汽车电子之NFC技术

柔光的暖阳◎ 2022-05-19 10:53 557阅读 0赞

# **NFC** #

# **背景** #

2003 年，当时的飞利浦半导体(现恩智浦)和索尼公司计划基于非接触式卡技术发展一种与之兼容的无线通讯技术。于是飞利浦派了一个团队到日本和索尼工程师一起闭关三个月，最终研制出了NFC。2004年，两大巨头与昔日手机大佬诺基亚共同创建NFC论坛，开始推广NFC的应用。

在2015年，几个半导体厂商相继推出了专门用在汽车上的NFC芯片，这些芯片不论是从成本、功耗、开发时间上来说，都能够满足在汽车上普及的需求。博通发布了一块NFC芯片BCM89095，与此前的蓝牙芯片相比，NFC芯片的能耗降低了60%，使用的组件数量减少了30%，芯片体积减少了35%，能够适应-40℃~85℃的工作环境。BCM89095的传输速度在100kb/s左右，支持最新的NFC规格。恩智浦（NXP）则在更早的CES上发布了用于汽车的NFC解决方案，包括NCF29A1和NCF3340。NCF29A1上整合了被动无钥匙进入（Passive Keyless Entry，下称PKE）和射频发射器，能够实现车辆的远程控制并作为防盗手段之一;NCF3340是业界第一块用在汽车上基于NFC控制接口的NFC控制器，能够与其他NFC组件实现相互操作，节省厂商的开发时间，让车企能够将NFC应用更快地推广到市场之上。

# **概念** #

NFC,英文全称：Near Field Communication，意即：近场通信。

NFC技术是由非接触式射频识别（RFID）演变而来，其基础是RFID及互连技术。近场通信是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内，有效距离只在10厘米左右。其传输速度有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者424 Kbit/秒三种。

下面看一下NFC、蓝牙和红外之间的差异：

<table> 
 <thead> 
 <tr> 
 <td style="background-color:#f9f9f9;border-color:#dddddd;"> 对比项 </td> 
 <td style="background-color:#f9f9f9;border-color:#dddddd;"> NFC </td> 
 <td style="background-color:#f9f9f9;border-color:#dddddd;"> 蓝牙 </td> 
 <td style="background-color:#f9f9f9;border-color:#dddddd;"> 红外 </td> 
 </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;"> 网络类型 </td> 
 <td> 点对点 </td> 
 <td> 单点对多点 </td> 
 <td> 点对点 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;"> 有效距离 </td> 
 <td> &lt;=0.1m </td> 
 <td> &lt;=10m，最新的蓝牙4.0有效距离可达100m </td> 
 <td> 一般在1m以内，热技术连接，不稳定 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;"> 传输速度 </td> 
 <td> 最大424kbps </td> 
 <td> 最大24Mbps </td> 
 <td> 慢速115.2kbps，快速4Mbps </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;"> 建立时间 </td> 
 <td> &lt;0.1s </td> 
 <td> 6s </td> 
 <td> 0.5s </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;"> 安全性 </td> 
 <td> 安全，硬件实现 </td> 
 <td> 安全，软件实现 </td> 
 <td> 不安全，使用IRFM时除外 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;"> 通信模式 </td> 
 <td> 主动-主动/被动 </td> 
 <td> 主动-主动 </td> 
 <td> 主动-主动 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="border-color:#dddddd;"> 成本 </td> 
 <td> 低 </td> 
 <td> 中 </td> 
 <td> 低 </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

# **原理** #

近距离无线通信

支持NFC的设备可以在主动或被动模式下交换数据。在被动模式下，启动NFC通信的设备，也称为NFC发起设备(主设备)，在整个通信过程中提供射频场(RF-field)，如图2所示。它可以选择106kbps、212kbps或424kbps其中一种传输速度，将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备(从设备)，不必产生射频场，而使用负载调制(load modulation)技术，即可以相同的速度将数据传回发起设备。此通信机制与基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接触式智能卡兼容，因此，NFC发起设备在被动模式下，可以用相同的连接和初始化过程检测非接触式智能卡或NFC目标设备，并与之建立联系。图1为NFC主动通信模式：

![70][]

# **优势** #

安全

NFC技术是一种短距离的无线通讯技术，在13.56MHz频率运行于10厘米距离内，也正是由于NFC的传输距离较短，而且是一种近距离的私密通信方式。

所以从安全性角度，并保留便捷性的基础上考虑显然NFC方式更加安全、可控。而条码支付安全性可以通过技术方案保证，但其终究脱离了物理接触环节仍存在不可控因素。

另外，NFC技术的通信拥有双向鉴权、数据加密等手段，能达到金融级别的安全等级。这是二维码单向通信、有限信息所不能达到的，NFC从技术上保证了造假无法实施。

便利

![70 1][]

经过了支付宝和微信支付的多年用户教育，大家都已习惯了二维码的流程，不再感觉使用二维码是件多麻烦的事。掏出手机、解锁屏幕、打开 app、点击扫描二维码、瞄准手别抖、等待那一声滴，一切都是那么地自然。

而使用NFC只需碰一下刷卡器，手机屏幕自动被唤醒，直接输入密码即可。，3秒内完成。而影响二维码识别成功率的因素有很多，例如扫码的距离、角度，光线的明暗等。

在共享单车的应用中，使用配备NFC智能锁的共享单车，就如手机刷地铁一样。掏出手机后，不需要任何操作，只需直接触碰车锁位置，单车“嘀”地一声就开锁。整个过程不再需要扫码等待，不再需要打开任何APP，甚至不需要手机联网。

# **模式** #

NFC的工作模式

NFC支持如下3种工作模式：读卡器模式（Reader/writer mode）、仿真卡模式(Card Emulation Mode)、点对点模式（P2P mode）。

下来分别看一下这三种模式：

（1）读卡器模式

这是一种主动模式，在主动模式下NFC终端可以作为一个读卡器，发出射频场去识别和读/写别的NFC设备信息。

数据在NFC芯片中，可以简单理解成“刷标签”。本质上就是通过支持NFC的手机或其它电子设备从带有NFC芯片的标签、贴纸、名片等媒介中读写信息。

通常NFC标签是不需要外部供电的。当支持NFC的外设向NFC读写数据时，它会发送某种磁场，而这个磁场会自动的向NFC标签供电。

（2）仿真卡模式

这是一种被动模式，这个模式正好和主动模式相反，此时NFC终端则被模拟成一张卡，它只在其他设备发出的射频场中被动响应，被读/写信息。

数据在支持NFC的手机或其它电子设备中，可以简单理解成“刷手机”。本质上就是将支持NFC的手机或其它电子设备当成借记卡、公交卡、门禁卡等IC卡使用。基本原理是将相应IC卡中的信息凭证封装成数据包存储在支持NFC的外设中 。

在使用时还需要一个NFC射频器（相当于刷卡器）。将手机靠近NFC射频器，手机就会接收到NFC射频器发过来的信号，在通过一系列复杂的验证后，将IC卡的相应信息传入NFC射频器，最后这些IC卡数据会传入NFC射频器连接的电脑，并进行相应的处理（如电子转帐、开门等操作）。

（3）点对点模式

这是一种双向模式，在此模式下NFC终端双方都主动发出射频场来建立点对点的通信。相当于两个NFC设备都处于主动模式。

该模式与蓝牙、红外差不多，用于不同NFC设备之间进行数据交换，不过这个模式已经没有有“刷”的感觉了。其有效距离一般不能超过4厘米，但传输建立速度要比红外和蓝牙技术快很多，传输速度比红外快得多，如果双方都使用Android4.2，NFC会直接利用蓝牙传输。这种技术被称为Android Beam。所以使用Android Beam传输数据的两部设备不再限于4厘米之内。

点对点模式的典型应用是两部支持NFC的手机或平板电脑实现数据的点对点传输，例如，交换图片或同步设备联系人。因此，通过NFC，多个设备如数字相机，计算机，手机之间，都可以快速连接，并交换资料或者服务。

# **汽车电子的应用** #

NFC与[蓝牙][Link 1]类似，只不过通讯距离相比[蓝牙][Link 1]要短很多，英文全称Near Field Communica[TI][]on，因而学名又叫近距离无线通信，允许不同的电子设备之间进行非接触式的点对点数据传输，有效距离只在10厘米左右。现在公交卡上和一些手机支持App用的就是NFC技术。虽然传输距离极短，但是NFC最大的优点在于交互过程十分简单。同样是将手机与车机进行连接，用蓝牙的话，那么要从设置中打开手机与车机的蓝牙，然后搜寻到指定设备进行配对才能够连接。而NFC只要让手机靠近车机的NFC芯片位置，进入到有效距离以内，就会在手机上出现连接画面，你要做的也只是轻敲页面而已。建立连接之后，就能够传输音乐视频等媒体文件，也可以将手机导航App上设定的路径传递到车机之上。

NFC在汽车上另外一个应用场景是车钥匙。NFC的能耗很低，因而可以被植入到车钥匙之中，用于解锁车门。再进行延伸，还可以在设备中存储一些个性化的设置，比如座椅位置、喜好的音乐和电台节目等，也可被用于进行身份验证、读取车辆信息等。另外一种解决方案是将具备NFC功能的手机变成车钥匙，在一些需要灵活度的场景之中，比如汽车共享、汽车租赁和车队管理等方面，NFC就是一个很好的解决方案。

NXP提供的NFC编写应用允许你写入和读取标签，同时，你可以存储联系人、书签、地点、蓝牙切换、短信、电子邮件地、短信、切换键设置等众多信息。所有这些都是免费的。

主要功能：

1. 可以轻松创建联系人和书签标签。

2. 使用NFC数据编辑器可以轻松创建新内容。

3. 可以将二维码转化为NFC数据。

4. 浏览已存在标签的内容。

5. 导入，导出和共享NFC数据。

NFC读写软件APP(手机端)网址：

[http://www.nfchome.org/nfc-tagwriter-cn.html][http_www.nfchome.org_nfc-tagwriter-cn.html]

[70]: /images/20220519/ec7d63597f9c4a90b1347d0945e439fa.png
[70 1]: /images/20220519/76a433f16e234362a969eee1117fdb0b.png
[Link 1]: http://www.elecfans.com/tags/%E8%93%9D%E7%89%99/
[TI]: http://bbs.elecfans.com/zhuti_715_1.html
[http_www.nfchome.org_nfc-tagwriter-cn.html]: http://www.nfchome.org/nfc-tagwriter-cn.html