Bloqueig NFC: quan un PCB també és el botó, l'antena i molt més : 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Podeu agafar una de les dues coses d’aquest instructiu. Podeu seguir i crear la vostra pròpia combinació d'un teclat numèric i un lector NFC. L’esquema és aquí. El disseny del PCB ja és aquí. Trobareu una llista de materials perquè pugueu demanar les peces que necessiteu. He proporcionat el codi per programar el microcontrolador. Hi ha tot el necessari per copiar o ampliar aquest projecte.

Tanmateix, sospito que la majoria dels lectors solen inspirar-se en alguns aspectes. Aquesta instrucció us mostra que el PCB és alguna cosa més que una manera de connectar els components. Aquest petit rectangle de fibra de vidre i coure té molts altres usos, alhora que continua assumint la seva tasca principal de fer connexions elèctriques. Presentaré tots aquests aspectes primer abans de reunir-los en un projecte completat. Espero que gaudiu del viatge i pugueu decidir utilitzar un o dos d'aquests trucs en un projecte propi.

Pas 1: el procés

Tants projectes segueixen la mateixa trajectòria en el camí cap al "acabat" i molts ensopeguen just abans de l'obstacle final.

El prototip

Primer hi ha el prototip. Tens una idea i surt del taulell la teva placa de desenvolupament de microcontroladors. Per a molts, això serà un Arduino, però estic més content de la línia MSP430 de microcontroladors de baixa potència de 16 bits de TI. Sigui quina sigui la vostra elecció, normalment hi ha un tauler de desenvolupament que us ajuda. Vol dir que no heu de començar a fabricar el vostre propi PCB i podeu provar teories i perifèrics potencials. Sovint hi ha un paquet de reforç / escut / barret, o qualsevol altre nom estrany per a la taula filla que el fabricant hagi inventat. Cap ús és desconegut per a una placa de filferro o filferro perdut.

Podeu veure que aquí he fet servir el kit de desenvolupament CapTIvate de TI i el paquet Booster TRF7970A NFC per demostrar que és probable que el concepte funcioni.

També obtindreu alguna prova de codi conceptual. Pot ser desordenat. Pot dependre de les biblioteques descarregades que us permetran formar part del camí. Personalment, acostumo a deixar-ho una mica imperfecte perquè sé que tinc aquestes setmanes per endavant esperant que arribin els PCB. Aleshores ho puc endreçar.

El disseny

A continuació ve el disseny. Enceneu el vostre programari de disseny de PCB preferit. En el meu cas es tracta d’Àguila. Es necessita un temps sorprenent per passar de la idea a la perfecció, i aquí és on rau la nostra aventura. Els propers passos us ajudaran a treure el màxim profit d’això.

Esperant els vostres PCB

Podeu gravar els vostres propis o fer-los a corre-cuita, però la majoria de nosaltres demanarem a una pensió de la Xina i esperarem unes setmanes. Ara és el moment de tornar a aquest codi. No s'endurà a si mateix!

Muntatge i depuració

Traieu el soldador o el forn de la torradora. A continuació, podeu veure si funciona com s’esperava. Potser retrocedir 2 passos. Potser no.

El recinte i el panell frontal

Per tant, el vostre PCB es veu professional. Ara necessita un recinte i un panell frontal. Potser imprimireu alguna cosa en 3D. Sembla correcte, però no representa del tot la finor del bonic PCB que hi ha al seu interior. Bé, aquí és on aquesta guia us ajudarà realment.

Pas 2: el vostre PCB com a tauler frontal

La soldermask solia ser verda. La pantalla de seda era més funcional que decorativa. Un PCB era una cosa que s’amagava i només els geeks com nosaltres estarien interessats a veure-ho. Bé, ja no!

Ara moltes cases de pensions us permeten escollir entre una àmplia gamma de colors. La qualitat de la pantalla de seda ha millorat molt. Es permeten formes i retallades divertides. Llavors, per què no aprofitar-ho? Si creeu el PCB amb cura, una casa de consells us pot fer els panells frontals.

En el meu exemple, he situat tots els components d’un costat i m’he assegurat que l’altre costat tingués un aspecte prou bo per ser la part frontal del meu dispositiu. No cal que feu això. Potser voleu tenir la bellesa i el cervell en taulers separats. Depèn de vosaltres.

Fins i tot he vist una sèrie de PCB soldats junts per formar tot el recinte, però això és inusual. Si creieu que ho podeu fer, per què no?

El meu tauler és bastant senzill: només una serigrafia blanca i ordenada sobre una màscara de soldadura negra. S’adaptava a l’aspecte que buscava. És possible obtenir una àmplia gamma de colors i tons combinant serigrafia, màscara soldada i coure de diverses maneres. Us deixaré a "PCB art" de Google i veuré algunes de les creacions sorprenents que altres persones han creat. Tot i que són impressionants, potser no tots són adequats per a un panell frontal.

Pas 3: el vostre PCB com a botons

És possible que us hàgiu adonat que els números serigrafiats s’assemblen molt al teclat numèric i això és així. Per ser precisos, són botons tàctils capacitius. Si aneu per aquesta ruta, probablement voldreu un microcontrolador que admeti tacte capacitiu, tot i que és possible "rodar el vostre propi" sensor tàctil capacitiu si realment voleu.

Tots els botons tàctils capacitius consisteixen en algunes traces de PCB que es col·loquen per tenir una capacitat detectable a terra (coneguda com a autocapacitat) o a una altra traça (coneguda com a capacitat mútua).

Vaig començar el meu disseny seguint la guia CapTIvate de TI per al seu dispositiu MSP430FR2633, però si utilitzeu un altre microcontrolador, probablement val la pena mirar les guies i els dissenys de referència proporcionats pel fabricant. No només es proporciona una guia sobre el disseny del PCB, sinó que fins i tot hi ha el CapTIvate Design Center que generarà algun codi de plantilla que coincideixi amb el vostre maquinari.

Notareu que l’essència del botó són només dos cercles de coure bastant a prop l’un de l’altre. Acostar el dit redueix la capacitat entre ells. El MSP430 utilitza una font de corrent constant per carregar aquest condensador i mesura la rapidesa amb què canvia el voltatge. La biblioteca CapTIvate simplifica convertir això en pulsacions detectades.

Vaig dissenyar una peça personalitzada a Eagle per simplificar l'addició de dotze d'aquests botons i poder utilitzar-los en futurs projectes.

Pas 4: el vostre PCB com a difusor LED

És possible que els ulls d’àguila s’han adonat del petit pegat circular on falta la màscara de soldadura negra de tots dos costats del PCB. Com amb gairebé qualsevol disseny electrònic, necessitava alguns comentaris visuals per a l'usuari. Vaig anar amb un LED RGB i tenia algunes opcions per això.

• Podria fer servir un LED de forat passant i tallar-ne un per forat. No estic segur de com ho connectaria sense un altre PCB.
• Podria utilitzar un LED de muntatge superficial. Després tindria algunes traces i un LED que desordenaria el meu net panell frontal.
• Podria utilitzar un LED de muntatge invers.

Alguns de vosaltres us preguntareu què és un LED de muntatge invers. Doncs bé, és un LED de muntatge superficial "cap per avall" que torna a brillar al PCB on està muntat. Què?! Per què faries això? Bé, ho fa fora de l’altre costat del PCB. La majoria dels dissenys encara tindran un forat al PCB perquè aquest LED brilli, però només vaig decidir eliminar el coure i la màscara soldada i veure si el material del PCB era prou translúcid perquè el LED brillés. Alerta de spoiler: era així! Estic segur que seria una mica més brillant amb un forat, però és prou fàcil de ser visible a la llum del sol a través d’1,6 mm de FR4. També està molt ben difós.

Necessitava una peça personalitzada dissenyada per Eagle per assegurar-se que no hi hagués coure o màscara soldada a sota, però tot el que es va fer va ser un parell de cercles a les capes Restrict i Keepout a banda i banda. Trobareu aquesta part personalitzada a la biblioteca adjunta Eagle.

Pas 5: el vostre PCB com a antena

L’ús d’un traçat de PCB com a antena no és cap novetat. El paquet NFC Booster que he utilitzat en té un. La majoria de lectors NFC comercials que trobareu els fan servir. Un dels problemes que he trobat és que s’ajusten als formats d’etiquetes NFC més habituals: targetes i telèfons mòbils. Sóc prou friki per tenir una petita etiqueta NFC implantada a la mà. Els detalls són aquí si no sou escarnits. També he fet un projecte anterior amb un inductor de bobina de filferro com a antena. Per a aquest projecte, volia veure si era possible crear una antena de PCB que s’ajustés bé a una petita etiqueta implantada.

En primer lloc, vaig decidir crear un traçat de PCB que fos físicament més petit que els que normalment veureu. La inductància és important a l’hora d’afinar l’antena, de manera que faig servir una calculadora d’inductors de PCB en línia i tenia com a objectiu que aproximadament 1 μH sigui el mateix que el filferro que havia utilitzat abans. Vaig utilitzar L_Calculate de TI i això em va dir que 7 voltes a una mida mitjana de 9 mm x 6,5 mm amb una amplada de traçat de 0,1524 haurien de ser de 950 nH. Suficientment a prop.

Quan vaig recuperar els PCB, mesurava 0,627 μH, amb una resistència de 0,867Ω. És hora d’esbrinar com ha de ser la xarxa que coincideixi perquè el TRF7970A vegi 50Ω. La concordança d'antena és tot un tema per si mateixa, de manera que ara no m'agradaré en això, però si us interessa, he explicat com sintonitzar una antena sense necessitar un VNA car.

N’hi ha prou amb dir que el vostre PCB es pot utilitzar per crear una antena de cost zero, ja sigui una bobina inductiva per RFID (no estrictament una antena) o per WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz, etc. Una vegada més, us suggeriria que si en necessiteu, comenceu a partir de notes de disseny per al dispositiu que feu servir. El fabricant vol que compreu els seus components, de manera que són una gran ajuda a l’hora d’utilitzar-los.

Pas 6: el vostre PCB com a capçalera de depuració

Tan bon punt afegiu un microcontrolador al vostre projecte, teniu el problema de com fer-hi arribar el vostre codi. Amb freqüència, el vostre bonic PCB de perfil baix acaba amb una capçalera de pin forjat. Amb freqüència, també són versions de forats, de manera que el vostre encantador PCB s'ha vist afectat per ambdues cares. Viouslybviament, ja que volia que un dels costats fos el meu panell frontal, passant pel forat com fora. Les capçaleres de pins de muntatge superficial poden arriscar-se a descolorir les traces, sobretot si és probable que us connecteu i desconnecteu unes quantes vegades.

Per sort, hi ha una alternativa: pogo pins. Aquests passadors de molla fan un bon contacte elèctric amb la vostra placa. Pot ser que no sigui prou tranquil per a una connexió permanent, però sens dubte és per a la programació. He vist pogo pins utilitzats amb una plantilla personalitzada tant per a la programació com per provar una placa de producció. Fins i tot els he vist enganxats a una clavilla per tenir un aspecte de programador molt casolà. Tot i això, he fet ús d’un producte comercial disponible per a moltes famílies de microcontroladors: Tag Connect. Requereix uns petits forats d'alineació al tauler, de manera que potser no seria perfecte si necessiteu un panell frontal impermeable, però vaig decidir que estaria bé per a aquest projecte.

Tot el que cal és una petjada de PCB i ja està! Els forats es troben dins del requisit d’una casa de consells i potser fins i tot d’un gravat a casa.

Pas 7: el PCB acabat

Per tant, després d’incorporar totes aquestes idees de PCB en un sol projecte, aquí teniu el resultat final. Respon a l’etiqueta NFC o al codi d’entrada correctes i obre la porta. El funcionament de la porta és independent perquè funcionarà un parell de portes diferents de dues maneres diferents. La porta de casa meva serà un alliberament electromagnètic, igual que es trobaria en un bloc d’apartaments amb un sistema d’intercomunicació.

Sóc kitesurf, tan sovint em trobo a l’oceà i sempre és complicat saber què fer amb les claus. Amb una etiqueta NFC a la mà, sempre tinc la clau amb mi! Per a la meva furgoneta enllaçarà amb el sistema de tancament central.

Per a la vostra porta, és possible que vulgueu triar una forma adequada per obrir-la o desbloquejar-la.

Trobareu tot el necessari per reproduir (o adaptar) aquest projecte en aquest dipòsit de GitHub.https://github.com/FredMurphy/LockNFC

Espero que us hagi agradat llegir sobre aquest projecte i que us hagi inspirat a incorporar algunes de les idees als vostres propis PCB. Si ho feu, si us plau, feu-m'ho saber als comentaris següents. Si us plau, mireu també les inscripcions al concurs del PCB i voteu el que creieu millor. Espero que sigui meu, però estic segur que també hi ha moltes altres bones entrades.

Accèssit al concurs de PCB