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浅谈NFC架构与运作形式,开辟无限立异或许

全球约有3.66亿糖尿病患者,其中有许多糖尿病患者必须以刺破皮肤引流血液的方式定期自我检测血糖值,而且最让他们反感的就是必须定期重复这项检查。如

全球约有3.66亿糖尿病患者,其间有许多糖尿病患者有必要以刺破皮肤引流血液的办法守时自我检测血糖值,并且最让他们恶感的便是有必要守时重复这项查看。

假如射频技能开展到能够让病患不需求抽血呢?近距离射频通讯技能 (Near field communications; NFC) 是一种能在相距10厘米以内或直接碰触的设备之间传送数据的射频协议。现在Android操作体系的智能型手机和平板电脑都开端支撑NFC,因而未来NFC的运用有望很多遍及。

例如,现在已有医学设备制造商开端进行相关试验,将微型NFC血糖传感器植入糖尿病患者皮下,再把搭载Android专用运用程序的智能手机或平板电脑挨近传感器所植入的部位,就能随时读取患者的血糖值。

主机设备不只能够将读取的数据主动传送给患者的主治医师,程序还能够经过设定,守时提示患者做检测,或许当患者没有守时检测,传感器也会告诉医护人员。

NFC传感器十分合适这类运用,主要是由于以下原因:

* 无需外部电源,由于传感器接口能借用NFC阅读器射频发射的电量。

* 快速且便当,由于传感器能够实时主动与主机设备配对。

* 尺度较小。

* 价格低廉。

由于具有以上优势,这种新式NFC传感器除了能够开展可植入式血糖机,其实还能够广泛运用于许多其他范畴。

NFC传感器架构

NFC传感器是一种RFID标签,结合可调理和传感器输入信号数字化的传感器接口。NFC传感器不只和其他RFID标签相同有可供查验物品来历的共同程序识别码,还能检测物品地点的环境条件(图1),或是生理学数据。

图1:NFC传感器可用于监测物品的保存情况并查看程序识别码

将传感器所搜集的数据传输到标签并不会改动根本的通讯办法:当一台RFID阅读器或一台搭载NFC专用运用程序的智能手机挨近标签时,就可读取程序识别码和传感器数据。

还有其他树立无线传感的办法,例如将传感器附加在物品上、由微操控器和射频收发器与传感器树立衔接,或是在智能传感器和阅读器之间树立无线通信。

NFC传感器能够简化体系规划,也能够完成更灵敏的电源办理办法。事实上,关于相对低数据传输率和短程运用而言,NFC是十分吸引人的技能:

* NFC在两台设备之间的互动直观而简略,只需时刻短触摸即可。

* 不到一秒就能够树立NFC衔接,而其他体系则需求更长时刻。

* NFC功率需求低,并且支撑十分长的电池寿数,支撑无电池作业。

* NFC运用的体系本钱较低,由于其间包括了比ZigBee、Bluetooth Low Energy等其他无线传感更简略的技能。

* 由于NFC经过近场耦合(near-field coupling)运作,因而不会有数据遭盗取或信号被搅扰的景象。

* NFC体系可依附于现有的基础设施,只需求一台搭载专用运用程序的主机设备就可运作。

在无电池的彻底被迫形式下,NFC传感器能够从阅读器的射频收集电量,再供电给传感器接口和射频传输。在有电池辅佐的半被迫形式下,NFC传感器则可在需求长时刻自主监测的运用下独自运作。别的,它也能够为传感器供给人为操控的电源。

一个感应标签在生命周期内或许会历经两种形式:先履行半被迫形式,直到电池耗尽之后转为被迫形式。(数据被储存在非易失性存储器里,因而即便没有供给电力仍可保存。)

彻底被迫运作形式

RFID体系运转的根本原理是标签从阅读器的电场收集所需电量。在NFC传感器中,收集到的电量,一般为电压3.3V,电流4mA,也能够供给传感器。即便当收集到的电量不足以驱动传感器,例如标签的天线较小或许离阅读器较远,也能在充电前将电量储存在小型电容器里,以添加少数的辅佐电源,并于丈量时放电。

全被迫运作形式下的NFC传感器使规划工程师能够纵情发挥想象力去开发新的运用。理论上,标签没有运用期限,也无需线路衔接,因而这些感应标签也能够嵌入墙面结构和密封产品。试想假如建筑师将新式NFC湿度传感器嵌入房子的墙面或地板挨近自来水管或污水管的方位,咱们就能够提前侦测到漏水,而不会像今日这样,直到房子多处被损坏时才干发觉。

半被迫运作形式

半被迫标签包括能够支撑标签和传感器运作的电源(一般是电池)。它的数据传输办法与一般被迫标签相同,选用阅读器放射的背向散射电源(backscattered power)。

由于从电池罗致的电流微小到能够忽略不计,所以运用者操控的半被迫感应标签大多数时刻处于近乎休眠的情况。一般只有当传感器侦测到阅读器射频或NFC设备射频时,才会发动功用与丈量。

用于长时刻自主监测运用的独立式半被迫感应标签被称为数据记载器(data logger)。数据记载器能够由外部事情发动,或由一个整合式即不时脉(real-time clock; RTC)守时触发回应。这类运用需求由电池供给一般为2?A的接连电流支撑RTC或履行事情触发式唤醒(event-triggered wake-up)。这种“情况监控”NFC感应标签能够嵌入那些在运送进程中需求特别留心的货品。NFC阅读器在供给链的终端查看感应标签,假如运送途中货品呈现情况,感应标签就会宣布预警。此外,传感器能记载时刻数据,因而能供给具体的事情记载。

NFC感测运用

SL13A单芯片是契合NFC-V (ISO15693)规范的NFC感测转发器(transponder) (图2), 不只能供给NFC传感器所需求的电量收集才能、一个传感器接口、电源办理电路和一个RTC,还嵌入了一个温度传感器。

图2:奥地利微电子SL13A NFC传感器方块图

这个感应标签能够在全被迫和半被迫形式下运作。若要单芯片RTC触发自主数据登录,就需求以电池供电。在被迫形式下则由阅读器或具有NFC功用的智能手机供给时刻戳记,传感器运作所需的电源则是来自收集阅读器电场的电量。别的,传感器所记载下的数据都会被储存在单芯片 EEPROM上并以密码保护,这样能够防备数据遭篡改或不合法运用。

SL13A能够支撑多种需求传感器收集数据和无线数据传输的运用,以下咱们简略提出几个或许的运用情境。

供给链保存期限预警 – 产品运送、贮藏情况以及环境条件等都能够由SL13A检测和记载。食物、饮料和药品等易腐品会因温度改变而发生化学反应,影响它们的保存期限。有些感应标签包括动态核算库存生命周期的算法,能在到期时宣布预警。

建筑物监测 – 将SL13A和合适的传感器嵌入建筑物、桥梁和高架桥等结构内,能够记载温度、湿度、压力与振幅等数据,然后再经过一台NFC阅读器传送数据。

医护 – 整合配药机和药品包装的感应标签能够记载服药的时刻,让医疗人员能够追寻患者是否准时遵循处方服药。

进程操控 – 感应标签能够用来操控工厂主动化程序中每道过程的程序和质量,这比制品的终究质量保证程序更高效

遥测 – SL13A感应标签能够与具有无线衔接,例如WLAN或GSM的设备整合,能追寻和监测远处物品或周边环境。

现在市场中已有奥地利微电子等厂商推出功用完好的传感器标签,在现已开展老练的通讯协议上履行,供给精准的传感器接口,将多重电子功用整合到一颗单芯片上,这个新式传感器标签的运用充满了无限的或许。未来的体系规划师终究能让它发挥多大的潜能?让咱们拭目而待。

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