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NFC技術——1、初始NFC

技術人員寫東西的特點就是:上來直接怼幹貨。

NFC技術——1、初始NFC

這篇分享分為兩個部分:

第一部分是RFID的介紹,包括組成、原理、分段劃分三個部分。

第二部分是NFC的介紹,包括協定、标簽、讀卡器三個部分。

1 RFID簡介

1.1 RFID系統的組成

射頻識别(RFID)是 Radio Frequency Identification 的縮寫。其原理為閱讀器與标簽之間進行非接觸式的資料通信,達到識别目标的目的。在這裡我給大家舉4個例子:

第一個是小區或者校園的門禁系統,大家可能比較熟悉了,在進入小區或者是校園之前,需要用手中的校園卡或者是門禁卡刷一下,識别成功後,門就會自動打開。這個應用的要素是要有門禁卡和門禁系統。

第二個是汽車的無鑰匙進入系統,當駕駛員身裝鑰匙進入到汽車的識别範圍之内,汽車門把手一拉就打開了,當然,有的汽車為了更加安全,還增加了指紋識别。兩個同時具備時,車門才會被打開。這個應用的要點是要有車鑰匙和讀取車鑰匙資訊的系統。

第三個是智能倉儲系統,現在很多企業都開始了智能倉儲的建設。他智能在儲存在倉庫的每個貨物上面都有一個RFID标簽,倉庫内有天線。倉庫管理者能清楚的知道每種貨物存放的位置及數量。這樣就可以實作很多功能了,比如設定貨物的最小儲存值,當貨物低于儲存值,系統會自動下單采購,同時還可以節省掉年終盤點庫存的工作。這個應用的要點是要有帶有RFID的标簽和讀取裝置。

第四個是超市的智能超市系統,原理和智能倉儲是一樣的。就不再詳細說這個了。

以上隻說了4種應用場景,如果您想是上網查查,還能查出至少十幾種應用場景。歸根結底其實射頻識别的兩大應用場景就是:身份識别、物品供應鍊運輸鍊管理。嚴格的說物品供應鍊管理也屬于身份識别。

1.2 RFID工作原理

舉了這麼多例子,大家可能也就總結出來了,一個RFID系統的組成,至少需要2部分,大多數應用需要3部分。PCD也叫VCD,是讀卡裝置,PICC(VICC)是标簽或者是卡片。電腦是非必需品,例如學校食堂的扣費系統,如果是中心資料庫的形式,也就是說所有的飯卡金額資訊在伺服器上存着,飯卡上儲存的隻是卡号,那就需要電腦。讀卡器獲得卡号以後,把卡号傳到伺服器上,進行下一步操作。如果系統不是中心資料庫系統,那飯卡上儲存的就是金額資料,刷卡時,讀卡器隻是執行了減法運算。這種就是網上說的破解飯卡的組合方式。破解掉密碼後,自己随意更改卡片内部金額資訊。

RFID的工作原理就一句話:電子标簽與閱讀器之間通過耦合元件實作射頻信号的空間(無接觸)耦合、在耦合通道内,根據時序關系,實作能量的傳遞、資料的交換。根據耦合方式可将工作原理分為兩種模型:

1、變壓器模型,通過空間高頻交變磁場實作耦合,依據的是電磁感應定 律。電感耦合方式一般适合于中、低頻工作的近距離射頻識别系統。2、雷達原理模型,發射出去的電磁波,碰到目标後反射,同時攜帶回目标資訊,依據的是電磁波的空間傳播規律。電磁反向散射耦合方式一般适合于高頻、微波工作的遠距離射頻識别系統。                                                      

1.3 RFID頻段劃分(這段文字來源于百度)

按照工作頻率的不同,RFID标簽可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波等不同種類。低頻(125KHz)、高頻(13.56MHz)、超高頻(850MHz~910MFz)。每一種頻率都有它的特點,被用在不同的領域,是以要正确使用就要先選擇合适的頻率。

低頻段射頻标簽,簡稱為低頻标簽,其工作頻率範圍為30kHz~300kHz。典型工作頻率有125KHz和133KHz。低頻标簽一般為無源标簽,其工作能量通過電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。低頻标簽與閱讀器之間傳送資料時,低頻标簽需位于閱讀器天線輻射的近場區内。低頻标簽的閱讀距離一般情況下小于1米。低頻标簽的典型應用有:動物識别、容器識别、工具識别、電子閉鎖防盜(帶有内置應答器的汽車鑰匙)等。

中高頻段射頻标簽的工作頻率一般為3MHz~30MHz。典型工作頻率為13.56MHz。該頻段的射頻标簽,因其工作原理與低頻标簽完全相同,即采用電感耦合方式工作,是以宜将其歸為低頻标簽類中。另一方面,根據無線電頻率的一般劃分,其工作頻段又稱為高頻,是以也常将其稱為高頻标簽。鑒于該頻段的射頻标簽可能是實際應用中最大量的一種射頻标簽,因而我們隻要将高、低了解成為一個相對的概念,即不會造成了解上的混亂。為了便于叙述,我們将其稱為中頻射頻标簽。中頻标簽一般也采用無源設主,其工作能量同低頻标簽一樣,也是通過電感(磁)耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。标簽與閱讀器進行資料交換時,标簽必須位于閱讀器天線輻射的近場區内。中頻标簽的閱讀距離一般情況下也小于1米。中頻标簽由于可友善地做成卡狀,廣泛應用于電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜(電子遙控門鎖控制器)、小區物業管理、大廈門禁系統等。

    超高頻與微波頻段的射頻标簽簡稱為微波射頻标簽,其典型工作頻率有433.92MHz、862(902)MHz~928MHz、2.45GHz、5.8GHz。微波射頻标簽可分為有源标簽與無源标簽兩類。工作時,射頻标簽位于閱讀器天線輻射場的遠區場内,标簽與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。閱讀器天線輻射場為無源标簽提供射頻能量,将有源标簽喚醒。相應的射頻識别系統閱讀距離一般大于1m,典型情況為4m~6m,最大可達10m以上。閱讀器天線一般均為定向天線,隻有在閱讀器天線定向波束範圍内的射頻标簽可被讀/寫。由于閱讀距離的增加,應用中有可能在閱讀區域中同時出現多個射頻标簽的情況,進而提出了多标簽同時讀取的需求。目前,先進的射頻識别系統均将多标簽識讀問題作為系統的一個重要特征。超高頻标簽主要用于鐵路車輛自動識别、集裝箱識别,還可用于公路車輛識别與自動收費系統中。

從頻段劃分可以看出來,NFC在頻段上,屬于RFID衆多頻段中的一個,他們是從屬關系。好了,RFID部分咱們了解了應用場景,系統組成,工作原理及頻段劃分四個部分,現在來說說NFC。

NFC技術——1、初始NFC

2  NFC介紹

NFC技術是一種新興技術,使用了NFC技術的裝置(例如行動電話)可以在彼此靠近的情況下進行資料交換,是由非接觸式射頻識别(RFID)及互連互通技術整合演變而來的,通過在單一晶片上內建感應式讀卡器、感應式卡片和點對點通信的功能。

近場通信(Near Field Communication,簡稱NFC),是一種新興的技術,使用了NFC技術的裝置(例如行動電話)可以在彼此靠近的情況下進行資料交換,是由非接觸式射頻識别(RFID)及互連互通技術整合演變而來的,通過在單一晶片上內建感應式讀卡器、感應式卡片和點對點通信的功能,利用移動終端實作移動支付、電子票務、門禁、移動身份識别、防僞等應用。

2.1常見協定

NFC技術是符合ISO18092、ISO21481标準,相容ISO14443、ISO15693等射頻标準。

ISO 14443和ISO 15693二者皆以13.56MHz交變信号為載波頻率:ISO15693讀寫距離較遠,當然這也與應用系統的天線形狀和發射功率有關;

ISO14443定義了TYPE A、TYPE B兩種類型協定。通信速率為106kbits/s,它們的不同主要在于載波的調制深度及位的編碼方式。下表為兩種協定的對比:

協定 距離 速度 最小工作場強
ISO14443A/B 快106kbits/s 1.5 A/m(Mifare)
ISO15693 慢26.69kbits/s 0.15 A/m(I*Code)

2.2 常見标簽類型及型号

NFC标簽分為5個類型

類型 說明
Type-1 符合ISO/IEC 14443A規範。它具有讀寫能力,可由使用者配置為隻讀模式。記憶體大小從93位元組到2千位元組,通信速度或資料速率為106千比特/秒。不支援防沖突機制。
Type-2 符合ISO/IEC 14443A規範。它具有讀寫能力,可由使用者配置為隻讀模式。記憶體大小從48位元組到2千位元組,通信速度或資料速率為106千比特/秒。支援防沖突機制。
Type-3 Type-3标簽符合ISO/IEC 18092和JIS X 6319-4标準,資料速率為212 kbit/s或424 kbit/s。支援防撞機制。
Type-4 Type-4标簽符合ISO/IEC 14443标準的A和B兩個版本Type-4标簽包含32千位元組的記憶體,支援106千比特/秒、212千比特/秒和424 kbit/s的資料速率,以及防撞機制。
Type-5 Type-5标簽(NFC- v)它依賴于ISO/IEC 15693标準,包含多達8千位元組的記憶體,支援26.48千比特/秒的資料速率和防撞機制。

市面上常見的NFC标簽如下表所示,各位同學在選取标簽時,一定要記得仔細檢視所選擇标簽的技術條件是否滿足應用要求。

廠家 ISO14443 ISO15693
ST ST25TA系列、ST25TB系列 ST25TV系列
NXP NTAG系列、MIFARE系列 ICODE系列
複旦微電子 FM11NTxx和FM12xx FM13HS02 

2.3 常見讀卡晶片分類

讀卡晶片可以從2個緯度來分類,一個是使用場景,一個是傳輸協定。常見的讀卡器晶片供應商有ST、NXP和複旦微電子,在選取讀卡器晶片式應當首先以應用場景為主,選擇能夠滿足要求的晶片,然後再根據喜用習慣和價格選擇合适的讀卡晶片。

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