NFC – Near Field Communication

telos bietet komplette Lösungen und Beratungsleistungen im Bereich kundenspezifischer Hardware und Apps an und ist damit für den Kunden sowohl während als auch nach der Entwicklung der richtige Ansprechpartner.

  • Wir entwickeln für Sie Software, mit der Sie die besonderen Leistungsmerkmale von NFC Tags etc nutzen können.
  • Wir entwickeln Hardware, Baugruppen, PCBs mit NFC Schnittstellen und mit NFC Tags.

NFC-Lösungen von telos

NFC Applikationen

Mit dem NFC-Standard bietet sich die Möglichkeit, elektronische Geräte über ein Smartphone oder Tablet mit geeigneter App auf komfortable Weise kontaktlos zu parametrisieren und zu kontrollieren. Kostengünstige NFC-Hardware und attraktive NFC-Softwarelösungen eröffnen interessante Anwendungsbereiche, die zunehmend auch im industriellen Umfeld an Bedeutung gewinnen.

Einsatzbereiche

NFC Antenne

NFC Class 5 Antenne

Traditionell finden NFC-Lösungen Anwendung in der Consumer Industry und in Zahlungssystemen. Doch das Potenzial von NFC ist damit noch lange nicht ausgeschöpft. Insbesondere im Bereich der Mess- und Regeltechnik entdecken immer mehr Industriebereiche den Nutzen von NFC-Lösungen.

In Bereichen, in denen „Embedded Systems“ zur Steuerung oder Überwachung technischer Prozesse eingesetzt werden, ist es häufig notwendig oder wünschenswert, Daten wie Messwerte, Verläufe oder Ereignisse auf einem Bildschirm zu visualisieren, Parameter über ein Terminal einzustellen oder Firmware-Updates durchzuführen. Bisher kamen hier serielle Schnittstellen oder industrielle Bussysteme zum Einsatz.

Diese Lösungen haben jedoch gewisse Nachteile. Beispielsweise erfordert die Verkabelung bei Bussystemen einen höheren Aufwand, und elektrische Anschlüsse sind anfällig für Verschmutzung. Auch kann die Notwendigkeit eines Notebooks in bestimmten Umgebungen sperrig und unpraktisch sein. Wenn Daten nur auf einem zentralen Rechner gesammelt werden, kann dies die Wartung oder Störungsbeseitigung erschweren, da aktuelle Werte stets bei der Zentrale abgefragt werden müssen.

Mit einem Smartphone verfügt heute fast jedermann über ein Gerät, mit dem diese Aufgaben komfortabel erledigt werden können. NFC stellt hier eine geeignete Schnittstellen-Technologie zwischen Embedded System und Smartphone dar. Da sie auf den meisten Smartphones verfügbar ist und sich im Payment-Sektor etabliert hat, wird NFC auch in der Industrie zunehmend relevant. Für die Embedded-Seite stehen eine Reihe geeigneter ICs zur Verfügung, wie beispielsweise von NXP, die es ermöglichen, Microcontroller-Systeme kostengünstig um eine NFC-Schnittstelle zu erweitern.

Mit einer entsprechenden App können Messwerte visualisiert, Steuerungselemente zur Änderung von Parametern bereitgestellt und per Smartphone erfasste Informationen per WLAN oder Mobilfunkverbindung weitergeleitet werden. Außerdem lassen sich Parametersätze über das Internet austauschen.

NFC Tags

Einfache NFC-Tags bestehen im Wesentlichen aus einem EEPROM, auf das kontaktlos über die RF-Schnittstelle lesend und/oder schreibend zugegriffen werden kann. Eine Erweiterung dieser Technologie stellen NFC connected Tags dar, wie sie beispielsweise von NXP angeboten werden. Bei diesen Bausteinen wird das EEPROM nicht nur per NFC-Schnittstelle, sondern auch über einen Bus (z.B. I2C) angesprochen. Ein angeschlossener Microcontroller kann damit den Inhalt des EEPROMs und somit die Information, die einem Reader über die Funkverbindung zur Verfügung gestellt wird, verändern.

Solche NFC-Tags beziehen die für den Betrieb notwendige Energie in der Regel aus dem RF-Feld und können daher auch dann von einem Smartphone ausgelesen werden, während das angeschlossene System selbst abgeschaltet ist. Da die auszutauschende Information immer in ein EEPROM geschrieben werden muss, eignen sich solche Tags allerdings nicht für häufig wechselnde Informationen.

NTAG Devices

NXP bietet mit seinen NTAG® I2C Devices NFC-Tags an, die als echte Schnittstelle zwischen Embedded System und Reader eingesetzt werden können. Diese Chips verfügen neben dem EEPROM über ein zusätzliches SRAM, das in den Adressbereich des Tags eingeblendet werden kann. Dadurch entsteht ein Speicherbereich für den Datenaustausch zwischen Microcontroller und Smartphone, der praktisch unbegrenzt verändert werden kann. Auf Basis dieses Designs bieten diese Chips zwei leistungsfähige Betriebsmodi: den SRAM-Mirror und den Pass-through-Modus.

Der SRAM-Mirror ist besonders nützlich, wenn ein Gerät über NFC lediglich aktuelle Daten (z.B. Messwerte) bereitstellen soll. Hier wird das SRAM von Smartphone und Microcontroller als Dual-Port-RAM genutzt. Der Microcontroller schreibt beispielsweise regelmäßig aktuelle Messwerte in das SRAM, ohne sich darum zu kümmern, ob und wann diese Daten abgefragt werden. Über das Smartphone kann der jeweils aktuelle Datensatz aus dem SRAM des Tags gelesen werden.

Für den Austausch umfangreicherer Datenmengen (z.B. Logs, Software-Updates) zwischen Gerät und Smartphone bietet sich der Pass-through-Modus an. In diesem Modus dient das SRAM ebenfalls als Dual-Port-RAM, aber der Datenaustausch wird über zusätzliche Bits im Adressbereich des Tags gesteuert. Dies ermöglicht es dem Sender eines Datenpakets, sicherzustellen, dass das Paket vom Empfänger ausgelesen wurde, bevor das nächste Paket im SRAM abgelegt wird. Zudem überwacht das Tag in diesem Fall die Zugriffsrechte, sodass je nach Richtung des Transfers nur eine Seite schreiben und die andere Seite lesen kann.

NDEF

Ergänzend zum NFC-Standard könnte der NDEF-Standard (NFC Data Exchange Format) von Interesse sein. Dieser Standard definiert das Format und die Struktur der Daten, die in einem Tag gespeichert werden. Dabei kann es sich beispielsweise um URLs oder reinen Text handeln.

In aktuellen Smartphone-Betriebssystemen ist dieser Standard bereits weitgehend implementiert. Entsprechende Tags können mit jeder App ausgelesen werden, die das NDEF-Format versteht. Es ist also nicht zwingend erforderlich, eine App eigens für eine kundenspezifische Hardware zu entwickeln.

Entwicklungsprozess

Für die Akzeptanz eines Systems durch die Anwender ist eine intuitive Benutzerführung mit angemessenen Reaktionszeiten der App notwendig. Dies setzt voraus, dass die Aufgabenverteilung zwischen Embedded System und App sinnvoll abgestimmt ist, um die oft begrenzten Ressourcen des Embedded Systems zu schonen, die Datenvolumen in Grenzen zu halten und somit eine gute Benutzbarkeit der App zu gewährleisten.

NFC App

Erfahrungsgemäß konkretisieren sich die Anforderungen an ein System im Laufe der Entwicklung. Eine erste Planung der App mit ihren verschiedenen Seiten und Kontrollelementen ist sinnvoll. Oft zeigt sich jedoch erst im praktischen Einsatz, wie benutzerfreundlich die App tatsächlich ist. Daher empfiehlt es sich, frühzeitig Prototypen bereitzustellen. Der Schwerpunkt bei der Entwicklung liegt zunächst auf den Bedienelementen und grundlegenden Funktionen, um einen ersten Eindruck von der Bedienbarkeit des Systems zu gewinnen. Diese frühe Validierung ermöglicht es, notwendige Änderungen vorzunehmen, die den gewünschten Mehrwert der App sicherstellen.

Für eine wirtschaftliche Entwicklung eines Systems, das sowohl ein Embedded System als auch eine App umfasst, ist eine enge Abstimmung zwischen den Entwicklungsprozessen beider Komponenten unerlässlich. Eine gute und schnelle Absprache hinsichtlich der Übertragungsprotokolle ist entscheidend für den Erfolg.

Referenzen

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