Una seconda opportunità per la tecnologia Near Field Communication

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di Bernd Hantsche

Lo standard NFC (Near Field Communication) è ormai presente sul mercato da nove anni. Al momento del suo lancio c’era un flusso inarrestabile di idee sulle funzioni che i telefoni mobili sarebbero stati in grado di offrire, dall’essere usati come chiavi e portafogli elettronici, fino all’identificazione. Fino ad ora, non si sono verificate molte di quelle ipotesi, ma ora queste funzioni – e molte altre – stanno in effetti diventando realtà. Si vocifera che Apple sia in procinto di incorporare chip NFC all’interno degli iPhone di prossima generazione e che Google installerà il chip nel proprio Nexus S. Come terminali di riferimento per tutti gli sviluppatori che scrivono programmi Android, questo fornirà una spinta significativa allo standard NFC. Gli analisti di Juniper Research stimano che, nel corso del prossimo anno, un terminale mobile ogni cinque avrà funzionalità NFC; NXP prevede la vendita di 70 milioni di terminali mobili solo nel 2011.

NFC è uno standard di trasmissione per il trasferimento senza contatto di dati nel raggio di qualche centimetro. Esso opera nell’intervallo di frequenze attorno a 13,56 MHz, con una velocità di trasmissione massima dei dati di 424 KBit/s. La tecnologia NFC è standardizzata secondo ISO 14443, 18092, 21481 ECMA 340, 352, 356, 362 o ETSI TS 102 190. Sono disponibili tre modalità di funzionamento che possono essere selezionate in base ai requisiti dell’applicazione: nella modalità lettura/scrittura, il dispositivo dotato del chip NFC, ad es. il terminale mobile, funziona puramente come un dispositivo di lettura/scrittura RFID. Esso legge e scrive verso transponder passivi che sono conformi agli standard ISO18000-3 Mod1, ISO14443A/B/C o ISO15693. Questa modalità è usata per recuperare informazioni che sono memorizzate in un’etichetta RFID.

Nella modalità di emulazione carta, il dispositivo NFC è riconosciuto come un transponder. Registrando e rispondendo automaticamente ai segnali, un dispositivo mobile può essere usato come chiave elettronica di un’automobile, come una scheda di accesso, per pagare al supermercato o per acquistare biglietti sugli autobus sui treni.

Quando due dispositivi NFC comunicano attivamente l’uno con l’altro, si parla di modalità peer-to-peer. Semplicemente ponendo due dispositivi l’uno vicino all’altro, gli utenti possono scambiare contatti, link, foto o file di musica senza ulteriori click. È persino possibile giocare ad un videogioco assieme su entrambi i dispositivi. Questo è anche possibile più facilmente, velocemente e a consumi energetici inferiori usando due dispositivi compatibili con lo standard Bluetooth, ma una connessione basata sullo tecnologia NFC è considerevolmente più sicura e più economica.

Componenti NFC
STMicroelectronics offre due componenti NFC: con un’interfaccia SPI e UART, l’IC transceiver CR95HF supporta solo la modalità lettura/scrittura. La velocità di trasmissione dati varia in relazione allo standard ISO/IEC. Con l’ISO 14443 A e B, è possibile raggiungere una velocità massima grezza di trasmissione dati di 424 Kbps, con ISO 18092 è possibile ottenere 424 Kbps e con ISO 15693 appena 52 Kbps. Tuttavia, il raggio di lettura è massimo con lo standard ISO15693. Questo rende l’IC transceiver ideale per applicazioni quali il controllo degli accessi e i sistemi di presenze.

La soluzione system-on-chip (SoC) di STMicroelectronics contiene tutto l’hardware e il software per un sistema NFC completo e supporta tutte e tre le modalità. Oltre agli standard che supportano anche CR95HF, oltre all’ ECMA340 (NFCIP-1) e a FeliCa, il microcontrollore NFC. Un’interfaccia I²C o SPI è disponibile per connettere il componente con un processore host. L’interfaccia di protocollo su filo singolo (SWP) fornisce la connessione con una carta universale a circuito integrato (UICC).
Ad esempio, usando le impostazioni dei parametri, il SoC consente di regolare le quantità di riempimento o di impostare la temperatura e i rapporti di miscela per macchine del caffè industriali, di installare aggiornamenti firmware dalle TV, di calibrare dispositivi o di proteggere terminali POS da usi impropri mediante un’attivazione del prodotto. Tutte queste applicazioni possono essere fornite con un lettore RFID o con un dispositivo NFC in combinazione con la EEPROM a doppia interfaccia.

Oltre all’interfaccia passiva HF per ISO15693, l’IC transponder ha un’interfaccia I²C standard per la comunicazione con un microcontrollore. La capacità di memoria è di 64 Kbit e il chip è dotato un ID unico a 64 bit. Per sicurezza, il componente offre la protezione con password a 32 bit.
Con un microcontrollore, una batteria R2032 ed un sensore (ad es. un sensore di temperatura), l’ST21NFCA è ideale per l’uso come un data logger. Il microcontrollore legge i dati di temperatura del sensore e li scrive attraverso l’interfaccia I²C all’interno della memoria della EEPROM a doppia interfaccia. Un lettore RFID può quindi leggerli all’occorrenza. Questo trasferimento dati passivo ha il vantaggio che i dati memorizzati possono essere letti non solo quando la memoria è alimentata, come avviene generalmente, ma anche quando il data logger è spento e non c’è alimentazione.

L’antenna RFID può essere posizionata direttamente sul PCB. Nel caso lo spazio per questo fosse insufficiente, l’antenna può anche essere realizzata attraverso un induttore. Oltre a un programma per il dimensionamento dell’antenna, STMicroelectronics fornisce fornisce le note applicative per il progetto dell’antenna. Un simile progetto permette la registrazione conveniente ed affidabile delle temperature durante il trasporto di forniture di sangue o di cibo. Se altri sensori sono connessi, altri valori fisici come la pressione o le vibrazioni possono essere misurati e registrati.

Le applicazioni di domani …
Concetti quali il pagamento senza contanti, il controllo degli accessi e gli immobilizzatori realizzati usando la tecnologia wireless sono conosciuti sufficientemente bene. La rinnovata popolarità della tecnologia NFC sta anche incoraggiando lo sviluppo di nuove idee. Ad esempio, BMW sta lavorando su una soluzione in cui, quando il conducente è identificato usando un dispositivo NFC, l’autovettura non solo si aprirà e disattiverà l’immobilizzatore, ma regolerà anche automaticamente la posizione del sedile, degli specchietti, la stazione radio e il collegamento al dispositivo mani libere Bluetooth.

Google ha scelto di concentrarsi sul tema di una “casa intelligente” con Android. Qui gli smartphone e i tablet riconoscono e comunicano con i dispositivi nell’abitazione attraverso tecnologie wireless – nella sostanza c
ome un controllo remoto universale per l’intera casa. Dalla Versione 2.3, Android supporta già NFC.
Altre applicazioni della tecnologia NFC sono descritte dall’NFC Forum, un’associazione che comprende produttori di telefoni mobili, di semiconduttori e di apparecchi elettronici consumer oltre ad altre aziende interessate. I membri includono Microsoft, NEC, Nokia, NTT Docomo, Renesas Electronics, Samsung, Sony, MasterCard e Visa.

Essi promuovono I cosiddetti “manifesti intelligenti” in cui i chip NFC in modalità lettura/scrittura sono integrati all’interno di un manifesto, di un cartellone o di una pagina di una rivista o persino di oggetti tridimensionali. Quando un dispositivo NFC viene posto in vicinanza dell’etichetta, esso legge le informazioni ivi memorizzate, magari un indirizzo web per acquistare i biglietti sul manifesto di un concerto, il menu del giorno con l’opzione di effettuare un ordine su un menu del ristorante o le offerte speciali visualizzate su un display in un negozio.

… e di oggi
In realtà, sono disponibili al momento solo offerte isolate di soluzioni NFC. Le Ferrovie Tedesche stanno attualmente sperimentando il sistema di bigliettazione NFC Touch&Travel. Prima e dopo il viaggio, il passeggero fa passare il proprio terminale mobile su un lettore alla stazione. Deutsche Bahn quindi calcola il percorso effettuato e il prezzo del biglietto che viene dedotto da un conto specificato dal cliente. L’acquisto di biglietti attraverso la tecnologia NFC presso Hanau, nelle vicinanze di Francoforte, o il pagamento presso la biglietteria della metropolitana sono ancora in fase di test.

L’opinione unanime: dal punto di vista tecnico, il sistema funziona perfettamente, il riscontro dei clienti è positivo – tutto ciò che manca sono i terminali abilitati alla tecnologia NFC. Ma sembra che questo stia per cambiare definitivamente: non sono solo Google e Apple che stanno passando alla tecnologia wireless a corto raggio, al Mobile World Congress di quest’anno pressoché tutti i produttori hanno annunciato l’installazione della tecnologia mobile e gli operatori mobili sono attualmente concordi su standard NFC uniformi. Quindi ci sono buoni segni che questa volta non sarà solo un fuoco di paglia.

Nella foto: Bernd Hantsche, responsabile del Centro di Competenza sul Wireless di Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH

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