Near Field Communication vor Bewährungsprobe
Renaissance für NFC
Schon zehn Jahre alt ist der NFC-Standard (Near Field Communication). Damals überschlugen sich die Ideen, was er aus Handys alle machen könnte – sie reichten vom Schlüssel über die Geldbörse bis zum Ausweis. Bislang ist nicht überragend viel passiert, doch jetzt soll dies anders werden, u.a. können die Olympischen Spiele 2012 in London dies auch zeigen.
Apple stattet die iPhones mit NFC aus und Google baut NFC in das „Nexus S" ein. Als Referenz-Handy für alle Entwickler, die Android-Programme schreiben, bringt dies NFC einen gewaltigen Schub. So gehen die Analysten von Juniper Research davon aus, dass 2012 jedes fünfte Mobiltelefon ein NFC-ausgerüstetes Gerät ist, NXP selbst hatte für 2011 rund 70 Millionen NFC-Handys prognostiziert.
Grundfunktionen von NFC
NFC ist ein Übertragungsstandard für den kontaktlosen Datenaustausch über einige Zentimeter. Er arbeitet überwiegend bei 13,56 MHz, die maximale Datenübertragungsrate liegt bei 424 kbit/s. Die NFC-Technik ist durch ISO 14443, 18092, 21481 ECMA 340, 352, 356, 362 beziehungsweise ETSI TS 102 190 genormt. Es stehen drei Modi zur Verfügung, die nach Anforderungen der Applikation gewählt werden können: Im Reader/Writer Modus fungiert das mit NFC-Chip ausgestattete Gerät, z.B. das Handy, als reines RFID-Lese-/Schreibgerät. Es liest oder beschreibt passive Transponder, die der ISO 18000-3 Mod1, ISO 14443A/B/C bzw. ISO 15693 entsprechen. Dieser Modus kommt zum Einsatz, um Informationen auszulesen, die in einem Tag hinterlegt sind.
Im Card-Emulation-Modus wird das NFC-Gerät als Transponder erkannt. Durch die Aufnahme und automatische Beantwortung von Signalen kann etwa ein Handy damit zum Öffnen des Autos, als Zutrittskarte, zum Bezahlen im Supermarkt oder beim Ticketkauf in Bussen oder Bahnen genutzt werden.
Kommunizieren zwei NFC-Geräte aktiv miteinander, spricht man vom Peer-to-Peer-Modus. Durch einfaches Aneinanderhalten zweier Geräte können Nutzer ohne jeden weiteren Klick Kontakte, Links, Bilder oder Musikdateien austauschen. Sogar das gemeinsame Spielen von Games auf Mobilgeräten ist damit möglich. Ein solches „Pairing" lässt sich mit zwei bluetooth-fähigen Geräten zwar einfacher, schneller und stromsparender durchführen, eine NFC-basierte Verbindung ist jedoch deutlich sicherer und günstiger.
NFC-Bausteine
STMicroelectronics bietet zwei interessante NFC-Komponenten: Das Tranceiver- IC CR95HF verfügt über eine SPI- und UART-Schnittstelle, es unterstützt lediglich den Reader/Writer-Modus. Die Datenrate variiert je nach ISO/IEC-Standard. So kann bei ISO 14443 A und B eine maximale Bruttodatenrate von 424 kbit/s erreicht werden, auch bei ISO 18092 sind 424 kbit/s möglich, bei ISO 15693 gerade einmal 52 kbit/s. Allerdings ist die Lesereichweite bei ISO 15693 am höchsten. Damit eignet sich dieser Transceiver-Baustein ideal für Anwendungen wie Zugangskontrollen und Zeiterfassungssysteme.
Die System-on-Chip-Komponente (SoC) ST21NFCA von ST enthält die gesamte Hard- und Software für ein NFC-System und unterstützt alle drei Modi. Neben den Standards, die auch der CR95HF unterstützt, ergänzen ECMA340 (NFCIP-1) und FeliCaTM den NFC-Mikrocontroller. Um den Baustein mit einem Host-Prozessor zu verbinden, stehen eine I²C- sowie eine SPI-Schnittstelle zur Verfügung. Die Single-Wire-Protocol-Schnittstelle (SWP) dient der Verbindung mit einer Universal Integrated Circuit Card (UICC).
Das SoC ermöglicht beispielsweise, durch Parametereinstellungen Füllmengen zu regulieren oder Temperatur und Mischungsverhältnis bei Industrie-Kaffeeautomaten einzustellen, Firmware-Updates von Fernsehern aufzuspielen, Geräte zu kalibrieren oder POS-Terminals durch eine Produktaktivierung vor Missbrauch zu schützen. Alle diese Anwendungen lassen sich neben einem RFID-Lesegerät bzw. einem NFC-Gerät in Kombination mit dem Dual Interface EEPROM abdecken.
Das Transponder-IC verfügt neben dem passiven HF-Interface gemäß ISO 15693 über eine herkömmliche I²C-Schnittstelle für die Kommunikation mit einem Controller. Die Speicherkapazität liegt bei 64 kbit, hinzu kommt eine Unique ID mit 64 bit. Für die Sicherheit bietet der Baustein einen 32-bit-Passwortschutz an.
Mit einem Mikrocontroller, einer CR2032-Batterie und einem Sensor (z.B. Temperatursensor), lässt sich der ST21NFCA ideal als Datenlogger verwenden. Dabei liest der Controller die Temperaturdaten des Sensors aus und schreibt sie über die I²C-Schnittstelle in den Speicher des Dual Interface EEPROMs (Bild 2).
Ein RFID-Reader kann diese auf Wunsch auslesen. Diese passive Datenübertragung hat den Vorteil, dass die Daten nicht wie sonst üblich nur ausgelesen werden können, wenn am Speicher eine Stromversorgung anliegt, sondern auch, wenn der Datenlogger ausgeschaltet ist bzw. keine Versorgungsspannung anliegt. Die RFID-Antenne kann direkt auf der Leiterplatte platziert werden. Falls hier nicht genügend Platz zur Verfügung steht, lässt sich die Antenne durch eine Induktivität realisieren.
Neben einem Programm zur Dimensionierung der Antenne stellt STMicroelectronics auch Application Notes für das Antennendesign zur Verfügung. Mit einem solchen Aufbau lässt sich etwa der Temperaturverlauf beim Transport von Blutkonserven oder Lebensmitteln aufzeichnen. Werden andere Sensoren angeschlossen, können auch physikalische Größen wie Druck oder Vibrationen gemessen und aufgezeichnet werden.
- Renaissance für NFC
- Anwendungen morgen …
Lesen Sie mehr zum Thema
