Near Field Communication (NFC) è una tecnologia di comunicazione wireless che agisce su brevi distanze per la comunicazione bidirezionale. L’uso dei tag NFC è in crescita in diversi mercati, tra cui i mercati medicale, consumer, retail, industriale, automobilistico e smart grid. NFC è un tipo di tecnologia di identificazione a radiofrequenza (RFID).

Quando due dispositivi abilitati NFC sono molto vicini tra loro, circa 4 cm o meno, possono comunicare tra loro utilizzando le onde radio. Dei due dispositivi che comunicano utilizzando NFC, almeno di loro deve essere un dispositivo attivo (alimentato). In molti casi, questo sarebbe uno smartphone, tablet, pad di sicurezza, o un terminale di pagamento. L’altro dispositivo può essere attivo o passivo (non alimentato). Utilizzando NFC, due dispositivi possono essere impostati in meno di un decimo di secondo.

NFC supporta tre modalità di comunicazione: peer-to-peer, modalità di lettura / scrittura e emulazione della carta.

Modalità peer-to-Peer (P2P)

In modalità peer-to-peer (P2P) attiva, due dispositivi attivi creano un canale di comunicazione wireless tra di loro. Il dispositivo attivo, con un alimentatore esterno, può alimentare il dispositivo passivo con il campo elettromagnetico proveniente dal dispositivo attivo. I dispositivi passivi NFC sono utilizzati in molte applicazioni perché il dispositivo NFC passivo può essere un semplice tag.

I dispositivi NFC comunicano tra loro tramite onde radio. Il dispositivo NFC attivo deve essere abilitato (acceso) prima. Le onde radio per NFC vengono generate utilizzando un’antenna. NFC funziona sfruttando le proprietà dei campi elettromagnetici, utilizzando l’accoppiamento induttivo tra dispositivi NFC. Opera al 13.56 MHz di frequenza, che è una sezione senza licenza di HF sullo spettro RF. (A titolo di confronto, Wi-Fi funziona comunemente a 2,4 e 5 GHz).

Come esempio di comunicazione P2P attiva, uno smartphone potrebbe avere un’antenna sulla batteria o sulla custodia. Le persone possono condividere informazioni utilizzando due smartphone come dispositivi attivi, con gli smartphone che generano alternativamente onde radio. Mentre un dispositivo NFC attivo invia segnali, l’altro ascolta. Nella modalità P2P attiva, entrambi i dispositivi generano l’onda radio alternativamente a una frequenza portante di 13,56 MHz. Questo è il modo in cui le persone possono condividere informazioni e file tra loro attraverso NFC contro Bluetooth, per esempio.

C’è anche una modalità P2P passiva. I tag NFC passivi non necessitano di alimentazione perché sfruttano la leggera corrente generata dall’accoppiamento induttivo. NFC utilizza un modello di antenna compatto che si adatta a un tag, un adesivo o una scheda di vendita al dettaglio.

Tag NFC
Figura 1: Near Field Communication modalità passiva di funzionamento sfrutta l’accoppiamento induttivo dei dispositivi per generare abbastanza corrente nel dispositivo passivo per funzionare. (Immagine: st.com, TN216)

Modalità: Reader / Writer

La seconda modalità è la modalità reader / writer.

Un esempio è quando si accede ai dati dal tag NFC utilizzando un altro dispositivo NFC (ad esempio, uno smartphone). In modalità reader / writer, un dispositivo attivo come uno smartphone o un tablet legge o scrive i dati sul tag NFC. Un dispositivo attivo può leggere i dati da un tag NFC generando un’onda radio utilizzando la frequenza portante 13.56 MHz.

Le onde del dispositivo attivo interagiscono con l’antenna del tag NFC passivo. Il tag NFC “raccoglie” l’energia dal campo elettromagnetico variabile nel tempo prodotto dal dispositivo attivo. Questo crea abbastanza tensione per il tag NFC per rettificarlo e accendere il chip all’interno del tag NFC. Il chip è piccolo e ha un orologio, circuito raddrizzatore, un po ‘ di memoria e un semplice controller.

Una volta che il chip è alimentato, il tag può rispondere al dispositivo attivo utilizzando una tecnica chiamata modulazione del carico e i dati vengono inviati al dispositivo attivo.

Modalità di emulazione della carta

Emulazione della carta è la terza modalità, che è molto simile alla modalità lettore/scrittore. Un caso d’uso comune è quando gli smartphone vengono utilizzati per effettuare pagamenti mobili. In questo caso, uno smartphone funge da smart card passiva a beneficio di un terminale di pagamento. Lo smartphone non genera onde radio ma risponde al terminale di pagamento con i dati richiesti.

NFC fai da te utilizzando lo smartphone

Gli standard NFC derivano dagli standard di comunicazione radio esistenti e sono noti come NFC-A, NFC-B, NFC-F e NFC-V. Tuttavia, non è necessario leggere uno standard per iniziare a utilizzare NFC, poiché gran parte di esso è già impostato per te in uno smartphone. Ad esempio, puoi sperimentare le funzionalità NFC dello smartphone utilizzando un’app chiamata NFC Tools. NFC Tools consente di leggere, scrivere e programmare attività su tag NFC o chip compatibili con RFID.

L’app NFC Tools per smartphone consente di programmare le attività su un tag NFC per automatizzare le azioni ripetitive. Secondo la descrizione di NFC Tools sul Google Play Store ,” Ad esempio, un semplice movimento con il telefono davanti al tag NFC prima di andare a dormire e il WiFi si spegne, il telefono passerà al silenzio e la sveglia verrà impostata per la mattina successiva, da sola.”La descrizione di NFC Tools identifica diversi tag NFC compatibili che è possibile acquistare (differenziati dal chip sui tag) come NTAG 203, 210, 212, 213, 215, 216; Topaz 512 (BCM512), Ultralight e Ultralight C; MIFARE Classic 1k e 4k; e FeliCa.

Per quanto riguarda l’utilizzo di un MCU come un dispositivo NFC attivo, è possibile ottenere Arduino NFC shields come una soluzione di modulo ready-made da aziende come Adafruit, che ha il Adafruit PN532 NFC/RFID controller shield per vari Arduino MCU. Gli strumenti NFC shield e Grove RFID transponder di Seeed Studio sono anche un’opzione per NFC con MCU Arduino.

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