Near Field Communication (NFC) ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die über kurze Entfernungen für die bidirektionale Kommunikation fungiert. Die Verwendung von NFC-Tags nimmt in mehreren Märkten zu, darunter in den Bereichen Medizin, Verbraucher, Einzelhandel, Industrie, Automobil und Smart Grid. NFC ist eine Art Radiofrequenz-Identifikationstechnologie (RFID).

Wenn sich zwei NFC-fähige Geräte sehr nahe beieinander befinden, etwa 4 cm oder weniger, können sie über die Funkwellen miteinander kommunizieren. Von den beiden Geräten, die über NFC kommunizieren, muss mindestens eines ein aktives Gerät (powered) sein. In vielen Fällen wäre dies ein Smartphone, Tablet, Sicherheitspad oder ein Zahlungsterminal. Das andere Gerät kann entweder aktiv oder passiv (ohne Stromversorgung) sein. Mit NFC können zwei Geräte in weniger als einer Zehntelsekunde eingerichtet werden.

NFC unterstützt drei modi der kommunikation: peer-to-peer, lesen/schreiben modus, und karte emulation.

Peer-to-Peer-Modus (P2P)

In einem aktiven Peer-to-Peer-Modus (P2P) stellen zwei aktive Geräte einen drahtlosen Kommunikationskanal zwischen ihnen her. Das aktive Gerät kann mit einer externen Stromversorgung das passive Gerät mit dem von dem aktiven Gerät kommenden elektromagnetischen Feld versorgen. Passive NFC-Geräte werden in vielen Anwendungen verwendet, da das passive NFC-Gerät ein einfaches Tag sein kann.

NFC-Geräte kommunizieren über Funkwellen miteinander. Das aktive NFC-Gerät muss zuerst aktiviert (eingeschaltet) werden. Die Funkwellen für NFC werden mit einer Antenne erzeugt. NFC nutzt die Eigenschaften elektromagnetischer Felder aus und nutzt die induktive Kopplung zwischen NFC-Geräten. Sie operiert am 13.56 MHz Frequenz, die ein lizenzfreier Abschnitt von HF im HF-Spektrum ist. (Zum Vergleich: Wi-Fi arbeitet üblicherweise mit 2,4 und 5 GHz).

Als Beispiel für eine aktive P2P-Kommunikation verfügt ein Smartphone möglicherweise über eine Antenne, die sich am Akku oder am Gehäuse befindet. Menschen können Informationen über zwei Smartphones als aktive Geräte austauschen, wobei die Smartphones abwechselnd Radiowellen erzeugen. Während ein aktives NFC-Gerät Signale sendet, hört das andere zu. Im aktiven P2P-Modus erzeugen beide Geräte die Funkwelle abwechselnd mit einer Trägerfrequenz von 13,56 MHz. Auf diese Weise können Menschen Informationen und Dateien beispielsweise über NFC im Vergleich zu Bluetooth miteinander teilen.

Es gibt auch einen passiven P2P-Modus. Passive NFC-Tags benötigen keine Stromversorgung, da sie den geringen Strom nutzen, der durch die induktive Kopplung erzeugt wird. NFC verwendet ein kompaktes Antennenmuster, das auf ein Einzelhandelsetikett, einen Aufkleber oder eine Karte passt.

NFC-Tags
Abbildung 1: Near Field Communication passive Betriebsart nutzt die induktive Kopplung der Geräte, um im passiven Gerät genügend Strom für den Betrieb zu erzeugen. (Bild: st.mit, TN216)

Modus: Reader / Writer

Der zweite Modus ist der Reader /Writer-Modus.

Ein Beispiel ist, wenn Sie mit einem anderen NFC-Gerät (z. B. einem Smartphone) auf Daten des NFC-Tags zugreifen. Im Reader /Writer-Modus liest oder schreibt ein aktives Gerät wie ein Smartphone oder Tablet die Daten auf dem NFC-Tag. Ein aktives Gerät kann Daten von einem NFC-Tag lesen, indem es eine Funkwelle mit der Trägerfrequenz von 13,56 MHz erzeugt.

Die Wellen des aktiven Geräts interagieren mit der Antenne des passiven NFC-Tags. Das NFC-Tag „erntet“ die Energie aus dem zeitlich variierenden elektromagnetischen Feld, das vom aktiven Gerät erzeugt wird. Dadurch wird genügend Spannung für das NFC-Tag erzeugt, um es zu korrigieren und den Chip im NFC-Tag mit Strom zu versorgen. Der Chip ist winzig und hat eine Uhr, Gleichrichterschaltung, etwas Speicher und einen einfachen Controller.

Sobald der Chip mit Strom versorgt ist, kann das Tag mit einer Technik namens Lastmodulation auf das aktive Gerät reagieren, und Daten werden an das aktive Gerät gesendet.

Karte Emulation Modus

Karte emulation ist die dritte modus, die ist sehr viel wie reader/writer modus. Ein häufiger Anwendungsfall ist, wenn Smartphones für mobile Zahlungen verwendet werden. In diesem Fall fungiert ein Smartphone als passive Smartcard zugunsten eines Zahlungsterminals. Das Smartphone erzeugt keine Funkwellen, sondern antwortet mit den angeforderten Daten auf das Zahlungsterminal.

DIY NFC mit Ihrem Smartphone

NFC-Standards werden von bestehenden Funkkommunikationsstandards abgeleitet und sind als NFC-A, NFC-B, NFC-F und NFC-V bekannt. Sie können beispielsweise mit den NFC-Funktionen Ihres Smartphones experimentieren, indem Sie eine App namens NFC Tools verwenden. Mit NFC Tools können Sie Aufgaben auf NFC-Tags oder anderen RFID-kompatiblen Chips lesen, schreiben und programmieren.

Mit der NFC Tools-App für Smartphones können Sie Aufgaben auf einem NFC-Tag programmieren, um sich wiederholende Aktionen zu automatisieren. Laut der Beschreibung von NFC Tools im Google Play Store „Zum Beispiel eine einfache Bewegung mit Ihrem Telefon vor Ihrem NFC-Tag vor dem Schlafengehen und das WLAN schaltet sich aus, das Telefon schaltet auf Stille und Ihr Alarm wird für den nächsten Morgen eingestellt, ganz von selbst.“ Die Beschreibung der NFC-Tools identifiziert mehrere kompatible NFC-Tags, die Sie kaufen können (differenziert nach dem Chip auf den Tags), z. B. NTAG 203, 210, 212, 213, 215, 216; Topaz 512 (BCM512), Ultralight und Ultralight C; MIFARE Classic 1k und 4k; und FeliCa.

Um eine MCU als aktives NFC-Gerät zu verwenden, können Sie Arduino NFC Shields als fertige Modullösung von Unternehmen wie Adafruit erhalten, die das Adafruit PN532 NFC / RFID Controller Shield für verschiedene Arduino MCUs haben. Die NFC-Shield- und Grove RFID-Transponder-Tools von Seeed Studio sind auch eine Option für NFC mit Arduino-MCUs.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.