Как сделать NFC-визитку с микроконтроллером и светодиодами без батарейки
Инженерный вызов, который многие считают почти невозможным, — создать устройство, работающее вообще без источника питания. Тем не менее, именно такую задачу поставил перед собой разработчик, решивший превратить обычную визитку в функциональный гаджет. В карточку форматом 85×55 мм нужно было уместить микроконтроллер и шесть светодиодов, заставив их работать исключительно от энергии, которую излучает смартфон собеседника при поднесении к NFC-антенне.
Схема, на первый взгляд, выглядит обманчиво простой. Основой конструкции стал чип NXP NTAG I2C Plus, который умеет не только хранить данные, но и собирать энергию из электромагнитного поля. Питание с его вывода поступает на микроконтроллер ATtiny85 в компактном корпусе SOIC-8. Этот «камень» выбран не случайно: его потребление в режиме глубокого сна измеряется единицами микроампер, что критично при работе от столь капризного источника. Для сглаживания напряжения в схему добавлены диод Шоттки и накопительный конденсатор.
Главная сложность проекта кроется не в логике работы, а в физике процесса. NFC-поле, создаваемое телефоном, активно лишь короткое время, а заявленные в даташите 10 мА доступны только в идеальных условиях. На практике при поднесении смартфона удается снять 6–8 мА при напряжении около 3 В. Этого хватает для питания ATtiny85 и пары диодов, но требует ювелирной настройки всей системы. Каждый лишний ом сопротивления на дорожках печатной платы буквально крадет миллиамперы, поэтому трассировка питания выполнялась короткими и широкими проводниками.
Отдельная история — проектирование антенны. Она рассчитывается на частоту 13,56 МГц, и ее геометрию пришлось пересчитывать под конкретный корпус визитки. Влияет даже толщина стеклотекстолита и соседние дорожки. После сборки прототипа разработчик столкнулся с классической ловушкой: конденсатор не успевал зарядиться до уровня сброса микроконтроллера, из-за чего плата «зависала» на пару секунд после каждого подноса телефона. Решение нашлось в увеличении емкости с 10 до 47 мкФ и добавлении резистора в цепь сброса.
Алгоритм работы построен на прерываниях. Микроконтроллер находится в глубоком сне, а при появлении NFC-поля чип NTAG будит его. Далее ATtiny85 считывает байт команды из памяти метки и зажигает светодиоды в соответствии с битами. Интересная деталь: использование библиотеки ATtinyI2C требует отключения оптимизации компилятора, иначе код на этом микроконтроллере может вести себя непредсказуемо.
Подобные эксперименты наглядно демонстрируют пропасть между теорией и практикой в hardware-инжиниринге. Проект, который в описании занимает пару абзацев, на деле превращается в квест по балансировке энергопотребления и отладке аналоговых цепей. Но результат стоит усилий: когда светодиоды вспыхивают от простого прикосновения телефона, становится понятно, что автономная электроника на энергии «из воздуха» — не фантастика, а вопрос правильного подбора компонентов и терпения.
