近距離通信(NFC)は、双方向通信のために短距離で機能する無線通信技術です。 Nfcタグの使用は、医療、消費者、小売、産業、自動車、およびスマートグリッド市場を含むいくつかの市場で成長しています。 NFCは、無線周波数識別(RFID)技術の一種です。

二つのNFC対応デバイスが互いに非常に近接している場合、約4cm以下では、電波を使用して相互に通信することができます。 NFCを使用して通信する2つのデバイスのうち、少なくともそれらのうちの1つはアクティブなデバイス(電源)でなければなりません。 多くの場合、これはスマートフォン、タブレット、セキュリティパッド、または決済端末になります。 他のデバイスは、アクティブまたはパッシブ(電源なし)のいずれかにすることができます。 NFCを使用すると、2つのデバイスを10分の1秒以内に設定できます。

NFCは、ピアツーピア、読み取り/書き込みモード、カードエミュレーションの三つの通信モードをサポートしています。

ピアツーピア(P2P)モード

アクティブなピアツーピア(P2P)モードでは、二つのアクティブなデバイスがそれらの間に無線通信チャネルを作成します。 アクティブデバイスは、外部電源を備え、アクティブデバイスからの電磁場でパッシブデバイスに電力を供給することができます。 Nfc受動デバイスは、受動NFCデバイスが単純なタグになる可能性があるため、多くの用途で使用されています。

NFCデバイスは電波を介して相互に通信します。 アクティブなNFCデバイスは、最初に有効にする必要があります(オンにする必要があります)。 NFC用の電波は、アンテナを使用して生成されます。 NFCは、nfcデバイス間の誘導結合を使用して、電磁界の特性を利用することによって動作します。 それは13で動作します。56MHzの周波数で、RFスペクトル上のHFのライセンスフリーのセクションです。 (比較として、Wi-Fiは一般的に2.4GHzと5GHzで動作します)。

アクティブなP2P通信の例として、スマートフォンはバッテリーやケースにアンテナを持っている可能性があります。 2台のスマートフォンをアクティブなデバイスとして使用し、交互に電波を発生させることで情報を共有することができます。 一方のアクティブなNFCデバイスが信号を送信している間、もう一方のデバイスはリッスンします。 アクティブP2Pモードでは、両方のデバイスが13.56MHzの搬送波周波数で交互に電波を生成します。 これは、人々が例えば、Bluetooth対NFCを介して互いに情報やファイルを共有する方法です。

パッシブP2Pモードもあります。 受動NFCタグは、誘導結合によって生成されるわずかな電流を利用するため、電源を必要としません。 NFCは小売りの札、ステッカー、またはカードに合う密集したアンテナパターンを使用する。

NFCタグ
図1:近距離通信パッシブモード動作は、デバイスの誘導結合を利用して、パッシブデバイスで動作するのに十分な電流を生成します。 (画像:st.com、TN216)

モード:リーダー/ライター

第二のモードは、リーダー/ライターモードです。

一例として、他のNFCデバイス(スマートフォンなど)を使用してNFCタグからデータにアクセスする場合があります。 リーダー/ライターモードでは、スマートフォンやタブレットのようなアクティブなデバイスは、NFCタグ上のデータを読み書きします。 アクティブデバイスは、13.56MHzの搬送波周波数を使用して電波を生成することにより、NFCタグからデータを読み取ることができます。

アクティブデバイスからの波は、パッシブNFCタグのアンテナと相互作用します。 NFCの札は活動的な装置によってなされる時変電磁場からのエネルギーを”収穫する”。 これにより、NFCタグがそれを整流し、nfcタグ内のチップに電力を供給するのに十分な電圧が生成されます。 チップは小さく、クロック、整流回路、いくつかのメモリとシンプルなコントローラを持っています。

チップに電力が供給されると、タグは負荷変調と呼ばれる技術を使用してアクティブデバイスに応答し、データはアクティブデバイスに送信されます。

カードエミュレーションモード

カードエミュレーションは第三のモードであり、リーダー/ライターモードと非常によく似ています。 一般的なユースケースは、スマートフォンを使用してモバイル決済を行う場合です。 この場合、スマートフォンは、決済端末の利益のために受動的なスマートカードとして機能する。 スマートフォンは電波を発生させませんが、要求されたデータで決済端末に応答します。

スマートフォンを使ったDIY NFC

NFC規格は、既存の無線通信規格から派生しており、NFC-A、NFC-B、NFC-F、NFC-Vとして知られていますが、NFCの使用を開始するために標準を読む必要はありません。 たとえば、nfcツールと呼ばれるアプリを使用して、スマートフォンのNFC機能を試すことができます。 NFCツールを使用すると、nfcタグまたはRFID互換チップの読み取り、書き込み、およびプログラムタスクを実行できます。

スマートフォン用NFCツールアプリでは、NFCタグ上のタスクをプログラムして、反復的なアクションを自動化できます。 Google PlayストアのNFCツールの説明によると、”たとえば、寝る前にNFCタグの前に携帯電話を持つ簡単な動きがあり、WiFiがオフになり、携帯電話は沈黙に切り替わり、”NFCツールの説明は、NTAGなどの(タグ上のチップによって区別)を購入することができますいくつかの互換性のあるNFCタグを識別します203, 210, 212, 213, 215, 216; トパーズ512(BCM512)、超軽量および超軽量C、MIFARE Classic1kおよび4k、およびFeliCa。

MCUをアクティブなNFCデバイスとして使用する場合は、さまざまなArduino Mcu用のAdafruit PN532NFC/RFIDコントローラシールドを持つAdafruitのような企業から、Arduino NFCシールドを既製のモジュー Seeed StudioのNFCシールドとGrove RFIDトランスポンダツールは、Arduino Mcuを使用したNFCのオプションでもあります。

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