【導讀】近距離射頻通訊技術(shù)NFC未來(lái)充滿(mǎn)著(zhù)無(wú)限可能?，F如今，安卓操作系統的智能手機和平板電腦已經(jīng)開(kāi)始應用NFC，在通訊領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始普及。醫療方面，微型NFC血糖傳感器將植入糖尿病患者皮下，手機或平板電腦靠近傳感器植入方位即可獲取患者血糖值，并且定時(shí)提醒患者定期檢測。未來(lái)的很多領(lǐng)域都將存在NFC的影子。
NFC傳感器非常適合這類(lèi)應用，主要是由于以下原因：
1、無(wú)需外部電源，因為傳感器接口能借用NFC閱讀器射頻發(fā)射的電量。
2、快速且便利，因為傳感器可以實(shí)時(shí)自動(dòng)與主機設備配對。
3、尺寸較小。
4、價(jià)格低廉。
由于具備以上優(yōu)勢，這種新型NFC傳感器除了可以發(fā)展可植入式血糖機，其實(shí)還可以廣泛運用于許多其他領(lǐng)域。
NFC傳感器架構
NFC傳感器是一種RFID標簽，結合可調節和傳感器輸入信號數字化的傳感器接口。NFC傳感器不僅和其他RFID標簽一樣有可供查驗物品來(lái)源的獨特程序識別碼，還能檢測物品所在的環(huán)境條件(圖1)，或是生理學(xué)數據。
圖1：NFC傳感器可用于監測物品的保存狀態(tài)并查看程序識別碼
將傳感器所收集的數據傳輸到標簽并不會(huì )改變基本的通訊方法：當一臺RFID閱讀器或一臺搭載NFC專(zhuān)用應用程序的智能手機接近標簽時(shí)，就可讀取程序識別碼和傳感器數據。
還有其他建立無(wú)線(xiàn)傳感的方法，例如將傳感器附加在物品上、由微控制器和射頻收發(fā)器與傳感器建立連接，或是在智能傳感器和閱讀器之間建立無(wú)線(xiàn)通信。
NFC傳感器可以簡(jiǎn)化系統設計，也可以實(shí)現更靈活的電源管理方法。事實(shí)上，對于相對低數據傳輸率和短程應用而言，NFC是非常吸引人的技術(shù)：
1、NFC在兩臺設備之間的互動(dòng)直觀(guān)而簡(jiǎn)單，只要短暫接觸即可。
2、不到一秒就可以建立NFC連接，而其他系統則需要更長(cháng)時(shí)間。
3、NFC功率需求低，而且支持非常長(cháng)的電池壽命，支持無(wú)電池工作。
4、NFC應用的系統成本較低，因為其中包含了比ZigBee、Bluetooth Low Energy等其他無(wú)線(xiàn)傳感更簡(jiǎn)單的技術(shù)。
5、由于NFC通過(guò)近場(chǎng)耦合(near-field coupling)運作，因此不會(huì )有數據遭竊取或信號被干擾的情形。
6、NFC系統可依附于現有的基礎設施，只需要一臺搭載專(zhuān)用應用程序的主機設備就可運作。
在無(wú)電池的完全被動(dòng)模式下，NFC傳感器可以從閱讀器的射頻采集電量，再供電給傳感器接口和射頻傳輸。在有電池輔助的半被動(dòng)模式下，NFC傳感器則可在需要長(cháng)期自主監測的應用下單獨運作。另外，它也可以為傳感器提供人為控制的電源。
一個(gè)感應標簽在生命周期內可能會(huì )歷經(jīng)兩種模式：先執行半被動(dòng)模式，直到電池耗盡之后轉為被動(dòng)模式。（數據被儲存在非易失性存儲器里，因此即使沒(méi)有供應電力仍可保存。）
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完全被動(dòng)運作模式
RFID系統運行的基本原理是標簽從閱讀器的電場(chǎng)采集所需電量。在NFC傳感器中，采集到的電量，一般為電壓3.3V，電流4mA，也可以供給傳感器。即使當采集到的電量不足以驅動(dòng)傳感器，例如標簽的天線(xiàn)較小或者離閱讀器較遠，也能在充電前將電量?jì)Υ嬖谛⌒碗娙萜骼?，以增加少量的輔助電源，并于測量時(shí)放電。
全被動(dòng)運作模式下的NFC傳感器使設計工程師能夠盡情發(fā)揮想象力去開(kāi)發(fā)新的應用。理論上，標簽沒(méi)有使用期限，也無(wú)需線(xiàn)路連接，因此這些感應標簽也可以嵌入墻壁結構和密封產(chǎn)品。試想如果建筑師將新型NFC濕度傳感器嵌入房子的墻壁或地板接近自來(lái)水管或污水管的位置，我們就可以提早偵測到漏水，而不會(huì )像今天這樣，直到房屋多處被損壞時(shí)才能察覺(jué)。
半被動(dòng)運作模式
半被動(dòng)標簽包含能夠支持標簽和傳感器運作的電源(通常是電池)。它的數據傳輸方式與一般被動(dòng)標簽一樣，采用閱讀器放射的背向散射電源(backscattered power)。
因為從電池汲取的電流微小到可以忽略不計，所以使用者控制的半被動(dòng)感應標簽大多數時(shí)間處于近乎休眠的狀態(tài)。通常只有當傳感器偵測到閱讀器射頻或NFC裝置射頻時(shí)，才會(huì )啟動(dòng)功能與測量。
用于長(cháng)期自主監測應用的獨立式半被動(dòng)感應標簽被稱(chēng)為數據記錄器(data logger)。數據記錄器可以由外部事件啟動(dòng)，或由一個(gè)整合式即時(shí)時(shí)脈(real-time clock; RTC)定期觸發(fā)回應。這類(lèi)應用需要由電池供應一般為2?A的連續電流支持RTC或執行事件觸發(fā)式喚醒(event-triggered wake-up)。這種“狀態(tài)監控”NFC感應標簽可以嵌入那些在運送過(guò)程中需要特別留意的貨物。NFC閱讀器在供應鏈的終端檢查感應標簽，如果運送途中貨品出現狀況，感應標簽就會(huì )發(fā)出預警。此外，傳感器能記錄時(shí)間數據，因此能提供詳細的事件記錄。
NFC感測應用
SL13A單芯片是符合NFC-V (ISO15693)標準的NFC感測轉發(fā)器(transponder) (圖2)， 不僅能提供NFC傳感器所需要的電量采集能力、一個(gè)傳感器接口、電源管理電路和一個(gè)RTC，還嵌入了一個(gè)溫度傳感器。
圖2：奧地利微電子SL13A NFC傳感器方塊圖
這個(gè)感應標簽可以在全被動(dòng)和半被動(dòng)模式下運作。若要單芯片RTC觸發(fā)自主數據登錄，就需要以電池供電。在被動(dòng)模式下則由閱讀器或具備N(xiāo)FC功能的智能手機提供時(shí)間戳記，傳感器運作所需的電源則是來(lái)自采集閱讀器電場(chǎng)的電量。另外，傳感器所記錄下的數據都會(huì )被儲存在單芯片 EEPROM上并以密碼保護，這樣可以預防數據遭竄改或非法使用。
SL13A可以支持多種需要傳感器采集數據和無(wú)線(xiàn)數據傳輸的應用，以下我們簡(jiǎn)單提出幾個(gè)可能的應用情境。
供應鏈保存期限預警 – 商品運送、儲藏狀態(tài)以及環(huán)境條件等都可以由SL13A檢測和記錄。食品、飲料和藥品等易腐品會(huì )因溫度變化而產(chǎn)生化學(xué)反應，影響它們的保存期限。有些感應標簽包含動(dòng)態(tài)計算庫存生命周期的算法，能在到期時(shí)發(fā)出預警。
建筑物監測 - 將SL13A和適合的傳感器嵌入建筑物、橋梁和高架橋等結構內，可以記錄溫度、濕度、壓力與振幅等數據，然后再通過(guò)一臺NFC閱讀器傳送數據。
醫護 - 整合配藥機和藥品包裝的感應標簽可以記錄服藥的時(shí)間，讓醫療人員能夠追蹤患者是否按時(shí)遵照處方服藥。
過(guò)程控制 - 感應標簽可以用來(lái)控制工廠(chǎng)自動(dòng)化程序中每道步驟的程序和質(zhì)量，這比成品的最終質(zhì)量保證程序更高效
遙測 - SL13A感應標簽可以與具備無(wú)線(xiàn)連接，例如WLAN或GSM的設備整合，能追蹤和監測遠處物品或周邊環(huán)境。
目前市場(chǎng)中已有奧地利微電子等廠(chǎng)商推出功能完整的傳感器標簽，在已經(jīng)發(fā)展成熟的通訊協(xié)議上執行，提供精準的傳感器接口，將多重電子功能整合到一顆單芯片上，這個(gè)新型傳感器標簽的應用充滿(mǎn)了無(wú)限的可能。未來(lái)的系統設計師究竟能讓它發(fā)揮多大的潛能？讓我們拭目以待。
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