Kunci NFC - Saat PCB Juga Menjadi Tombol, Antena, dan Lainnya: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Anda dapat mengambil salah satu dari dua hal dari Instructable ini. Anda dapat mengikuti dan membuat kombinasi keypad numerik dan pembaca NFC Anda sendiri. Skemanya ada di sini. Tata letak PCB di sini. Anda akan menemukan bill of material untuk memesan suku cadang yang Anda butuhkan. Saya telah memberikan kode untuk memprogram mikrokontroler. Ada semua yang Anda perlukan untuk menyalin atau memperluas proyek ini.

Namun, saya menduga sebagian besar pembaca lebih cenderung mengambil inspirasi dari beberapa aspek saja. Instruksi ini menunjukkan kepada Anda bahwa PCB lebih dari sekadar cara menyambungkan komponen-komponen. Persegi panjang kecil dari fiberglass dan tembaga itu memiliki banyak kegunaan lain - sambil tetap melakukan pekerjaan utamanya untuk membuat sambungan listrik. Saya akan menyajikan semua aspek ini terlebih dahulu sebelum menggabungkannya menjadi proyek yang sudah selesai. Saya harap Anda menikmati perjalanan ini dan mungkin memutuskan untuk menggunakan satu atau dua trik ini dalam proyek Anda sendiri!

Langkah 1: Proses

Begitu banyak proyek mengambil lintasan yang sama di jalan menuju "selesai" dan begitu banyak yang tersandung tepat sebelum rintangan terakhir.

Prototipe

Pertama ada prototipe. Anda memiliki ide dan keluar dari laci datang papan pengembangan mikrokontroler masuk Anda. Bagi banyak orang, ini akan menjadi Arduino, tetapi saya paling senang dengan rangkaian mikrokontroler 16-bit daya rendah MSP430 TI. Apa pun pilihan Anda, biasanya ada papan pengembangan yang membantu. Ini berarti Anda tidak harus memulai dengan membuat PCB sendiri dan Anda dapat menguji teori dan periferal potensial. Seringkali ada Booster Pack / Shield / Hat - atau nama aneh apa pun untuk papan anak yang dibuat oleh pabrikan. Tidak ada gunanya orang asing dengan papan tempat memotong roti atau kawat nyasar.

Anda dapat melihat bahwa di sini saya telah menggunakan kit pengembangan CapTIvate TI dan paket Booster NFC TRF7970A untuk membuktikan bahwa konsep tersebut kemungkinan akan berhasil.

Anda akan mendapatkan beberapa bukti kode konsep juga. Ini mungkin berantakan. Ini mungkin bergantung pada perpustakaan yang diunduh yang membuat Anda menjadi bagian dari perjalanan ke sana. Secara pribadi, saya cenderung membiarkannya sedikit tidak sempurna karena saya tahu saya memiliki minggu-minggu ke depan menunggu PCB tiba. Aku bisa merapikannya kalau begitu.

Desain

Berikutnya adalah desain. Jalankan perangkat lunak desain PCB favorit Anda. Dalam kasus saya itu Elang. Dibutuhkan sejumlah waktu yang mengejutkan untuk beralih dari ide ke kesempurnaan, dan di sinilah letak petualangan kami! Langkah-langkah berikutnya akan membantu Anda mendapatkan hasil maksimal dari ini.

Menunggu PCB Anda

Anda mungkin mengetsa sendiri atau membuatnya terburu-buru, tetapi kebanyakan dari kita akan memesan dari dewan direksi di Cina dan menunggu beberapa minggu. Sekarang saatnya untuk kembali ke kode itu. Itu tidak akan rapi dengan sendirinya!

Perakitan dan debugging

Keluarkan besi solder atau oven pemanggang roti. Kemudian Anda dapat melihat apakah itu berfungsi seperti yang diharapkan. Mungkin mundur 2 langkah. Mungkin tidak.

Kandang dan panel depan

Jadi PCB Anda terlihat profesional. Sekarang perlu kandang dan panel depan. Mungkin Anda akan mencetak sesuatu secara 3D. Kelihatannya OK-ish, tetapi itu tidak cukup mewakili kemahiran dari PCB yang indah di dalamnya. Nah, di sinilah panduan ini benar-benar akan membantu!

Langkah 2: PCB Anda Sebagai Panel Depan

Soldermask dulu hanya berwarna hijau. Layar sutra lebih fungsional daripada dekoratif. PCB adalah sesuatu yang tersembunyi dan hanya geek seperti kita yang tertarik untuk melihatnya. Yah, tidak lagi!

Banyak rumah papan sekarang memungkinkan Anda untuk memilih dari berbagai warna. Kualitas layar sutra telah meningkat pesat. Bentuk dan guntingan yang funky diperbolehkan. Jadi mengapa tidak memanfaatkan ini? Jika Anda membuat PCB dengan hati-hati maka rumah papan dapat membuat panel depan untuk Anda!

Dalam contoh saya, saya telah menempatkan semua komponen di satu sisi dan memastikan sisi lain terlihat cukup bagus untuk menjadi bagian depan perangkat saya. Anda tidak perlu melakukan ini. Mungkin Anda ingin memiliki kecantikan dan otak di papan terpisah. Terserah kamu.

Saya bahkan telah melihat sejumlah PCB yang disolder bersama untuk membentuk keseluruhan penutup, tetapi itu tidak biasa. Jika Anda pikir Anda bisa melakukannya - mengapa tidak!

Papan saya cukup sederhana - hanya beberapa silkscreen putih rapi di atas soldermask hitam. Itu cocok dengan tampilan yang saya cari. Dimungkinkan untuk mendapatkan cukup banyak warna dan corak dengan menggabungkan silkscreen, soldermask dan tembaga dengan berbagai cara. Saya akan menyerahkan Anda ke Google "PCB art" dan melihat beberapa kreasi menakjubkan yang dibuat orang lain! Meski mengesankan, mungkin tidak semuanya cocok untuk panel depan.

Langkah 3: PCB Anda Sebagai Tombol

Anda mungkin telah memperhatikan bahwa angka-angka yang dilapisi sutra sangat mirip dengan keypad numerik dan itu karena memang demikian. Tepatnya itu adalah tombol sentuh kapasitif. Jika Anda mengikuti rute ini maka Anda mungkin menginginkan mikrokontroler yang mendukung sentuhan kapasitif meskipun dimungkinkan untuk "menggulung sensor sentuh kapasitif Anda sendiri" jika Anda benar-benar menginginkannya.

Semua tombol sentuh kapasitif terdiri dari beberapa jejak PCB yang ditempatkan untuk memiliki kapasitansi yang dapat dideteksi baik ke ground (dikenal sebagai kapasitansi sendiri) atau ke jejak lain (dikenal sebagai kapasitansi bersama).

Saya memulai desain saya dengan mengikuti panduan CapTIvate TI untuk perangkat MSP430FR2633 mereka tetapi jika Anda menggunakan mikrokontroler lain, mungkin ada baiknya melihat panduan dan desain referensi yang disediakan oleh pabrikan. Tidak hanya panduan tata letak PCB yang disediakan, tetapi bahkan ada Pusat Desain CapTIvate yang akan menghasilkan beberapa kode template agar sesuai dengan perangkat keras Anda.

Anda akan melihat bahwa inti dari tombol ini hanyalah dua lingkaran tembaga yang cukup dekat satu sama lain. Mendekatkan jari Anda akan mengurangi kapasitansi di antara keduanya. MSP430 menggunakan sumber arus konstan untuk mengisi kapasitor ini dan mengukur seberapa cepat tegangan yang melewatinya berubah. Pustaka CapTIvate menyederhanakan mengubah ini menjadi penekanan tombol yang terdeteksi.

Saya merancang bagian khusus di Eagle untuk menyederhanakan penambahan dua belas tombol ini dan agar saya dapat menggunakannya pada proyek mendatang.

Langkah 4: PCB Anda Sebagai Diffuser LED

Mata elang di antara Anda mungkin telah memperhatikan tambalan melingkar kecil di mana topeng solder hitam hilang dari kedua sisi PCB. Seperti hampir semua desain elektronik, saya membutuhkan umpan balik visual untuk pengguna. Saya menggunakan LED RGB dan memiliki beberapa opsi untuk ini.

• Saya bisa menggunakan LED lubang tembus dan membuat lubang untuk menyodoknya. Saya tidak yakin bagaimana saya akan menghubungkannya tanpa PCB lain.
• Saya bisa menggunakan LED pemasangan permukaan. Kemudian saya akan memiliki beberapa jejak dan LED mengacaukan panel depan saya yang rapi.
• Saya bisa menggunakan LED pemasangan terbalik.

Beberapa dari Anda mungkin bertanya-tanya apa itu LED pemasangan terbalik. Nah, ini adalah LED pemasangan permukaan "terbalik" yang menyinari kembali PCB yang dipasangnya. Apa?! Kenapa kamu ingin melakukan itu? Nah, itu keluar dari jalan di sisi lain dari PCB. Sebagian besar desain masih memiliki lubang di PCB agar LED ini bersinar, tapi saya memutuskan untuk melepas tembaga dan soldermask dan melihat apakah bahan PCB cukup tembus cahaya untuk LED bersinar. Peringatan spoiler - benar! Saya yakin itu akan menjadi sedikit lebih terang dengan lubang sebagai gantinya, tetapi cukup mudah untuk terlihat di bawah sinar matahari melalui 1.6mm FR4. Itu menyebar dengan baik juga.

Itu memang membutuhkan bagian khusus yang dirancang Eagle untuk memastikan bahwa tidak ada tembaga atau soldermask di bawahnya, tetapi yang diperlukan hanyalah beberapa lingkaran pada lapisan Restrict dan Keepout di kedua sisi. Anda akan menemukan bagian khusus ini di perpustakaan Eagle terlampir.

Langkah 5: PCB Anda Sebagai Antena

Menggunakan jejak PCB sebagai antena bukanlah hal baru. Paket NFC Booster yang saya gunakan memilikinya. Sebagian besar pembaca NFC komersial yang Anda temukan menggunakannya. Satu masalah yang saya temukan adalah bahwa ini disetel agar sesuai dengan format tag NFC yang paling umum - kartu dan keyfobs. Saya cukup culun untuk memiliki tag NFC kecil yang ditanamkan di tangan saya. Detailnya ada di sini jika Anda tidak mual. Saya juga pernah membuat proyek sebelumnya menggunakan induktor wirewound sebagai antena. Untuk proyek ini saya ingin melihat apakah mungkin untuk membuat antena PCB yang cocok dengan tag implan kecil.

Pertama saya memutuskan untuk membuat jejak PCB yang secara fisik lebih kecil dari yang biasa Anda lihat. Induktansi penting ketika menyetel antena jadi saya menggunakan kalkulator induktor PCB online dan bertujuan sekitar 1μH menjadi hampir sama dengan kawat yang saya gunakan sebelumnya. Saya menggunakan L_Calculate TI dan ini memberi tahu saya bahwa 7 putaran pada ukuran rata-rata 9mm x 6,5mm dengan lebar jejak 0,1524 harus 950nH. Hampir.

Ketika saya mendapatkan kembali PCB itu mengukur 0,627μH - dengan resistansi 0,867Ω. Saatnya untuk mencari tahu seperti apa tampilan jaringan yang cocok sehingga TRF7970A melihat 50Ω. Pencocokan antena adalah topik tersendiri, jadi saya tidak akan membahasnya sekarang, tetapi jika Anda tertarik, saya membahas cara menyetel antena tanpa memerlukan VNA yang mahal di sini.

Cukuplah untuk mengatakan bahwa PCB Anda dapat digunakan untuk membuat antena tanpa biaya apakah itu kumparan induktif untuk RFID (tidak sepenuhnya antena) atau untuk WiFi, ZigBee, Sub-1Ghz, dll. Sekali lagi, saya sarankan itu jika Anda membutuhkannya, Anda mulai dari catatan desain untuk perangkat apa pun yang Anda gunakan. Pabrikan ingin Anda membeli komponen mereka sehingga mereka sangat membantu saat menggunakannya.

Langkah 6: PCB Anda Sebagai Header Debug

Segera setelah Anda menambahkan mikrokontroler ke proyek Anda, Anda memiliki masalah tentang bagaimana memasukkan kode Anda ke dalamnya. Seringkali Anda PCB profil rendah yang bagus berakhir dengan header pin chunky di atasnya. Seringkali ini juga melalui versi lubang, jadi Anda PCB rapi yang indah telah terpengaruh di kedua sisi. Jelas karena saya ingin satu sisi menjadi panel depan saya, melalui lubang keluar. Header pin pemasangan di permukaan dapat berisiko mengupas jejak Anda - terutama jika Anda cenderung menyambungkan dan memutuskan sambungan beberapa kali.

Untungnya ada alternatif - pin pogo. Pin pegas ini membuat kontak listrik yang bagus dengan papan Anda. Ini mungkin tidak cukup tenang untuk koneksi permanen tetapi tentu saja untuk pemrograman. Saya telah melihat pin pogo digunakan dengan jig khusus untuk pemrograman dan juga untuk menguji papan produksi. Saya bahkan pernah melihat mereka terjebak di gantungan baju untuk tampilan programmer yang sangat buatan sendiri. Namun, saya menggunakan produk komersial yang tersedia untuk banyak keluarga mikrokontroler - Tag Connect. Itu memang membutuhkan beberapa lubang penyelarasan kecil di papan Anda sehingga mungkin tidak sempurna jika Anda membutuhkan panel depan tahan air, tetapi saya memutuskan bahwa itu akan baik-baik saja untuk proyek ini.

Yang diperlukan hanyalah jejak PCB dan selesai! Lubang-lubangnya sesuai dengan kebutuhan rumah papan dan bahkan mungkin etsa rumah.

Langkah 7: PCB Selesai

Jadi, setelah menggabungkan semua ide PCB ini ke dalam satu proyek - inilah hasil akhirnya. Ini merespon baik tag NFC atau kode entri yang benar dan membuka pintu. Operasi pintu terpisah karena ini akan mengoperasikan beberapa pintu yang berbeda dalam beberapa cara yang berbeda. Pintu ke rumah saya akan menjadi pelepasan elektromagnetik, seperti yang akan Anda temukan di blok apartemen dengan sistem interkom.

Saya seorang peselancar layang yang sering menemukan diri saya di laut dan selalu sulit untuk mengetahui apa yang harus dilakukan dengan kunci Anda. Dengan tag NFC di tangan saya, saya selalu membawa kuncinya! Untuk van saya itu akan terhubung ke sistem penguncian pusat.

Untuk pintu Anda sendiri, Anda mungkin ingin memilih cara yang tepat untuk membuka atau membukanya.

Anda akan menemukan semua yang Anda butuhkan untuk mereplikasi (atau mengadaptasi) proyek ini di repositori GitHub ini.https://github.com/FredMurphy/LockNFC

Saya harap Anda menikmati membaca tentang proyek ini dan itu telah mengilhami Anda untuk memasukkan beberapa ide ke dalam PCB Anda sendiri. Jika Anda melakukannya, beri tahu saya di komentar di bawah. Silakan lihat juga entri dalam kontes PCB dan pilih mana yang menurut Anda terbaik. Saya harap itu akan menjadi milik saya, tetapi saya yakin ada banyak entri bagus lainnya di sana juga.

Runner Up di Lomba PCB