新的集成NFC標(biāo)簽/傳感器設(shè)備：低成本/低功耗RF技術(shù)如何使新應(yīng)用

　　糖尿病是一種使人衰弱的疾病，全世界大約有3億6600萬人。它今天的治療要求病人定期進(jìn)行自我血糖測(cè)量，通過穿刺皮膚來抽血。這是一個(gè)痛苦的過程，不斷重復(fù)，有助于病人的痛苦。

　　那么，如果證明射頻技術(shù)可以消除抽血的必要性呢?近場(chǎng)通信(NFC)是一種射頻協(xié)議，用于在接近或接觸的設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)(相距10厘米)。由于Android操作系統(tǒng)在智能手機(jī)和平板電腦上的支持，現(xiàn)在它已被廣泛采用。

　　例如，醫(yī)療設(shè)備制造商正在研究在糖尿病患者的皮膚下立即植入一種微型的NFC型血糖傳感器的潛力。傳感器可以隨時(shí)讀取，只需手持一個(gè)Android手機(jī)或平板電腦運(yùn)行一個(gè)專用的應(yīng)用程序旁邊的植入物。

　　主機(jī)設(shè)備可以自動(dòng)向病人的醫(yī)生上傳讀數(shù)。它也可以被編程，提醒病人定期閱讀，并提醒醫(yī)務(wù)人員，如果病人沒有采取預(yù)定的閱讀。

　　一個(gè)NFC功能的傳感器是這個(gè)應(yīng)用程序的理想選擇，因?yàn)椋?/p>

　　它不需要外部電源，因?yàn)閭鞲衅鹘涌诠ぷ髟趶腘FC讀取器輸入的rf發(fā)射中獲得的能量上。

　　它是快速和方便的，因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)主機(jī)設(shè)備立即和自動(dòng)。

　　這是微小的

　　它是便宜的

　　這個(gè)植入式血糖測(cè)量的例子展示了這種新型的NFC功能傳感器的前景——但事實(shí)上，這種設(shè)備類型可以在許多市場(chǎng)部門中的數(shù)百個(gè)應(yīng)用中使用。

　　具有NFC功能的傳感器的體系結(jié)構(gòu)

　　一種支持NFC的傳感器是一種RFID標(biāo)簽，它包含一個(gè)傳感器接口(用于調(diào)節(jié)和數(shù)字化傳感器的輸入信號(hào))。與其他RFID標(biāo)簽一樣，它有一個(gè)唯一的ID，它允許用戶驗(yàn)證對(duì)象的起源。然而，它也可以驗(yàn)證對(duì)象暴露的環(huán)境條件(見圖1)，或者提供其他類型的測(cè)量，如植入傳感器的生物數(shù)據(jù)。

　　將傳感器獲取的數(shù)據(jù)添加到標(biāo)簽上不會(huì)改變通信的基本方法：當(dāng)標(biāo)簽接近RFID讀取器或具有專用應(yīng)用程序的NFC功能的電話時(shí)，可以讀取唯一的id和傳感器數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)然，還有其他方法來實(shí)現(xiàn)無線傳感。今天很容易將傳感器連接到一個(gè)對(duì)象上，將其連接到微控制器和rf收發(fā)器，以便在智能傳感器和讀取器之間建立無線通信。

　　用NFC功能的傳感器實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能提供了一個(gè)更簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并提供了一個(gè)更靈活的電源管理方法。事實(shí)上，對(duì)于相對(duì)低的數(shù)據(jù)速率和短距離應(yīng)用，NFC是一項(xiàng)非常有吸引力的技術(shù)：

　　NFC使兩個(gè)設(shè)備之間的直觀、簡(jiǎn)單的交互，因?yàn)樗鼈冎恍枰嗷ソ佑|。

　　建立一個(gè)NFC鏈路只需要一小部分，而其他系統(tǒng)通常需要幾秒鐘。

　　NFC具有低功耗要求，支持非常長(zhǎng)的電池壽命和實(shí)現(xiàn)完全沒有電池。

　　NFC應(yīng)用的系統(tǒng)成本較低，因?yàn)樵摷夹g(shù)不比用于無線傳感的競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)復(fù)雜，如ZigBee或藍(lán)牙低能量。

　　因?yàn)镹FC通過近場(chǎng)耦合，它不會(huì)受到竊聽和干擾

　　NFC系統(tǒng)可以依靠現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施——通常，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)只需要為主機(jī)設(shè)備創(chuàng)建應(yīng)用程序。

　　在完全被動(dòng)(無源)模式，NFC功能的傳感器獲取能量從傳入的射頻輻射(來自讀者)功率傳感器接口和射頻傳輸。在半被動(dòng)(電池輔助)模式下，啟用NFC的傳感器可以在需要自治和長(zhǎng)期監(jiān)控的應(yīng)用程序中獨(dú)立運(yùn)行?；蛘撸梢詾閭鞲衅魈峁┯脩艨刂频陌遢d電源。

　　感覺標(biāo)記的生命可能包括兩種模式的操作：半被動(dòng)直到電池耗盡，然后是被動(dòng)模式。(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，當(dāng)設(shè)備不供電時(shí)保留)。

　　完全被動(dòng)模式下的操作

　　對(duì)RFID系統(tǒng)的操作的一個(gè)基本原則是標(biāo)簽得到所有的能量重新奎雷斯由閱讀器產(chǎn)生的磁場(chǎng)。在一個(gè)NFC功能的傳感器，這個(gè)收獲的權(quán)力(通常約4毫安在3.3 V)也可用于功率傳感器。即使所獲得的能量對(duì)于傳感器來說是不夠的，例如，如果標(biāo)簽有一個(gè)小天線，或者與讀取器距離很長(zhǎng)，則可以在測(cè)量之前加上一個(gè)電容器的小補(bǔ)充電源，并且在測(cè)量期間從中提取功率。

　　在完全被動(dòng)模式下啟用NFC功能的傳感器，可以讓設(shè)計(jì)工程師將他們的想象力展現(xiàn)在一個(gè)新的可能性范圍內(nèi)。標(biāo)簽的生命周期在理論上是無限的，它不需要有線連接。因此，這些感官標(biāo)簽可以嵌入，例如，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如墻壁和密封的產(chǎn)品?？梢韵胂?，建筑商在供水管道或廢水排水管道旁的墻壁或地板上嵌入一個(gè)新的NFC功能的濕度傳感器。這將有助于及早發(fā)現(xiàn)今天的泄漏，直到它們對(duì)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重?fù)p壞為止。

　　半被動(dòng)模式運(yùn)行

　　半無源標(biāo)簽包括車載電源，通常是電池，以支持標(biāo)簽和傳感器操作。數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鞣绞脚c普通無源標(biāo)簽一樣，使用讀寫器發(fā)出的反向散射功率。

　　用戶控制的半被動(dòng)感覺標(biāo)簽花費(fèi)大部分時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，從電池中抽出的電流可以忽略不計(jì)。傳感器功能和測(cè)量是由用戶激活的，通常是在喚醒閱讀器或NFC設(shè)備的rf發(fā)射時(shí)喚醒設(shè)備。

　　獨(dú)立的長(zhǎng)期監(jiān)控應(yīng)用程序(所謂的數(shù)據(jù)記錄器)中使用的獨(dú)立半被動(dòng)式標(biāo)記可由外部事件激活，或由集成實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)觸發(fā)。這樣的應(yīng)用程序?qū)⑿枰粋€(gè)連續(xù)的電流通常為2µ從電池支持RTC或事件觸發(fā)喚醒。這種監(jiān)測(cè)NFC感覺標(biāo)簽的條件可以安裝在運(yùn)輸過程中需要特殊護(hù)理的物品上。在供應(yīng)鏈的末端，一個(gè)支持NFC的讀取器設(shè)備檢查感官標(biāo)簽并在未經(jīng)批準(zhǔn)的運(yùn)輸過程中發(fā)生警報(bào)時(shí)發(fā)出警報(bào)。此外，傳感器數(shù)據(jù)是時(shí)間戳的，允許進(jìn)行詳細(xì)的事件監(jiān)視。

　　具有NFC功能的傳感器的圖像

　　圖1：一個(gè)啟用NFC的傳感器使對(duì)象保持的條件及其唯一ID被監(jiān)視。

　　啟用NFC感知的實(shí)現(xiàn)

　　因此，基于NFC的傳感應(yīng)用需要能量收集能力、傳感器接口、電源管理電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)。這些功能現(xiàn)在在sl13a提供NFC轉(zhuǎn)發(fā)器單片機(jī)感覺從AMS(見圖2)。該芯片符合nfc-v(ISO15693)標(biāo)準(zhǔn)，并集成了一個(gè)板上溫度傳感器。

　　感官標(biāo)簽在完全被動(dòng)以及半被動(dòng)模式下工作;當(dāng)需要片上RTC時(shí)，電池用于支持自主數(shù)據(jù)記錄。在被動(dòng)模式下，讀取器或NFC功能的手機(jī)代替了時(shí)間戳，而支持傳感器操作的能量則從讀取器的字段中獲得。

　　記錄的傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在片上EEPROM中，并用密碼保護(hù)，以防止數(shù)據(jù)的操作和未經(jīng)授權(quán)的使用。

　　對(duì)sl13a NFC框圖使傳感器從AMS

　　圖2：?jiǎn)⒂肗FC的sl13a框圖傳感器從AMS。

　　sl13a可以支持非常廣泛的應(yīng)用和無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅鲾?shù)據(jù)采集的要求。這些措施包括：

　　有保質(zhì)期提醒–在運(yùn)輸和儲(chǔ)存貨物的條件下的供應(yīng)鏈，以及環(huán)境條件，可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄sl13a。易腐物品如食物、飲料和藥物受溫度依賴化學(xué)反應(yīng)，這決定了其保質(zhì)期。一些感官標(biāo)簽包括動(dòng)態(tài)計(jì)算貨架壽命的算法，并在到期日期時(shí)提供警報(bào)。

　　樓宇監(jiān)控–一sl13a和適當(dāng)?shù)那度胧絺鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)如建筑物內(nèi)，橋梁和高架橋的記錄條件包括溫度、濕度、壓力、振動(dòng)、和傳輸數(shù)據(jù)時(shí)引發(fā)一個(gè)NFC閱讀器。藥物治療-配藥和泡罩包集成的感覺標(biāo)簽可以記錄和時(shí)間戳藥丸的消費(fèi)。這使得醫(yī)務(wù)人員能夠監(jiān)測(cè)病人是否遵守了他們的處方。

　　過程控制——在工廠自動(dòng)化中，感官標(biāo)簽可以在過程的每一步控制過程及其質(zhì)量。這比成品的最終質(zhì)量保證更有效。

　　遠(yuǎn)程計(jì)量–sl13a感覺標(biāo)記可以被集成到設(shè)備的無線連接，如WLAN、GSM、延長(zhǎng)跟蹤和監(jiān)視的對(duì)象或環(huán)境在遠(yuǎn)程位置的能力。

　　實(shí)現(xiàn)一個(gè)成熟的通信協(xié)議，提供準(zhǔn)確和精確的傳感器接口，sl13a演示的新的可能性，使多個(gè)電子功能集成到一個(gè)單一的設(shè)備。然而，這種靈活的設(shè)備的廣泛應(yīng)用尚未被發(fā)現(xiàn)——系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的想象力將為這種新的感覺RFID標(biāo)簽的潛在用途提供最好的指導(dǎo)。