Figura 1: Principiul Interfeței Mifare
Figura 2: Diagrama bloc a senzorului inteligent NTAG
Există numeroase situații în care limitările de cost sau de gabarit arată că existența unui sistem cu alimentare continuă de la baterie sau de la un sistem de recuperare a energiei nu este o soluție practică. Un exemplu, acum în producția de masă, este eticheta (tag) RFID utilizată pentru identificarea produselor într-un lanț de aprovizionare.
Multe etichete de produse aflate în uz astăzi sunt dispozitive pasive, care conțin o antenă, interfață RF, convertor de putere și memorie, dar nu au sursă de alimentare internă. Câmpul electromagnetic generat de cititorul RFID oferă energia necesară pentru ca eticheta să răspundă cu un mesaj. Prima generație de etichete RFID implica un protocol relativ simplu, bazat pe citirea unui șir de digiți, care identificau un singur produs.
Apariția protocolului de comunicație în câmp apropiat (NFC) a extins puternic capabilitatea etichetelor alimentate prin RF. Sony și Philips Electronics au început să lucreze la elaborarea standardului în 2002, dezvoltând un protocol care a fost aprobat, ca standard, de ISO și IEC în 2003. La scurt timp după aceea, împreună cu producătorul de dispozitive celulare Nokia, companiile au format Forumul NFC pentru a promova aplicații pentru protocolul wireless de rază mică de acțiune.
Operând la o frecvență de 13.56MHz, etichetele devin active când se apropie la 10 cm de un cititor. În numeroase aplicații practice, etichetele activabile prin NFC ating suprafața externă a cititorului înainte ca tranzacția să înceapă. Comparativ cu protocoale precum Bluetooth, transferul de date apare la o viteză relativ joasă: de la aproximativ 100kbit/s la puțin mai mult de 400kbit/s. O distincție importantă între NFC și protocoalele RFID mai vechi este suportul pentru o interacțiune bidirecțională mai bogată, care poate fi criptată.
Transmisia de date de la un dispozitiv activ poate fi inițiată utilizând modulația de sarcină, o tehnică ce beneficiază de avantajul cuplării inductive. O variație a impedanței dispozitivului de “ascultare” (generată de o etichetă) cauzează schimbarea amplitudinii sau fazei tensiunii de antenă a dispozitivului NFC.
Atunci când este implicată o comunicație complet bidirecțională, eticheta și cititorul alternează între verificare stare și ascultare. Totuși, acest mod solicită o sursă de alimentare în interiorul etichetei, în timp ce protocoalele simple de modulare a sarcinii permit utilizarea de etichete pasive fără baterie.
Procesarea plăților, una dintre primele aplicații cheie pentru NFC, a beneficiat de suportul de criptare. Actul de a atinge un dispozitiv compatibil NFC cu partea superioară a cititorului îndeplinește două condiții importante. Una este de a oferi o conexiune wireless sigură, dar care să evite necesitatea de a introduce un card într-un cititor pentru a realiza o conexiune utilizând pinii unui terminal tradițional cu cip și PIN.
Cea de a doua este că, prin promovarea gestului de a atinge cititorul cu card-ul sau telefonul, urmat de un semnal sonor sau luminos pentru a arăta o tranzacție reușită, se oferă utilizatorilor încrederea de a fi singurii responsabili pentru inițierea tranzacției.
Din motive similare, NFC a devenit soluția aleasă pentru aplicații de transport – oferind călătorilor abilitatea rapidă de a plăti călătoria odată cu urcarea în tren sau autobuz, prin simpla atingere a cardului de plată sau a etichetei dedicate de suprafața unui cititor.
În aplicațiile de sănătate personală, care vor solicita, de asemenea, suport pentru criptare, interacțiunea tactilă oferă utilizatorului posibilitatea de a controla momentul în care datele sunt livrate sau recuperate, precum și confortul de a putea utiliza senzori care nu au sursă internă de alimentare. O aplicație recent apărută și care demonstrează acest lucru este un senzor UV. Compania de cosmetice L’Oreal a descoperit, după un studiu bazat pe părerile consumatorilor, că un senzor de piele extensibil pe care l-a dezvoltat și lansat în 2016 i-a ajutat pe utilizatori să își adapteze comportamentele, conducând la o expunere mai puțin riscantă la razele UV ale soarelui.
La Consumer Electronics Show din 2018, L’Oreal a prezentat un dispozitiv destinat să permită monitorizarea pe termen mai lung a expunerii la UV. UV Sense a fost primul senzor electronic fără baterii care putea măsura și stoca datele de expunere la UV timp de până la trei luni. Cu mai puțin de 2 mm grosime și mai puțin de un centimetru în diametru, senzorul poate fi ușor purtat pe degetul mare pentru perioade de până la două săptămâni – cu o singură aplicare de adeziv.
Senzorul fără baterie beneficiază de alimentarea furnizată de un telefon inteligent compatibil NFC, pentru a transfera date către o aplicație (My UV Patch) pe care utilizatorul o poate folosi pentru a determina expunerea sa pentru perioade lungi de timp. Proiectarea etichetei asigură faptul că datele rămân personale și transferul acestora este sub controlul utilizatorului. Datorită design-ului fără baterii, eticheta este păstrată mică și discretă.
Există și alte aplicații pentru senzori și NFC în domeniul sănătății. De exemplu o aplicație pentru care NXP Semiconductors a proiectat NHS3152 este respectarea unui tratament medical.
NHS3152 cu activare NFC se interfațează la o rețea de benzi rezistive care, în mod uzual, sunt așezate sub suprafața foliei unei benzi de medicamente. Pe măsură ce se ia fiecare pastilă, dispozitivul observă schimbarea bruscă a rezistenței atunci când folia este ruptă și când a avut loc acțiunea. Înregistrează acțiunea și o pregătește pentru transfer către un cititor utilizând interfața NFC încorporată. Proiectarea permite funcționarea cu o sursă mică de energie și asigură transferul datelor doar atunci când sunt scanate cu un cititor aprobat, ceea ce ajută la menținerea confidențialității.
În aplicațiile de distribuție și în lanțurile de aprovizionare, combinația dintre funcționalitatea etichetei și detecție face mai ușoară implementarea soluțiilor IoT în medii în care nodurile de senzori convenționale ar fi nepractice și costisitoare. În transportul alimentelor, o cerință esențială este controlarea temperaturii și a altor factori de mediu. Interiorul unui camion poate fi prevăzut cu un nod de senzori care să monitorizeze limitele generale ale unor parametri, dar este posibil să nu ofere date la un nivel de detaliu suficient pentru a oferi siguranță. Factorul important în aceste aplicații este că un lot individual este menținut peste sau sub anumite temperaturi critice pentru a fi declarat sigur pentru consum.
Deși este posibil să se utilizeze un modul senzorial care menține un contact regulat cu serverele cloud printr-un gateway montat în camion, acest lucru necesită ca întreaga flotă să fie compatibilă cu acel modul și cu o rețea principală. Totuși, cel mai important aspect este accesarea datelor pentru transport atunci când flota ajunge într-un punct de referință major, unde este necesar transferul către un alt serviciu de livrare sau predarea către clientul final. În aceste puncte, datele de mediu ale lotului pot fi citite folosind cititoare dedicate. Așadar, implementarea unor soluții bazate pe etichete NFC este foarte potrivită în cazul transportului alimentelor, precum și în alte cazuri de utilizare similare. Diferiții senzori înregistrează date la intervale regulate sau la depășirea pragurilor; baza de date pentru fiecare călătorie este apoi descărcată atunci când eticheta este trecută printr-un gateway RF sau când este scanată de un cititor portabil.
În alte cazuri, senzorii de detecție ai parametrilor de mediu pot fi plasați în depozite sau fabrici. Deși poate părea avantajos pentru acești senzori să utilizeze o conexiune RF permanentă prin Bluetooth sau Zigbee, conexiunile wireless permanente pot fi nepractice din cauza interferențelor cu semnalele altor echipamente sau a constrângerilor privind alimentarea cu energie din acele locuri. Dacă, pe lângă preluarea datelor, echipamentele sau camerele de stocare ale depozitului necesită verificări vizuale, utilizarea NFC pentru a accesa baza de date internă poate reprezenta o soluție mai adecvată.
Dispozitive precum NHS3100 de la NXP oferă suport pentru detecție, atât pentru soluții fixe, cât și mobile, cu transmisie de date NFC.
Dispozitivul exemplificat este un circuit integrat optimizat pentru monitorizarea și înregistrarea temperaturii și include o interfață NFC. Acesta are propriul său circuit de detecție a temperaturii interne și, acolo unde este necesară o alimentare independentă, se poate conecta la o baterie.
Datorită unor astfel de dispozitive, NFC poate completa zonele IoT în care conectivitatea constantă este nepractică sau nedorită și poate ajuta la dezvoltarea de aplicații senzoriale care nu pot utiliza surse de alimentare interne.
Autor: Ross Murgatroyd, Senior Global Product Manager, Farnell
Farnell
https://ro.farnell.com
