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技術(shù)專題
電路設(shè)計中實現(xiàn)NFC的想法
NFC最常見的用途之一是帶外憑據(jù)共享。為了共享WiFi憑據(jù)，用戶可能已經(jīng)擁有適當(dāng)配置為其家庭WiFi網(wǎng)絡(luò)的支持NFC的智能手機。通過NFC，他們可以與訪問者共享憑據(jù)和SSID，而無需鍵入復(fù)雜的字母數(shù)字密碼或進(jìn)入他們塵土飛揚的路由器后面以讀取標(biāo)簽。
第一次通電時，許多廉價的WiFi設(shè)備的行為就像WiFi接入點。如果要構(gòu)建連接WiFi的設(shè)備，則還可以充當(dāng)訪問點以允許設(shè)備的初始配置。不幸的是，此功能不能很好地被智能手機操作系統(tǒng)接受，因為該設(shè)備無法提供互聯(lián)網(wǎng)訪問，并且與現(xiàn)代路由器相比，它顯得不安全。最近，我不得不為此奮斗，設(shè)置了機器人吸塵器。
NFC還可以用于為音頻設(shè)備配置藍(lán)牙連接，使用戶可以僅使用一個“ tap”（而不是：
在智能手機上啟用藍(lán)牙
打開設(shè)備電源
在設(shè)備上啟用配對
打開設(shè)置
等待藍(lán)牙掃描并找到設(shè)備
配對設(shè)備
NFC消除了手動輸入WiFi憑據(jù)所帶來的復(fù)雜性，減少了錯誤，改善了用戶體驗，并且無需重置設(shè)備即可輕松進(jìn)行重新配置。第一次開始使用您的設(shè)備時，用戶體驗的改善可能會給您留下良好的第一印象。
具有WiFi功能的應(yīng)用程序通常需要相當(dāng)多的計算能力。因此，Realtek的RTL8195AM可能非常適合，它具有ARM?Cortex?-M3 CPU和集成的WiFi和NFC。
諸如Nordic Semiconductors nRF52832，NXP的QN9090和QN9030之類的眾多藍(lán)牙SoC具有集成的NFC。
固定安裝的直觀設(shè)備調(diào)試
通過網(wǎng)狀協(xié)議（例如ZigBee或Bluetooth
Mesh）進(jìn)行通信的許多設(shè)備可能需要更高一級配置才能加入網(wǎng)絡(luò)。接觸隱藏的按鈕或安裝在墻壁上的電源循環(huán)設(shè)備，例如開關(guān)，夜燈和PIR傳感器，可能會有些麻煩，尤其是如果我們想在第一次采用后對其進(jìn)行重新配置。
在電工實際安裝此類設(shè)備后，可以將NFC用于測試和配置，而不會在早期部署階段不必要地引入復(fù)雜性。通過與設(shè)備進(jìn)行無線通信以執(zhí)行配置和診斷，而無需使用板載相對昂貴的IC的潛在不安全協(xié)議，您可以節(jié)省安裝成本，而不會損害設(shè)備的安全性或?qū)嵸|(zhì)上增加材料清單的成本。
對于此類應(yīng)用，意法半導(dǎo)體ST25DV-I2C憑借其易用性，低成本和直觀的I2C界面可能是一個理想的選擇。
仍然打包時配置無電設(shè)備
制造后配置設(shè)備通常需要提供有線調(diào)試連接或臨時無線網(wǎng)絡(luò)。
NFC允許在仍處于包裝狀態(tài)時進(jìn)行產(chǎn)品配置。例如，您可以直接在銷售點預(yù)先配置帶有用戶名的高端電子禮物。
根據(jù)其銷售國家/地區(qū)，需要不同配置的電子設(shè)備（例如，無線電通信設(shè)備）可以在包裝和質(zhì)量檢查之后配置。這樣，您無需為每個目的地國家都保留單獨的庫存，而只需要一種產(chǎn)品：在后一刻對其進(jìn)行配置，在其上添加標(biāo)簽，然后將其運送給客戶或分銷商。這樣可以將即時生產(chǎn)和庫存庫存混合在一起，既可以節(jié)省大量資金，又可以快速運送到任何地區(qū)。
該概念也可以與上述思想結(jié)合。它允許對設(shè)備進(jìn)行預(yù)配置，而無需進(jìn)行任何不必要的處理，然后再將其運送到安裝現(xiàn)場，從而節(jié)省了現(xiàn)場應(yīng)用工程師的訪問時間。
支持雙端口存儲器操作的廣泛IC包括NXP的NT3H2111和STMicroelectronics ST25DV-I2C。
無線可編程修剪器
隨時間流逝出現(xiàn)不必要漂移或生產(chǎn)/供應(yīng)變化的模擬組件可能會在批量生產(chǎn)中極度受挫。該解決方案一直將組件的使用限制在產(chǎn)品的特定子組件中，構(gòu)建自定義夾具以提供電源，測試并隨后重新校準(zhǔn)產(chǎn)品。
一些制造商的NFC標(biāo)簽IC提供多達(dá)兩個可編程PWM輸出。通過添加幾個無源組件，PWM輸出可以輕松轉(zhuǎn)換為模擬輸出。
照明行業(yè)廣泛采用以優(yōu)化和補償LED模塊中的各種參數(shù)，從而降低了具有此功能的IC的價格?？梢钥焖俨捎?span lang="EN-US">PWM輸出來補償模擬組件中的漂移或差異。另外，如果通信端口不足，可以通過使用MCU中的ADC通道而不是I2C或SPI通信來使用這些功能來編程基本產(chǎn)品功能。
提供PWM輸出的NFC標(biāo)簽示例包括STMicroelectronics ST25DV-PWM和NXP的NTP5210，前者在448Hz時提供高達(dá)15位的分辨率。
增強的設(shè)備支持/故障排除
許多嵌入式設(shè)備會產(chǎn)生錯誤代碼，大多數(shù)產(chǎn)品具有正確實現(xiàn)的自診斷功能，但顯示復(fù)雜消息的內(nèi)存和用戶界面空間有限，因此無法向用戶提供多少信息。
在被扔掉或長期遺忘在地下室的手冊中查找錯誤代碼始終是不切實際且令人討厭的。由于產(chǎn)品故障，這只會使用戶可能已經(jīng)感到沮喪。
通過動態(tài)生成NDEF記錄，可以使用NFC將用戶指向特定的網(wǎng)頁（或應(yīng)用程序內(nèi)容），例如http://support.company.com/product/error123。
彈出錯誤代碼時，還可以自動顯示其他內(nèi)容，例如支持電子郵件地址，網(wǎng)站或電話號碼。通過在設(shè)備上輕按智能手機來幫助用戶處理錯誤，您可以節(jié)省支持成本并提高用戶保留率。
假設(shè)您的產(chǎn)品具有用于讀取代碼的內(nèi)部調(diào)試接口，則可以使用NXP的LPC8N04實施將這些代碼轉(zhuǎn)換為可讀URL所需的適度邏輯。
經(jīng)濟(jì)高效的無線電源
由于無法滿足EMC兼容性認(rèn)證要求的風(fēng)險，在許多項目中實施臨時無線功率傳輸技術(shù)可能不可行。
NFC是目前僅使用廣泛采用的技術(shù)來實現(xiàn)亞瓦特?zé)o線能量傳輸?shù)谋阋?，最簡單的方法?span lang="EN-US">
知名度不高的制造商Silicon Craft的SIC4310具有高達(dá)10mA和3.3V的輸出，非常適合此類應(yīng)用。
與旋轉(zhuǎn)設(shè)備通訊
想象以下情形：您有一個固定的設(shè)備，帶有一個旋轉(zhuǎn)的主體，上面裝有一個設(shè)備。假設(shè)您要從固定側(cè)與設(shè)備旋轉(zhuǎn)組件上的設(shè)備進(jìn)行通信。
例如，您想將傳感器放置在起重機或工業(yè)設(shè)備上。機電接口在一定條件下無法長時間可靠運行，并且振動和工業(yè)環(huán)境條件會嚴(yán)重影響機械接口的使用壽命。如果您試圖在沒有電源的情況下傳輸數(shù)據(jù)，那么任何旋轉(zhuǎn)的觸點都會引入很多虛假信號。
使用某種形式的無線電通信似乎是好的主意，類似于安裝在汽車輪胎上的壓力傳感器如何與車載計算機通信。
NFC協(xié)議非常適合此應(yīng)用：NFC天線可以設(shè)計成螺旋形，在旋轉(zhuǎn)軸上具有幾乎完美的旋轉(zhuǎn)對稱性。如果傳感器或設(shè)備的耗電量有限，則使用上面的無線電源概念還可以使傳感器/設(shè)備長時間運行而無需更換電池或為電池充電。
恩智浦半導(dǎo)體提供了一個涵蓋這種精確場景的開發(fā)套件PN5180。
通過防水屏障進(jìn)行通訊
在連接器周圍進(jìn)行防水密封非常困難，尤其是在產(chǎn)品暴露于鹽水，大量紫外線輻射會干燥和損壞O形圈的情況下，并且如果必須為連接提供電源，則增加了電化學(xué)風(fēng)險損傷。NFC不受此類問題的影響，并且NFC天線可以很容易地隱藏在密封的塑料墻后面或嵌入硅樹脂或環(huán)氧樹脂灌封中。
進(jìn)一步詳細(xì)說明這一想法，NFC可用于有效地通過少量水進(jìn)行通信。我們使用的大多數(shù)物理通信層都受到水的負(fù)面影響。由于連接器很難充分防水，因此使用電勢進(jìn)行通訊會使產(chǎn)品容易受到腐蝕，電化學(xué)作用和水的滲透。可見光或紅外光用于通訊幾乎總是不可行的，因為光會被水散射并吸收，即使并非所有頻率的光都被均等地吸收。射頻場被吸收，而電場被屏蔽在鹽水中。之所以存在2.4Ghz ISM頻段，是因為它在微波爐中加熱食物中的水的有效性，因此存在WiFi和藍(lán)牙。聲波
NFC基于磁感應(yīng)，因此可通過多種介質(zhì)（包括適量的水）發(fā)揮出色的性能。
暴露在這些元素下的產(chǎn)品（尤其是密封的產(chǎn)品）不太可能接受維護(hù)，并且經(jīng)常被設(shè)計為易于安裝和遺忘。用作內(nèi)存存儲的NFC標(biāo)簽很可能會使產(chǎn)品壽命更長，可以在事后訪問進(jìn)行訪問以進(jìn)行診斷和故障分析。
NFC克服非空氣介質(zhì)的能力必須通過實驗進(jìn)行測試；僅查找材料的導(dǎo)磁率是一個錯誤，因為RF場是動態(tài)的（在13.56MHz處）而不是靜態(tài)的。恩智浦NTA5332 IC具有有源負(fù)載調(diào)制功能，該功能主要用于提高物理層的性能，從而允許使用更小的天線。這也可以補償小于理想條件下的信號衰減。
惡劣環(huán)境/防爆設(shè)備的通訊
某些設(shè)備必須能夠抵抗高沖擊和高溫。NFC標(biāo)簽可在廣泛的工業(yè)溫度范圍內(nèi)使用，并且可以輕松嵌入環(huán)氧樹脂或硅樹脂中。
由于沒有連接器會引起靜電電弧，因此NFC非常適合用于可能存在易燃?xì)怏w的防爆設(shè)計。
NFC標(biāo)簽可以通過一層鐵氧體直接放在金屬上；通常，這些標(biāo)簽采用防金屬標(biāo)簽或金屬標(biāo)簽的名稱。在遠(yuǎn)場無線通信難以穿透完全密封的金屬外殼的情況下，NFC的磁耦合可以繼續(xù)工作。
工業(yè)應(yīng)用可能會發(fā)現(xiàn)意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）的ST25DV系列是理想的選擇，溫度范圍為-40°C至85°C，在125°C的溫度下最多可寫入400k
EEPROM。
診斷和配置界面
產(chǎn)品通常具有一個供用戶使用的主界面和一個用于調(diào)試和維護(hù)的輔助界面。后者應(yīng)盡量遠(yuǎn)離用戶。輔助接口可以通過UART，隱藏的Web API，telnet或SSH連接來實現(xiàn)，但是實現(xiàn)此類功能的所有便宜的方法都需要在產(chǎn)品內(nèi)部放置專用連接。出于診斷目的，必須打開或拆卸設(shè)備才能訪問輔助通信接口可能會花費大量時間。將診斷或配置與用戶可訪問的連接混合使用會提供潛在的安全漏洞。
可以使用NFC來實現(xiàn)簡單的診斷界面，并且無需打開產(chǎn)品即可對其進(jìn)行訪問。該接口可以輕松地受到密碼或加密密鑰的保護(hù)，并且可以通過NDEF記錄公開所有相關(guān)的可配置參數(shù)。
在為數(shù)不多的實現(xiàn)安全功能的相關(guān)IC中，我們可以注意到NXP的NTA5332，因為它對電子工程師極為友好并支持AES加密標(biāo)準(zhǔn)。許多IC都采用類似的措施，但其中許多更適合于智能卡。
與傳感器互動
許多傳感器僅需要有限的電源和網(wǎng)絡(luò)連接，每周或每月收集一次數(shù)據(jù)。對于此類設(shè)備，操作員點擊啟用NFC的傳感器可能是最方便的選擇。這可能與通過設(shè)施分布的日常檢查清單的一部分的傳感器特別相關(guān)，從而允許自動輸入數(shù)據(jù)，同時仍然需要人工檢查設(shè)備/傳感器。
AMS的SL13A IC是專門為此角色設(shè)計的，它采用10位ADC以及高達(dá)3.4V和4mA的輸出功率傳感器和外部電路。如果與薄電池耦合，則這種IC對于環(huán)境數(shù)據(jù)記錄特別有用。
固件更新
實施固件更新非常困難。通過采用諸如LPC8N04之類的NFC SoC，您可以引入一種低成本且廣泛兼容的方式來執(zhí)行固件更新，技術(shù)人員和最終用戶都可以通過智能手機應(yīng)用程序采用這種方式進(jìn)行固件更新。
恩智浦LPC8N04的功率收集功能還可以幫助在自動重啟后的系統(tǒng)中實施固件更新，因為NFC SoC仍將由RF場供電。
更加自給自足的設(shè)計可以利用EM Microelectronics NF4極高的數(shù)據(jù)速率和64KB的內(nèi)存。
您如何使用NFC？
如您所見，NFC的用途廣泛，從實施到技術(shù)支持，以及在充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境中進(jìn)行通信。
過去，在惡劣的環(huán)境中（爆炸性和腐蝕性蒸氣，高溫或劇烈振動使傳統(tǒng)連接器的設(shè)計極具挑戰(zhàn)性），我已經(jīng)建立了精心設(shè)計的通信方式?；谶h(yuǎn)場輻射的協(xié)議（例如WiFi或藍(lán)牙）由于外殼或安全性要求而不合適或沒有能力。NFC將為這些項目解決許多問題；但是，必須提供或設(shè)計專門的閱讀器會破壞許多好處。
隨著NFC閱讀器在現(xiàn)代智能手機中的普及以及智能手機應(yīng)用程序開發(fā)的便捷性，NFC現(xiàn)在已成為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的可行選擇。它的多功能性帶來了廣泛的激動人心的可能性，這些可能性以前是不可能實現(xiàn)的，或者實施起來成本很高。