Con la diffusione delle soluzioni di connettività wireless e la proliferazione di smartphone con tali soluzioni di connettività, la tecnologia NFC (Near Field Communication) viene continuamente apprezzata per il suo utilizzo innovativo.
Le applicazioni nei settori automobilistico, medico, salute e fitness, dispositivi indossabili, IoT, elettronica di consumo e spazio industriale continuano a integrare NFC. In base a una stima, entro il 2018 la fornitura di IC NFC arriverà a un miliardo di unità.
NFC presenta diverse caratteristiche uniche che la rendono interessante per l'utilizzo anche in contesti nuovi ed innovativi, apportando grande facilità di utilizzo nelle varie applicazioni in cui viene integrata. Attualmente esistono più di 500 milioni di dispositivi abilitati per NFC che supportano un numero elevato di applicazioni di vario genere e l'infrastruttura continua a espandersi diventando sempre più robusta grazie all'aggiunta di apparecchiature e prodotti di nuova generazione.
Cos’è NFC?
NFC è una tecnologia di comunicazione wireless, bidirezionale, a breve distanza, sviluppata dai precedenti standard di scheda senza contatto RFID (Radio Frequency Identification) HF (High Frequency). NFC aggiunge ulteriori modalità operative agli standard RFID esistenti. Opera alla frequenza di 13,56 MHz e fornisce un intervallo di lettura di pochi centimetri che forniscono una zona di lettura dedicata e sicurezza intrinseca per le applicazioni in cui viene utilizzata. ISO14443A/B e ISO15693 sono alcuni dei principali protocolli di comunicazione dati per NFC. Nell'NFC Forum, un'organizzazione di settore per la tecnologia NFC, vengono specificate le tre modalità operative per i dispositivi NFC:
-
Peer-to-peer: fornisce una modalità di comunicazione tra due dispositivi in cui entrambi i dispositivi sono in grado di avviare la comunicazione quando richiesto.
-
Lettore/scrittore: in questa modalità, un dispositivo NFC è in grado di leggere e scrivere dati in tag NFC/RFID e smartcard senza contatto.
-
Emulazione scheda: in questa modalità, un dispositivo NFC si comporta come un tag o una smartcard senza contatto.
In base alle modalità operative supportate, per gli IC NFC viene in genere utilizzata la classificazione seguente:
-
Tag o transponder: dispositivi che archiviano i dati. I tag possono essere attivi o passivi a seconda che siano alimentati o meno. Possono essere classificati anche come statici o dinamici in base alla modalità di aggiornamento dei dati archiviati: aggiornati in una volta in modo programmato oppure dinamicamente. I tag dinamici a interfaccia doppia consentono a un controller host (collegato su SPI o I2C) di aggiornare i dati nella memoria dei tag che può quindi essere letta tramite l'interfaccia NFC.
-
Lettore/scrittore: dispositivi che leggono o scrivono nei tag via etere tramite l'interfaccia NFC. Il dispositivo lettore/scrittore avvia la comunicazione RF con il tag e genera il campo elettromagnetico che il carico del tag modula con i dati.
-
Dispositivi NFC: IC ricetrasmettitori che supportano tutte le tre modalità operative: lettore/scrittore, peer-to-peer ed emulazione scheda come specificato nell'NFC Forum.
NFC può aggiungere comodità e facilità d'uso in molte applicazioni dell'elettronica di consumo, mediche, di salute e fitness e IoT. Sebbene l'ambito della tecnologia NFC non sia limitato alle applicazioni industriali, lo scopo principale di questo articolo è identificare alcuni casi di utilizzo di questa tecnologia nel segmento industriale.
Abilitazione di una vasta gamma di applicazioni industriali
Le applicazioni nel segmento industriale possono trarre enormi vantaggi dalle caratteristiche chiave di NFC: connettività wireless, basso consumo energetico, capacità di funzionamento passivo (senza batteria) e sicurezza. In base a una stima di settore, entro il 2018 la fornitura di IC NFC in questo segmento supererà i 200 milioni di unità.
Abbinamento dei nodi al gateway: in un ambiente industriale connesso, sono presenti molti dispositivi (nodi) connessi gli uni agli altri tramite un gateway centrale su Bluetooth®, Wi-Fi, 802.15.4, Zigbee e così via. NFC può consentire l'abbinamento sicuro e pratico di questi dispositivi tramite un semplice tocco. Un tag NFC integrato in un nodo può passare le impostazioni di configurazione a un lettore su uno smartphone o un gateway consentendone il facile abbinamento. Visto l'aumento del numero di nodi in un sistema, la complessità del relativo abbinamento può essere semplificata utilizzando NFC.
Interfaccia del servizio: i dispositivi NFC possono fungere da condotto bidirezionale per i dati in entrata e in uscita dell'apparecchiatura industriale. Un transponder dinamico a doppia interfaccia può ricevere i dati da un dispositivo abilitato per NFC (ad esempio, smartphone, tablet) e passarli in modalità wireless a un controller host integrato su I2C/SPI o altra interfaccia digitale. Questa implementazione può essere utilizzata per gli aggiornamenti del firmware, la manutenzione, il recupero dei dati di diagnostica con l'eliminazione di cavi e schermi di terminali dedicati sull'apparecchiatura, con conseguente riduzione dei costi.
Controllo dell'accesso: utilizzando la caratteristica di connettività sicura basata sulla stretta vicinanza, i tag NFC/RFID e i dispositivi lettore/scrittore possono essere utilizzati per il controllo dell'accesso. I dispositivi lettori NFC possono essere integrati in apparecchiature o aree specifiche di uno stabilimento per controllare e registrare l'accesso del personale autorizzato che può utilizzare le proprie schede RFID o i telefoni abilitati per NFC per effettuare l'accesso.
Autenticazione dei prodotti e monitoraggio delle risorse: i tag NFC possono essere integrati nelle apparecchiature per evitare contraffazioni e anche per monitorare le risorse. I dati memorizzati nel tag NFC possono essere cifrati utilizzando l'identificativo univoco (UID) del tag.
Sensori wireless: i tag NFC possono abilitare applicazioni di sensori wireless, in cui l'interfaccia NFC può essere utilizzata non solo per trasferire i dati ma anche per alimentare i sensori con l'energia proveniente dal campo RF del lettore. Un'applicazione di questo tipo sono i nodi di sensori incapsulati in vetro e sigillati ermeticamente (impermeabili all'aria). L'incapsulamento consente il funzionamento in condizioni operative gravose mentre NFC fornisce la connettività wireless e il funzionamento passivo (senza batteria). Anche in caso di nodi alimentati a batteria, è desiderabile una lunga durata e la caratteristica di basso consumo energetico di NFC può essere utile.
Reti di sensori remoti: quando combinata con Bluetooth® o Wi-Fi, NCF può essere utilizzata per creare reti di sensori remoti in cui i nodi possono essere facilmente combinati/forniti all'interno della rete tramite NFC per consentire la connessione con un semplice tocco. Inoltre, l'interfaccia NFC può essere utilizzata per accedere ai dati da singoli nodi tramite un dispositivo lettore NFC, ad esempio uno smartphone.
Considerazioni degli sviluppatori sulla progettazione
I dubbi principali degli sviluppatori su applicazioni di questo tipo riguardano il consumo energetico, la disponibilità di memoria non volatile per l'archiviazione dati e il costo per la realizzazione di più caratteristiche di abilitazione di tali applicazioni. Altri fattori importanti sono l'intervallo di lettura, l'onere dello sviluppo, i costi di implementazione e la sicurezza della comunicazione dati.
Portafoglio NFC di Texas Instruments
Texas Instruments dispone di un ampio portafoglio NFC che include dispositivi di tutte le tre categorie. Comprende IC transponder NFC passivi (Tag-itTM) e dinamici a interfaccia doppia (RF430CL330H), IC transponder di sensori NFC altamente integrati (RF430FRL152H), IC lettori/scrittori NFC (TRF7960A) e IC ricetrasmettitori per dispositivi NFC (TRF7970A).
I prodotti NFC di TI forniscono ottime prestazioni RF a bassissimo consumo energetico. I dispositivi transponder e ricetrasmettitori NFC dispongono di diverse modalità a basso consumo energetico per ridurre al minimo il consumo durante la modalità attiva e in standby e per prolungare la durata della batteria. La funzione di rilevamento della modalità RF su questi dispositivi consente agli sviluppatori di creare progetti che rimangono in stato di basso consumo energetico fino a quando non viene rilevato un campo RF.
TRF7970A è un ricetrasmettitore NFC multifunzionale che supporta tutte le tre modalità operative NFC: peer-to-peer, emulazione scheda e lettore/scrittore. Si tratta di un dispositivo NFC a più protocolli (ISO14443A/B, ISO15693) e altamente integrato, progettato per ottenere bassissimo consumo energetico e supportato dalla libreria firmware NFCLink che consente facilità di portabilità delle funzioni NCI in una vasta gamma di processori host integrati.
Il transponder per sensori NFC RF430FRL152H lanciato recentemente include la memoria FRAM (non volatile) per l'archiviazione dati e fornisce una soluzione altamente integrata con un MCU programmabile per applicazioni di sensori che richiedono la connettività NFC (ISO15693). È stato progettato per fornire una soluzione a singolo chip di facile utilizzo che riduce il costo di BOM e l'impegno di sviluppo per i sviluppatori.
TI fornisce risorse importanti per consentire agli sviluppatori di iniziare i loro progetti. TI Designs è una libreria di progetti di riferimento che consente agli utenti di iniziare i loro progetti utilizzando risorse che TI ha già reso disponibili.