Для учета и идентификации: решения NFC от Texas Instruments

NFC: частотный диапазон, скорости обмена, описание протокола NFCIP

NFC позволяет осуществлять обмен данными между устройствами с относительно высокой скоростью, сравнимой с технологиями BLE и ZigBee, однако эффективные расстояния редко превышают несколько десятков сантиметров (рисунок 1). С одной стороны, это ограничивает область применения персональными устройствами или карточками, с другой – благодаря ограниченному радиусу действия, несколько повышается безопасность обмена данными. Кроме того, в ряде случаев NFC-устройства не нуждаются в источнике питания.

Рис. 1. Примерные области действия беспроводных интерфейсов различных стандартов

Рис. 1. Примерные области действия беспроводных интерфейсов различных стандартов

Области применения NFC на сегодняшний день включают в себя:

  • безналичные платежи;
  • оплату проезда в муниципальном транспорте;
  • системы учета времени и контроля исполнения;
  • системы идентификации и контроля доступа;
  • интерактивные стенды и постеры;
  • настройка совместной работы Bluetooth или Wi-Fi-устройств.

https://www.youtube.com/watch?v=ytadvertiseru

Bluetooth и Wi-Fi-интерфейсы стали практически стандартными для современных телефонов, смартфонов и планшетных компьютеров, позволяя осуществлять взаимодействие с наушниками, камерами, микрофонами. При большом количестве гаджетов быстрая настройка связи между нужными устройствами может стать проблемой.

К примеру, для подключения устройства к смартфону или планшетному компьютеру по Bluetooth, оно должно быть выведено в режим поиска подключения, как правило, нажатием или удержанием определенной кнопки. Затем необходимо на смартфоне выбрать его из списка доступных устройств, а он может быть достаточно длинным.

NFC позволяет существенно упростить данный процесс – для установления соединения устройств достаточно будет на короткое время поднести их друг к другу. Кроме того, после установления связи возможен автоматический запуск необходимого приложения. NFC Forum™ и Bluetooth SIG совместно разработали документ Bluetooth Secure Simple Pairing using NFC, определяющий формат сообщений для установки соединения (так называемого «спаривания») между Bluetooth-устройствами при посредничестве NFC-устройств.

Для учета и идентификации: решения NFC от Texas Instruments

Предусмотрено два режима установления соединения:

  • прямое соединение, при котором происходит передача параметров соединения, отслеживается процедура установления связи и настройка канала передачи данных между двумя устройствами;
  • косвенное соединение, когда NFC-смартфон или планшет играет роль посредника для передачи параметров соединения между устройством и точкой его подключения (например, между ноутбуком и беспроводной точкой доступа).

Помимо помощи в установке соединения между устройствами, NFC может играть роль простого и дешевого сервисного интерфейса:

  • смартфон или планшет с поддержкой NFC может играть роль универсального дисплея для отображения состояния устройства или роль консоли для его администрирования и настройки;
  • беспроводное подключение не требует специальных разъемов, а использование радиоканала позволяет отказаться от прозрачных окошек, характерных для ИК-портов;
  • возможно бесконтактное обновление прошивки или региональная адаптация изделия непосредственно в упаковке.

Стандарт NFCIP – Near Field Communication Interface and Protocol, – содержит две части NFCIP-1 и NFCIP-2. NFCIP-1 [1] стандартизован в документах ISO/IEC 18092, ECMA 340, ETSI TS 102190. Он определяет два режима обмена – активный и пассивный, определяет полосы частот, типы модуляции и скорости передачи данных (106, 212, 424 кбит/с), процедуры обнаружения устройств и обмена данными.

NFCIP-2 [2] стандартизован в ISO/IEC 21481, ECMA 352, ESTI TS 102312 и определяет механизмы совместной работы устройств стандартов ISO 18092, ISO 14443, ISO 15693, работающих в полосе 13,56 МГц.

Расшифровка NFC

Неизвестное сочетание трех латинских букв в вашем мобильном устройстве – это указание на использование новой спецтехнологии, ее полное название – Near Field Communication. Услышали о ней сравнительно недавно, но большее распространение получила с помощью мобильных технологий. На самом деле она стала удобным и наиболее подходящим инструментом, облегчающим во многих случаях быт владельца при грамотном ее использовании. Если говорить условно, то расшифровывается это обозначение как «близкая связь».

Для учета и идентификации: решения NFC от Texas Instruments

Близкой ее называют, потому что передача данных с ее помощью способна проходить на минимальном расстоянии между взаимодействующими объектами, расстояние может быть всего 2-3 сантиметра. Более того, объем данных, отправляемых в процессе просто минимален, несмотря на использование технологии умными аппаратами.

NFC тесно связана с буквенным обозначение EMV, это название можно не запоминать. Смысл в том, что последнюю считают «родоначальницей» технологии, описывающей возможности применения смарт-карт для проведения так называемых бесконтактных операций.

Среди особенностей модуля НФС выделяются:

  • Компактность (небольшой размер);
  • Возможности обмена с другими гаджетами и пассивными объектами;
  • Небольшое энергопотребление;
  • Низкая скорость передачи информации;
  • Оперативность установки сопряжения – около 0,1 секунды;
  • Доступная стоимость.

Благодаря компактности и низкому уровню энергопотребления разработка используется в небольших аппаратах.

Канал связи NFC: роли устройств, режимы подключения

В стандарте определены три возможных режима работы устройств NFC:

  • режим «точка-точка»;
  • режим эмуляции карты;
  • режим считывателя.
Читайте ещё про NFC:  Android Pay: как настроить и как платить? — Wylsacom

НФС расшифровка

Режим «точка-точка» предусматривает двунаправленный обмен данными между устройствами. При этом каждое из устройств может при необходимости инициировать обмен.

В режиме эмуляции карты NFC-устройство функционирует как бесконтактная карта/метка.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreatorsru

Считыватель может считывать и записывать данные в NFC/RFID-устройства и бесконтактные карты, а также осуществлять запитку пассивных NCF-устройств.

Как проверить, есть ли NFC?

Данная технология может встретиться не только на смартфонах, но и на других девайсах, например, таблеты тоже обладают подобным функционалом. Приемник НФС занимает минимум места и обычно «комфортно» помещается между батареей аккумулятора и корпусной крышкой устройства. Как узнать, есть ли в вашем оборудовании такое новшество?

Если говорить о других объектах, то устройства считывания и записи могут быть внедрены и в другие используемые изделия в повседневной жизни. Эту технологию применяют во время оплаты карточками проезда в транспорте общественного пользования. В бытовой технике первыми в частоте использования стоят современные холодильники, имеющие функции смарт.

Это можно сказать и о разработчиках аппаратной части изделий, и программной, так что все чаще выходят новенькие девайсы и софт, позволяющие высокоэффективно применять НФС.

Стоит отметить, что данную технологию поддерживают операционки Android версии 4.0 и выше, в качестве встроенной в систему «Beam» функции. Для того чтобы проверить наличие модуля на своем телефоне, нужно зайти в его настройки, выбрать пункт беспроводных сетей и кликнуть на «Еще» (Дополнительно…).

расположение модуля нфс

Если пункт NFC там отмечен, Вас можно поздравить, телефон обладает поддержкой стандарта, и не зря читаете эту статью. Для активации его работы нужно всего лишь поставить галочку напротив этого «заветного» пункта.

Решения NFC от Texas Instruments

Компания Texas Instruments предоставляет широкий ассортимент продукции для коммуникаций ближнего поля, отвечающий практически всем возможным на сегодняшний день запросам рынка [3]. Среди аппаратных решений компании для NFC имеются высокоэффективные и гибкие транспондеры TRF7970A и RF430CL330H, однокристальные системы RF430FRL15xH и системы в корпусе RF430F59XX с процессорными ядрами MSP430.

Варианты использования

Приведем пример, как применять самодельные NFC метки, чтобы автоматизировать составление списка покупок с Android:

  • установить приложение NFC ReTAG;
  • сделать своими руками метку из чипа со старой, неиспользуемой карты оплаты (например, проездного);
  • запустить приложение, отсканировать метку и дать ей имя (например, producty);
  • с помощью кнопки « Действие» добавить действие для считывания метки – открыть приложение Купи Батон либо Google Keep;
  • прикрепить метку на холодильник или рядом с ним.

Теперь приложение для создания списка покупок будет открываться гораздо быстрее.

Аналогичным способом можно с помощью NFC меткизапрограммировать автомобиль на автоматическое включение навигатора и Bluetooth, когда владелец с телефоном или планшетом при себе садится за руль.

Как включить NFC разобрались. Переходим к обзору областей применения.

Одним из наиболее популярных вариантов применения стандарта являются бесконтактные платежи. Владелец просто прикрепляет свою банковскую карточку к мобильному устройству и если вдруг карта осталась дома, будет произведена оплата телефоном. В этом случае возможность перехвата информации злоумышленниками ничтожно маленькая, ведь радиус действия интерфейса небольшой. Но если вы вдруг потеряете или у вас украдут гаджет, а он будет не заблокирован – с деньгами можно прощаться.

Для проведения такого платежа с использованием функции понадобится:

  • Банковская карточка, имеющая пометку paypass;
  • Приложение этого банковского учреждения;
  • Находим в меню приложения раздел NFC;
  • Прикладываем карту к задней панели телефона для считывания;
  • Запоминаем пароль для выполнения платежных операций, он будет выслан коротким сообщением.

Как активировать НФС

Еще один вариант использования модуля – информационный обмен. Благодаря программе Андроид Beam можно передавать разнообразные файлы с одного телефона на другой. При этом скорость передачи данных будет очень низкой, так что функцию можно использовать больше для отправления коротких текстовых СМС и ссылок.

Транспондеры серии TRF796xA

Микросхемы TRF796xA и TRF7970A [5] являются высокопроизводительными приемопередатчиками диапазона 13,56 МГц со встроенными устройствами формирования пакетов с поддержкой стандартов ISO/IEC 15693, ISO/IEC 18000-3, ISO/IEC 14443A и B (рисунок 3).

Рис. 3. Структурная схема приемопередатчиков TRF796xA, TRF7970A

Рис. 3. Структурная схема приемопередатчиков TRF796xA, TRF7970A

TRF7970A, как наиболее современный представитель семейства трансиверов TRF79xxA, поддерживает NFC-стандарты NFCIP-1 (ISO/IEC 18092) и NFCIP-2 (ISO/IEC 21481).

Встроенные блоки кодирования-декодирования данных, формирования пакетов, а также большой FIFO-буфер позволяют достаточно легко осуществлять взаимодействие по радиоканалу. Детектор наличия поля может активировать выход устройства из спящего режима, оптимизируя тем самым общее энергопотребление устройства. В зависимости от ситуации, режима работы, приложения, TRF79xxA может находиться в одном из семи доступных режимов энергопотребления.

Широкий диапазон допустимых напряжений питания 2,7…5,5 В допускает применение транспондера в устройствах с различными уровнями напряжений – и в устройствах с логическими уровнями 3 В, и с устройствами 5 В. Также возможна работа транспондера при сильно разряженной батарее питания.

Читайте ещё про NFC:  Кошелек Payeer — регистрация, отзывы, бонусы. Как обменять, перевести, пополнить, вывести деньги в платежной системе Пайер

Приемопередатчик TRF79xxA позволяет реализовывать различные протоколы обмена для диапазона 13,56 МГц, включая нестандартные.

Основные возможности:

  • поддержка стандартов ISO 14443A, ISO 14443B, ISO 15693, ISO/IEC 18000-3 (Mode 1);
  • диапазон напряжений питания 2,7…5,5 В;
  • встроенный стабилизатор питания (выходной ток до 20 мА);
  • потребление в режиме ожидания – 120 мкА, в режиме сна – менее 1 мкА;
  • параллельный или последовательный (SPI) интерфейс с хост-системой;
  • встроенные блоки формирования пакетов, проверки контрольной суммы, контроля четности;
  • скорость передачи данных – до 848 кбит/с;
  • тактовый выход для хост-контроллера;
  • программируемый антенный усилитель;
  • выходной усилитель с поддержкой OOK- или ASK-модуляции;
  • программируемая выходная мощность – 100 или 200 мВт;
  • прием и декодирование нескольких поднесущих.

Беспроводная оплата с помощью НФЦ

RF430FRL15xH [7, 8] является транспондером диапазона 13,56 МГц со встроенным 16-битным малопотребляющим контроллером MSP430 (рисунок 6). Для хранения программы и данных используется энергонезависимая оперативная память технологии FRAM.

Рис. 6. Структурная схема транспондеров серии RF430FRL15xH

Рис. 6. Структурная схема транспондеров серии RF430FRL15xH

FRAM эффективна в NFC-приложениях благодаря высокой скорости работы и низкому энергопотреблению в сочетании с сохранением данных при выключении питания. Энергонезависимость встроенной FRAM-памяти RF430FRL15xH позволяет свободно применять данный транспондер и в приложениях с автономным питанием, и в приложениях с питанием за счет внешнего электромагнитного поля считывателя.

RF430FRL15xH поддерживает обмен данными, установку параметров и конфигурирование посредством беспроводного интерфейса (стандарты ISO/IEC 15693, ISO18000-3), а также при помощи SPI- или I2C-интерфейса.

Встроенный датчик температуры, малопотребляющий 14-битный АЦП, два конфигурируемых аналоговых усилителя позволяют применять RF430FRL15xH в качестве самостоятельного сенсорного узла, обслуживающего как цифровые, так и аналоговые датчики.

Основные возможности транспондера:

  • радиоинтерфейс ISO/IEC 15693, ISO/IEC 18000-3 (Mode 1);
  • выбор источника питания: внешний источник питания или электромагнитное поле;
  • встроенный датчик температуры, интерфейс к резистивному датчику;
  • 16-битный блок вычисления контрольной суммы (CRC);
  • микроконтроллерное ядро MSP430 (2 кбайта FRAM, 4 кбайта ОЗУ, 8 кбайт ПЗУ);
  • напряжение питания – 1,45…1,65 В (ток потребления 260 мкА/МГц, в режимах экономии энергии – 9…15 мкА);
  • несколько источников тактирования (4 МГц, 256 кГц, внешний тактовый сигнал);
  • интерфейсный модуль eUSCI, поддерживающий SPI и I2C;
  • отладочный интерфейс JTAG.

Скрытые недочеты модуля

На одной линии с преимуществами этой уникальной технологии – низким уровнем потребления энергии и небольшой стоимостью внедрения, стоят некоторые минусы, проявляющиеся сразу после начала использования. И если вы хотите ею пользоваться, о них обязательно нужно знать.

Обмен данными с помощью НФС

С некоторыми придется мириться в ожидании доработки задумки, а некоторые заставляют сокращать сферы использования. Первый из них – маленький радиус сигнального действия. Это с одной стороны создает неудобство, например, если нужно максимально быстро организовать сопряжение, но с другой стороны это можно принимать за плюс. Так обеспечивается достаточно высокая степень безопасности, минимизирующая возможность случайного исполнения действия.

Но есть и минусы посерьезнее. Нет четких стандартов, так что модификации технологии неконтролируемо увеличиваются. Например, производители Сони и Хаоми дорабатывают функцию передачи, создают свои расходные материалы, которые могут работать только с аппаратами их производства. Так что пользователь находится в узких рамках, ему приходится брать аппараты, в каких есть разработка NFC и скачивать софт, подходящий под конкретный гаджет.

Самый основной минус – если вы потеряете телефон или у вас его украдут, вы можете лишиться и денег, потому как счета легко опустошить.

Обновление ПО контроллера по NFC-каналу

Начальный загрузчик (bootstrap loader – BSL) позволяет осуществлять доступ к памяти MSP430 во время прототипирования, для обновления прошивки контроллера в готовом изделии и для сервисного обслуживания устройства. В то время как в младших сериях контроллеров семейства MSP430 BSL (рисунок 4) загрузчик располагается в ROM-памяти и доступен только для чтения, в сериях MSP430F5xx и MSP430F6xx загрузчик располагается в защищенной области FLASH-памяти [6]. Это не только обеспечивает ему защиту при стирании памяти, но и позволяет выполнять следующие задачи:

  • использовать различные протоколы и интерфейсы, такие как UART, USB, SPI, I2C, NFC, и sub-1GHz;
  • назначать различные события для запуска BSL, вплоть до нажатия кнопки;
  • добавлять проверку целостности загружаемых или загруженных данных и кода, например, путем вычисления контрольной суммы (CRC);
  • изменять скорость передачи данных.
Рис. 4. Структура начального загрузчика MSP430 BSL

Рис. 4. Структура начального загрузчика MSP430 BSL

Сам загрузчик состоит из трех основных частей:

  • периферийного интерфейса (PI), который принимает и декодирует команды загрузчика, а также содержит драйвера основных интерфейсов – UART и SPI (в частности, можно взаимодействовать с загрузчиком посредством транспондера TRF7970A);
  • интерпретатора команд (CI), который принимает и выполняет команды;
  • BSL API – набора функций, являющегося промежуточным звеном между интерпретатором команд и встроенной памятью контроллера.
Читайте ещё про NFC:  Samsung Pay в России - подробный обзор и ответы на популярные вопросы

С учетом ограничений на размер загрузчика в 2 кбайта, NCF BSL поддерживает только небольшую часть NFC-протокола, необходимую для простых операций передачи данных.

Целевое устройство изначально находится в режиме пассивного ожидания, предусмотренного в TRF7970A при активировании режима Single Device Detection (SDD), что позволяет снизить требования к объему занимаемой памяти. Скорость данных при установлении соединения – 106 кбит/с. Пакет запроса атрибутов и ответ на него (Attribute Request – ATR_REQ и Attribute Response – ATR_RES соответственно) завершают процесс установления соединения.

Скорость прошивки вполне сопоставима со скоростями работы через COM-порт (рисунок 5). (В примере задействованы отладочные платы MSP-EXP430F5529 и MSP-EXP430F5438 с подключенными к ним NFC-платами TRF7970ATB).

Рис. 5. Обновление прошивки посредством NFC BSL

Рис. 5. Обновление прошивки посредством NFC BSL

Еще немного интересного

Тектайлы Самсунг

Теперь вы знаете, как работает технология. NFC является современным методом информационной передачи, применяемым во многих отраслях деятельность от простого обмена данными до маркетинговых и культурных разработок. Если говорить о последних, хороший пример – применение TecNiles для описания выставочных и музейных экземпляров, а также памятников в части развитых стран.

Если ваш смартфон не поддерживает такую функцию, его можно немного усовершенствовать – покупаете специализированную антенну, которая устанавливается под корпусом и выглядит как пластинка из тоненького кусочка пластика. Это можно сделать своими силами или обратиться в спецсервис. Конечно, задачу легко и упростить, для этого созданы и другие аксессуары. Многие фирмы предлагают карты памяти, имеющие встроенный модуль нфс, а также симки.

На сегодняшний день выделяется три основных метода применения разработки:

  • Обмен информацией;
  • Чтение меток, изменение настроек, профилей оборудования;
  • Быстрое подключение к периферийным аппаратам.

Пассивные метки используются для товарных бирок, журналов. В них легко записывать данные о продукте, ссылку на ресурс, географические координаты и другой тип данных небольшого объема. Распространение такого варианта обмена зависит от количества совместимых устройств.

Каждый сам решает и определяет уровень необходимости такой функции. Эта технология встречается сейчас во многих девайсах, зная как пользоваться ею, можно открывать для себя новые возможности и делать свой быт комфортнее.

Отладочные средства NFC

Традиционно компания Texas Instruments предлагает ассортимент отладочных и демонстрационных наборов [10].

Для оценки, отладки и проверки NFC-приложений может быть использован набор Dynamic NFC Transponder Evaluation Kit, состоящий из плат RF430CL330HTB Target Board и MSP-EXP430FR5739.

Отладочный набор NFCLink Evaluation Kit Bundle содержит в своем составе плату TRF7970ATB Target Board, плату MSP-EXP430F5529 USB Experimenter’s Board, отладочные платы RF430CL330HTB Target Board и MSP-EXP430FR5739 Experimenter Board (рисунок 8).

Рис. 8. Отладочные NFC-наборы TRF7970ATB Target Board (а) и NFCLink Evaluation Kit Bundle (б)

Рис. 8. Отладочные NFC-наборы TRF7970ATB Target Board (а) и NFCLink Evaluation Kit Bundle (б)

Сони НФС брелок

Плата TRF7970ATB Target Board может быть использована в паре с одной из отладочных плат контроллеров MSP430™, Tiva™ C или OMAP™.

Пакет ПО NFC Link SW

Рис. 9. Структура программного пакета NFC Link

Рис. 9. Структура программного пакета NFC Link

Основной программной библиотекой для работы с NFC-устройствами серии TRF79xx производства компании Texas Instruments является программный пакет NFCLink) [11, 12]. Его структура изображена на рисунке 9.

NFCLink поддерживает встраиваемые контроллеры Texas Instruments семейств MSP430™, Tiva™ C и OMAP™ и состоит из следующих частей:

  • драйверов для работы с TRF79xx;
  • набора API-функций NFC, RFID;
  • интерфейса с хост-системой (NFC Controller I/F – NCI), включая поддержку операционных систем Android, Linux и Windows® 7 и 8.

https://www.youtube.com/watch?v=upload

Модульная структура пакета NFC Link позволяет легко выбрать нужные компоненты и функции, требуемые в конкретном приложении. Также этот пакет позволяет создавать приложения, выходящие за рамки стандартного NFC-протокола, используя аппаратные возможности транспондеров TRF79хх.

Основная часть NFC Link поставляется в виде предварительно скомпилированных библиотек, а приложение взаимодействия хост-системы с транспондерами TRF79хх (интерфейсные уровни) – в виде исходных текстов.

Заключение

Компания Texas Instruments предоставляет аппаратные и программные средства для разработки NFC- и RFID-устройств.

Развитие мозга по максимомуhttps://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

Номенклатура Texas Instruments включает в себя аппаратное обеспечение – микросхемы NFC-приемников, транспондеров, приемопередатчиков, а также программные решения для интеграции NFC-устройств в системы. Все это способствует снижению трудоемкости процесса разработки нового продукта и сокращения времени вывода его на рынок.

Компания КОМПЭЛ, являющаяся официальным дистрибьютором Texas Instruments в России, осуществляет техническую поддержку разработчиков и производителей.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector