Arduino硬件之NCF技术(近场通信技术)
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Android硬件之NFC技术
NFC(Near Field Communication,近场通信),是一种数据传输技术。但是,与Wi-Fi、蓝牙、红外线等技术最主要的差异就是有效距离,NFC的有效距离很短,一般不超过10厘米。
Android 2.3.1( API Level = 9 ) 开始支持NFC技术,但Android 2.x 和 3.x 对NFC的支持非常有限。而从Android 4.0 ( API Level = 14 )开始,Google 开始向NFC发力,NFC技术在Android中得到了更进一步的支持。尤其是4.1,可以利用NFC技术传递较大的数据(NFC会利用蓝牙结合进行大数据量的传输)
NFC的工作模式:
- 读卡器模式(Reader / Writer Mode)
- 仿真卡模式(Card Emulation Mode)
- 点对点模式(P2P Mode)
读卡器模式:
读卡器模式本质上就是通过NFC设备(比如支持NFC的Android手机)从带有NFC芯片的标签,贴纸,明信片,报纸,名片等媒介读取信息,或者将数据写到这些媒介中。贴有NFC贴纸的产品在市面上很常见。
仿真卡模式:
仿真卡模式就是将支持NFC的手机或者其他电子设备当成借记卡、信用卡、公交卡、门禁卡等IC卡使用。基本原理就是将相应IC卡中的信息(支付凭证)封装成数据包存储在支持NFC的手机中。在使用时,还需要一个NFC射频器(相当于刷传统IC卡使用的刷卡器)。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,在通过一些列验证后,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。
点对点(P2P)模式:
该模式与蓝牙、红外线差不多,可以用于不同NFC设备之间进行数据交换,只是NFC的点对点模式有效距离更短(不能超过10厘米),而且传输建立速度要比红外线和蓝牙技术快很多。
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,下载音乐、交换图片、同步设备地址薄。因此,通过NFC,多个设备如数字相机,PDA,计算机,手机之间,都可以快速链接并交换资料或者服务。
NFC、蓝牙和红外线的比较
NFC |
蓝牙 |
红外 |
|
网络类型 |
点对点 |
单点对多点 |
点对点 |
使用距离 |
≤0.1m |
≤10m |
≤1m |
传输速度 |
106、212、424、868、721、115Kbps |
2.1 Mbps |
~1.0 Mbps |
建立时间 |
< 0.1s |
6s |
0.5s |
安全性 |
具备, 硬件实现 |
具备,软件实现 |
不具备, 使用IRFM 时除外 |
通信模式 |
主动-主动/被动 |
主动-主动 |
主动-主动 |
成本 |
低 |
中 |
低 |
NFC标签
不同的NFC标签之间差异很大,有的比较简单,只支持简单的读写操作,有的会将标签设计成只读变成类似光盘一样。有的比较复杂,比如有的可以通过硬件加密限制你的访问区域。
Android SDK API 主要支持NFC论坛标准,这种标准被称为NFC数据交换格式,简称NDEF(NFC Data Exchange Format )。
NFC的三重过滤机制
在一个NFC设备读取NFC标签或另一个NFC设备中的数据之前会在0.1秒之内建立NFC连接,然后数据会自动从被读的一端流向取数据的一端。数据接收端会根据具体的数据格式和标签类型调用相应的Activity(这种行为也称为Tag Dispatch)。这些Activity都需要定义Intent Filter。这些Intent Filter中就会指定不同的过滤机制,分为3个级别。因此,也称为NFC的三重过滤机制。
三重过滤机制:
- NDEF_DISCOVERED:只过滤固定格式的NDEF数据。例如,纯文本、指定协议(http、ftp、smb等)的URI等。
- TECH_DISCOVERED:当ACTION_NDEF_DISCOVERED指定的过滤机制无法匹配Tag时,就会使用这种过滤机制进行匹配。这种过滤机制并不是通过Tag中的数据格式进行匹配的,而是根据Tag支持的数据存储格式进行匹配。因此这种过滤机制的范围更广。
- TAG_DISCOVERED:如果将NFC的过滤机制看成是if……else if……else语句的话,那么这种过滤机制相当于最后的else语句。前面两种过滤机制都失败了,系统就会利用这种过滤机制来处理。这种过滤机制用来处理未识别的Tag(数据格式不对,而且Tag支持的格式也不匹配)。
Android系统会一次匹配上述三种过滤机制,如果通过三重过滤机制仍然无法匹配Tag,就什么也不做。通常在成功匹配Tag后,Android设备会发出比较清脆的声音,而未成功匹配Tag,就会发出比较沉闷的声音。
注意事项:
- 设置权限
- 限制安卓版本
- 限制安装的设备的硬件
android:required="true" />
- Android Beam技术
对于在Android 4.1以后,NFC传递数据较大时,可以使用Android Beam 技术,此技术会通过NFC启用蓝牙,会利用蓝牙结合进行大数据量的传输。(此时的蓝牙无需匹配,直接在内层就被调用了)
用于描述NDEF格式数据的两个重要的类
NdefMessage:描述NDEF格式的信息
NdefRecord:描述NDEF信息的一个信息段
这两个类是Android NFC技术的核心类,无论读写NDEF格式的NFC标签,还是通过Android Beam技术传递Ndef格式的数据,都需要这两个类。
向NFC标签写入数据的步骤
- 获取Tag对象
Tag detectedTag = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);
- 判断NFC标签的数据类型(通过Ndef.get方法)
Ndef ndef = Ndef.get(tag);
- 写入数据
ndef.writeNdefMessage(ndefMessage);
例子:通过NFC自动启动Android应用程序
程序地址:https://github.com/sadaharusong/AutoNFC/
此例子,先获取本机中安装的所有程序,然后选择之后,需要将对应的NFC标签或者贴纸靠近手机,然后就会自动启动。
NDEF的规范
需要与NFC标签传递数据时,需要一定的格式,也就是NDEF的各种格式规范:
在网址:http://www.nfc-forum.org/specs/spec_dashboard 中。
其中,这些规范十分常用:
Android Beam
Android Beam的基本理念就是两部NFC设备靠近时,通过触摸一部NFC设备的屏幕,将数据推向另外一部NFC设备。PS:在传递过程中需保持较近的距离。