Schwerpunkte

Auslesen und Parametrieren

Die NFC-Alternative

25. Januar 2018, 00:00 Uhr   |  Richard Schmidmaier


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

Kleiner, besser, günstiger

Near Field Communication (NFC) ist hier eine interessante Alternative: Mit Hilfe eines passiven und preisgünstigen ‚Connected NFC Tag‘-Chips im Gerät können 2 kByte oder mehr an Konfigurationsdaten von einem handelsüblichen NFC-Smartphone in das Gerät übertragen werden. 

Dies funktioniert passiv, das Gerät muss selbst also nicht mit Strom versorgt sein. Für batteriebetriebene Geräte ist das ein großer Vorteil gegenüber Bluetooth oder WiFi, da die NFC-Kommunikation keine Leistung aus der Batterie entnimmt. Für Netzspannungs-betriebene Baugruppen besteht der Vorteil darin, dass Anwender die Parametrierung vor dem ersten Einschalten vornehmen können, und damit eine definierte Einschalt-Charakteristik festgelegt werden kann.

Da die NFC-Signale auch Kunststoff- oder Glasflächen durchdringen, kann das Gerät wasser- und staubdicht verschlossen werden, hohe IP-Schutzklassen erreichen und damit Korrosion durch Wasser, Schmutz und Chemikalien vermeiden. Im Vergleich mit DIP- oder Drehwahlschaltern bietet NFC die Möglichkeit, wesentlich mehr Parameter zu konfigurieren, ohne die Frontplatte zu vergrößern. Um 10 Byte mit Schaltern zu konfigurieren, benötigt man eine Fläche von circa 22 cm². Eine NFC-Antenne ist mit circa 6 cm² wesentlich kleiner – und damit lassen sich nicht nur 10 Byte, sondern 2 kByte an Parametern programmieren. Zusätzlich erhält der Benutzer eine Erklärung der Parameter auf dem Smartphone-Bildschirm oder kann sogar die komplette Bedienungsanleitung des Geräts nachlesen.

Die Parametrierung muss nicht der Benutzer vornehmen – eine kundenspezifische Programmierung kann auch der Hersteller durchführen, in vielen Fällen sogar durch die Produktverpackung hindurch. Etwa wenn er das zu parametrierende Gerät mit Standardparametern gefertigt, verpackt und auf Lager gelegt hat. Sobald eine Kundenbestellung mit bestimmten Parametern eintrifft, werden diese über ein NFC-Smartphone oder einen industriellen NFC-Reader/Writer in den Chip des Geräts geschrieben. Dies spart Lagerhaltungskos-ten, da ja nur eine Sorte von Geräten ge-lagert werden muss und erst unmittelbar vor der Auslieferung verschiedene Gerätevarianten daraus gemacht werden.

1_Connected NFC-Tag
© NXP Semiconductors

Ein ‚Connected NFC Tag‘und ein NFC-Smartphone mit entsprechender App ermöglichen Parametrierung, Diagnose und Firmware-Updates über NFC.

Auch als Diagnose-Schnittstelle eignet sich NFC: Status-Informationen und Fehlercodes können per Smartphone mit einem simplen Antippen ausgelesen werden oder indem man das NFC-Smartphone in die Nähe (ein paar Zentimeter) des Geräts bringt.  Auch hier muss das Gerät beziehungsweise die Baugruppe nicht mit Strom versorgt sein, sodass man NFC auch zur Post-mortem-Analyse einer Baugruppe einsetzen kann, die nicht mehr bootet. Firmware-Updates sind ebenfalls per NFC möglich, auch hier ohne Stromversorgung. Trotz all dieser zusätzlichen Möglichkeiten und Vorteile kosten ‚Connected NFC Tag‘-Chips weniger als ein DIP-Schalter. 

Zwei Komponenten ermöglichen die Pa-rametrisierung und Diagnose von Geräten:

  • Ein ‚Connected NFC Tag‘-Chip (zum Beispiel ‚NTAG I²C plus‘) im Gerät. Er ist einerseits per I²C-Bus an der MCU angeschlossen und andererseits mit einer kleinen NFC-Antenne verbunden, die als Leiterbahn-Spule mit drei bis fünf Windungen ausgeführt werden kann
  • Ein NFC-Smartphone mit einer auf das Gerät abgestimmten App oder ein dedizierter NFC-Reader.
Developer Kit NTAG I2C
© NXP Semiconductors

Das Developer Kit ‚NTAG I²C plus kit for Arduino pinout‘ erleichtert das Entwickeln.

Der Chip NTAG I²C plus bietet ein EEPROM mit 2 Byte, das sowohl von der MCU via I²C-Bus als auch von der NFC-Seite mit NFC-Smartphones und NFC-Readern gelesen und beschrieben werden kann. Zusätzlich wird aus dem NFC-Feld des Smartphones Energie gewonnen, mit der man die Baugruppe (oder einen Teil davon) mit bis zu 15 mW versorgen kann, solange das NFC-Feld anliegt. Ein weiteres Signal – Field detect – kann bei der MCU einen Interrupt auslösen, sobald ein NFC-Phone in Reichweite ist. 

Für die Parametrierung nimmt der Benutzer alle Einstellungen in der App des Smartphones vor und berührt dann mit dem Smartphone das Gerät beziehungsweise die Baugruppe. Die App schreibt nun via NFC die Konfigurationsdaten in das EEPROM des ‚NTAG I²C plus‘. Beim nächsten Boot-Vorgang (oder getriggert durch das Field-Detect-Signal auch sofort) liest die MCU via I²C-Bus die Parameter aus dem Chip und konfiguriert das Gerät.

Bei der Diagnose ist der Vorgang ähnlich, nur in umgekehrter Reihenfolge: Während der Laufzeit schreibt die MCU Daten in das EEPROM des Chips, die später (auch bei ausgeschaltetem oder defektem Gerät) mit dem Smartphone ausgelesen und in der App dargestellt werden können. Dies können Fehlercodes sein, Benutzungs-Statistiken, Betriebsstundenzähler, Firmware-Versionen, Seriennummern und vieles mehr.

Da Firmware-Updates typischerweise mehr als 2 kByte umfassen, wird hier anstatt des EEPROMs ein 64-Byte-SRAM-Puffer verwendet, der ebenfalls im ‚NTAG I²C plus‘ enthalten ist. Das wesentlich schnellere SRAM ermöglicht es, die Firmware vom Smartphone oder dem dedizierten NFC-Reader in Blöcken von 64 Byte an die MCU weiterzugeben. Dabei werden Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 40 kbit/s erreicht. Das Gerät beziehungsweise die Baugruppe kann dabei stromlos sein, da die MCU durch den NFC-Chip mit Energie versorgt wird. 

Durch das NFC Forum – eine öffentliche Plattform für die Förderung der Nahfeldkommunikation – wurde mit NDEF (NFC Data Exchange Format) das Datenformat und der Inhalt von NFC-Tags definiert. Damit lassen sich weitere Informationen in einem Connected NFC Tag ablegen, die dann bei jedem standard-konformen NFC-Smartphone eine definierte Aktion auslösen: Zum Beispiel kann man eine URL zur Bedienungsanleitung hinterlegen oder eine vordefinierte App starten.

Seite 2 von 6

1. Die NFC-Alternative
2. Kleiner, besser, günstiger
3. Smartphone-Auswahl fast unbeschränkt
4. Entwicklung leicht gemacht
5. Sicherheit nach Maß
6. NFC-Produkte auf dem Markt

Auf Facebook teilenAuf Twitter teilenAuf Linkedin teilenVia Mail teilen

Verwandte Artikel

Phoenix Contact GmbH & Co KG, NXP Semiconductors Germany