirim. O zaman temiz ön panelimi bozan bazı izler ve bir LED olurdu.
• Ters montajlı bir LED kullanabilirim.

Bazılarınız ters montajlı LED'in ne olduğunu merak ediyor olabilir. Bu, monte edildiği PCB'de parıldayan "baş aşağı" bir yüzeye monte LED'dir. Ne?! Neden bunu yapasın ki? Peki, PCB'nin diğer tarafında onu yoldan çıkarır. Çoğu tasarımın PCB'de bu LED'in parlaması için hala bir deliği olacak, ancak ben sadece bakır ve lehim maskesini çıkarmaya ve PCB malzemesinin LED'in parlaması için yeterince yarı saydam olup olmadığına bakmaya karar verdim. Spoiler uyarısı - öyleydi! Bunun yerine bir delik ile biraz daha parlak olacağına eminim, ancak 1,6 mm FR4 ile güneş ışığında kolayca görülebilecek kadar kolay. Güzel de dağılmış.

Altında bakır veya lehim maskesi olmadığından emin olmak için Eagle tarafından tasarlanmış özel bir parçaya ihtiyacı vardı, ancak tüm bunlar her iki taraftaki Kısıtlama ve Koruma katmanlarında birkaç daire aldı. Bu özel parçayı ekli Eagle kitaplığında bulacaksınız.

Adım 5: Anten Olarak PCB'niz

Bir PCB izini anten olarak kullanmak yeni bir şey değil. Kullandığım NFC Booster paketinde bir tane var. Bulacağınız çoğu ticari NFC okuyucusu bunları kullanır. Bulduğum bir sorun, bunların en yaygın NFC etiket biçimlerine - kartlar ve anahtarlıklar - uyacak şekilde ayarlanmış olmasıdır. Elime küçük bir NFC etiketi yerleştirecek kadar ineğim. Çekingen değilseniz ayrıntılar burada. Ayrıca anten olarak tel sargılı bir indüktör kullanarak önceki bir proje yaptım. Bu proje için, implante edilmiş küçük bir etiketle güzel bir şekilde eşleşen bir PCB anteni oluşturmanın mümkün olup olmadığını görmek istedim.

Öncelikle normalde göreceğinizden fiziksel olarak daha küçük bir PCB izi oluşturmaya karar verdim. Anteni ayarlarken endüktans önemlidir, bu yüzden çevrimiçi bir PCB indüktör hesaplayıcısı kullanıyorum ve yaklaşık 1μH'nin daha önce kullandığım tel sargılı ile yaklaşık olarak aynı olmasını hedefledim. TI'nin L_Calculate'ini kullandım ve bu bana ortalama 9mm x 6.5mm boyutunda ve 0.1524 iz genişliğine sahip 7 dönüşün 950nH olması gerektiğini söyledi. Yeterince yakın.

PCB'leri geri aldığımda 0,627μH ölçtü - 0,867Ω dirençle. TRF7970A'nın 50Ω görmesi için eşleşen ağın nasıl görünmesi gerektiğini çözmenin zamanı geldi. Anten eşleştirme başlı başına bir konudur, bu yüzden şimdi buna girmeyeceğim, ancak ilgileniyorsanız, burada pahalı bir VNA'ya ihtiyaç duymadan bir antenin nasıl ayarlanacağını anlattım.

PCB'nizin, RFID (tam anlamıyla bir anten değil) veya WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz, vb. için endüktif bir bobin olsun, sıfır maliyetli bir anten oluşturmak için kullanılabileceğini söylemek yeterlidir. Bir kez daha şunu öneririm. Birine ihtiyacınız varsa, kullandığınız cihaz için tasarım notlarından başlarsınız. Üretici, bileşenlerini satın almanızı istiyor, böylece onları kullanmaya gelince çok yardımcı oluyorlar.

Adım 6: Hata Ayıklama Başlığı Olarak PCB'niz

Projenize bir mikrodenetleyici ekler eklemez, kodunuzu bunun üzerine nasıl alacağınız sorununuz olur. Sıklıkla, hoş, düşük profilli PCB, üzerinde tıknaz bir pin başlığı ile biter. Sıklıkla bunlar açık delikli versiyonlardır, bu yüzden güzel temiz PCB'niz her iki tarafta da etkilenmiştir. Açıkçası, bir tarafın ön panelim olmasını istediğim gibi, delikten dışarı çıktı. Yüzeye monte pin başlıkları, özellikle birkaç kez bağlanıp bağlantıyı kesmeniz durumunda, izlerinizi soyma riskiyle karşı karşıya kalabilir.

Neyse ki bir alternatif var - pogo pimleri. Bu yaylı pimler, kartınızla güzel bir elektrik teması sağlar. Kalıcı bir bağlantı için yeterince sessiz olmayabilir ama kesinlikle programlama içindir. Hem programlama hem de bir üretim kartını test etmek için özel bir jig ile kullanılan pogo pimleri gördüm. Hatta onları çok ev yapımı bir programcı görünümü için bir elbise mandalına takılmış halde gördüm. Ancak, birçok mikrodenetleyici ailesi için mevcut olan ticari bir ürün olan Tag Connect'i kullandım. Tahtanızda birkaç küçük hizalama deliği gerektiriyor, bu nedenle su geçirmez bir ön panele ihtiyacınız varsa mükemmel olmayabilir ama bu proje için iyi olacağına karar verdim.

Tek gereken bir PCB ayak izi ve işiniz bitti! Delikler, bir yönetim kurulu evinin ve hatta belki de evde gravürün gereksinimi dahilindedir.

Adım 7: Bitmiş PCB

Böylece, tüm bu PCB fikirlerini tek bir projede birleştirdikten sonra - işte nihai sonuç. Doğru NFC etiketine veya giriş koduna yanıt verir ve kapıyı açar. Kapı işlemi ayrıdır çünkü bu, birkaç farklı kapıyı birkaç farklı şekilde çalıştıracaktır. Evimin kapısı, interkom sistemine sahip bir apartman bloğunda bulacağınız gibi elektromanyetik bir yayın olacak.

Ben bir uçurtma sörfçüsüyüm ve kendimi sık sık okyanusta buluyorum ve anahtarlarınızla ne yapacağınızı bilmek her zaman zor oluyor. Elimde bir NFC etiketi ile anahtar her zaman yanımda! Minibüsüm için merkezi kilitleme sistemine bağlanacak.

Kendi kapınız için, onu açmak veya kilidini açmak için uygun bir yol seçmek isteyebilirsiniz.

Bu projeyi çoğaltmak (veya uyarlamak) için ihtiyacınız olan her şeyi bu GitHub deposunda bulacaksınız.https://github.com/FredMurphy/LockNFC

Umarım bu proje hakkında okumaktan zevk almışsınızdır ve bu, bazı fikirleri kendi PCB'lerinize dahil etmeniz için size ilham vermiştir. Bunu yaparsanız, lütfen aşağıdaki yorumlarda bana bildirin. Lütfen ayrıca PCB yarışmasındaki girişlere bir göz atın ve hangisinin en iyi olduğunu düşündüğünüze oy verin. Umarım benim olur, ama eminim orada başka birçok güzel eser de vardır.

PCB Yarışmasında İkincilik