Existuje mnoho situácií, keď sú obmedzenia nákladov alebo veľkosti dôvodom, prečo je nepraktické nechať nejaký systém nepretržite napájať pomocou batérií alebo systémov na zber energie z prostredia. Príkladom v sériovej výrobe je značka RFID, ktorá sa používa na identifikáciu výrobkov v dodávateľskom reťazci.

Mnoho dnes používaných značiek výrobkov sú pasívne zariadenia, ktoré obsahujú anténu, vysokofrekvenčné rozhranie, menič energie a pamäť, ale neobsahujú interný zdroj energie. Elektromagnetické pole generované čítačkou RFID poskytuje energiu potrebnú pre značku na spätné odoslanie správy. Prvé generácie RFID značiek používali relatívne jednoduchý protokol, ktorý bol vhodný na čítanie reťazca číslic, ktoré identifikujú jeden produkt.

Zavedenie protokolu NFC (Nearfield Communication) značne rozšírilo schopnosť značiek napájaných bezdrôtovým spôsobom. Spoločnosti Sony a Philips Electronics začali pracovať na tomto štandarde v roku 2002 a vyvinuli protokol, ktorý bol ako štandard schválený ISO a IEC v roku 2003. Krátko nato spolu s výrobcom mobilných telefónov Nokia spoločnosti vytvorili fórum NFC na podporu aplikácií využívajúcich bezdrôtový protokol na krátku vzdialenosť.

Značky sú pri frekvencii 13,56 MHz aktívne, keď sa dostanú do vzdialenosti 10 cm od čítačky. V mnohých praktických aplikáciách sa značka využívajúca NFC dotkne pred začatím transakcie vonkajšej plochy čítačky. V porovnaní s protokolmi, ako je Bluetooth, dochádza k prenosu údajov pomerne nízkou rýchlosťou: od približne 100 kbit/s do niečo viac ako 400bit/s. Dôležitým rozdielom medzi NFC a skoršími protokolmi RFID je podpora bohatších obojsmerných interakcií, ktoré možno šifrovať.

Prenos údajov zo zariadenia, ktoré nie je aktívne, sa dá dosiahnuť pomocou modulácie záťaže – techniky, ktorá využíva induktívne spojenie. Zmena impedancie „počúvajúceho“ zariadenia, ako je značka, spôsobuje amplitúdové alebo fázové zmeny v anténnom napätí vysielacieho zariadenia. Ak sa používa úplná obojsmerná komunikácia, značka a čítačka sa striedajú medzi vysielaním a počúvaním. Tento režim však vyžaduje zdroj energie vnútri značky, zatiaľ čo jednoduché protokoly modulácie záťaže umožňujú použitie pasívnych štítkov bez batérie.

Spracovanie platieb, jedna z prvých kľúčových aplikácií NFC, využíva výhody šifrovania. Dotyk zariadenia s NFC na hornej strane čítačky spĺňa dve dôležité podmienky. Jednou z nich je zabezpečenie bezpečného bezdrôtového spojenia bez potreby vložiť kartu do čítačky, aby sa vytvorilo spojenie pomocou aktívnych plôch (pinov) tradičného čipového terminálu. Druhou je, že vďaka zvukovému alebo optickému signálu, ktorý je potvrdením úspešnej transakcie, poskytuje táto technika používateľovi istotu, že transakcia prebehla správne a kontrolovane.

Z podobných dôvodov si protokol NFC vybrali aj vývojári riešení v doprave. Cestujúcim poskytuje jednoduché možnosti platiť cestovné hneď pri nástupe do vlaku alebo autobusu prostredníctvom dotyku karty alebo vyhradenej značky na vrch čítačky.

V lekárskych aplikáciách, ktoré tiež často vyžadujú podporu šifrovania, poskytuje dotyková interakcia používateľovi kontrolu nad odosielaním alebo získavaním údajov, ako aj možnosť použiť senzory, ktoré nemajú interný zdroj energie. Jednou z aplikácií, ktorá sa nedávno objavila a ktorá tieto možnosti reálne prezentovala, bol UV senzor. Kozmetická spoločnosť L'Oreal po prieskume medzi spotrebiteľmi a vďaka spätnej väzbe zistila, že nalepovateľný kožný senzor, ktorý spoločnosť vyvinula a predstavila v roku 2016, pomohol používateľom demonštrovať správanie, ktoré viedlo k menej riskantnému vystaveniu sa slnečným lúčom.

Na výstave spotrebnej elektroniky začiatkom roku 2018 priniesla L'Oreal ďalšie zariadenie s názvom My UV Patch, ktoré umožňuje dlhodobejšie sledovanie vystavenia sa UV žiareniu. My UV Patch bol prvý elektronický senzor bez batérie, ktorý meral a uchovával údaje o vystavení UV žiareniu až tri mesiace. S hrúbkou menšou ako 2 mm a priemerom menej ako jeden centimeter možno snímač ľahko umiestniť na malú plochu až na dva týždne s jedinou aplikáciou lepidla. Tento senzor bez batérie využíva energiu dodávanú smartfónom s podporou NFC na prenos údajov do aplikácie, ktorú môže používateľ využiť na určenie času, keď je dlhšie vystavený UV žiareniu. Vyhotovenie značky zaisťuje, že údaje zostanú chránené a ich prenos je pod kontrolou používateľa. Vďaka vyhotoveniu bez batérie je značka malá a nenápadná.

V zdravotníctve existujú ďalšie aplikácie pre senzory a NFC. Aplikácia, pre ktorú NXP Semiconductors navrhla NHS3152, je dodržiavanie terapie. NHS3152 s podporou NFC sa pripája k sieti odporových prúžkov, ktoré sú zvyčajne umiestnené pod fóliovým povrchom prúžku liečivých tabliet. Keď sa tableta užije, zariadenie zaznamená pri pretrhnutí fólie a následnej aktivite náhlu zmenu odporu. Tým sa akcia zaznamenáva do čítačky pomocou zabudovaného rozhrania NFC. Aplikácia umožňuje prevádzku s malým zdrojom napájania a zaisťuje prenos údajov iba pri skenovaní schváleným snímačom, čo pomáha zachovávať dôveru medzi pacientom a lekárom.

V aplikáciách v rámci dodávateľského reťazca a distribúcie uľahčuje kombinácia funkčnosti značiek a snímania riešení IoT nasadených do prostredia, v ktorom by boli konvenčné senzorové uzly nepraktické a drahé. Pri preprave potravín je kľúčovou požiadavkou regulovať teplotu a ďalšie faktory okolitého prostredia. Interiér nákladného automobilu môže byť vybavený uzlami monitorujúcimi celkovú úroveň, ale na prenos údajov do aplikácie nemusí poskytovať dostatočne podrobné údaje, ktoré budú detailne mapovať proces. Dôležitým faktorom v týchto aplikáciách je to, že každá zásielka je udržiavaná nad alebo pod určitými kritickými teplotami, ktoré zaručujú jej konzumovateľnosť.

Dnes už možno namontovať senzorový modul, ktorý udržuje pravidelný kontakt s cloudovými servermi prostredníctvom brány namontovanej v nákladnom vozidle, avšak v záujme efektívnosti a optimalizácie to vyžaduje, aby bola celá flotila vozidiel kompatibilná s týmto modulom a chrbticovou sieťou. Dôležitý je aj prístup k údajom o zásielke, keď dosiahne hlavný bod na trase a keď je prevzatá inou doručovacou službou alebo je doručená konečnému zákazníkovi. V týchto bodoch možno údaje o okolitom prostredí zásielky načítať pomocou vyhradených čítačiek.

Preprava potravín a podobné prípady použitia sú teda veľmi vhodné na implementáciu pomocou značiek podporujúcich NFC. Rôzne senzory zaznamenávajú údaje v pravidelných intervaloch alebo pri prekročení hraničných hodnôt; databáza pre každú cestu sa stiahne, keď značka prejde cez RF bránu alebo je naskenovaná prenosnou čítačkou.

V iných prípadoch môžu byť senzory okolitého prostredia namontované v skladoch alebo továrňach. Aj keď sa môže zdať výhodné, aby tieto senzory používali trvalé RF spojenie cez Bluetooth alebo Zigbee, môže to byť nepraktické z dôvodu rušenia inými zariadeniami alebo obmedzenia napájania v týchto lokalitách. Ak zariadenia alebo skladovacie miesta vyžadujú okrem zberu údajov vizuálnu kontrolu, môže byť vhodnejším riešením použitie NFC s prístupom k ich interným databázam.

Podporu na pevné aj mobilné snímanie prostredia pomocou prenosu údajov NFC poskytujú zariadenia, ako je NHS3100 od NXP. Je to integrovaný obvod optimalizovaný na sledovanie teploty a protokolovanie, ktorý obsahuje zabudované rozhranie NFC. Má vlastné snímanie vnútornej teploty a ak je potrebné nezávislé napájanie, podporuje aj priame pripojenie k batérii.

Vďaka takýmto zariadeniam dokáže NFC vyplniť medzery v oblasti internetu vecí, kde je nepretržitá konektivita nepraktická alebo nežiaduca, prípadne pomôcť vytvoriť aplikácie so snímačmi, ktoré nemôžu využívať vnútorné zdroje energie.

  
Ross Murgatroyd
starší globálny produktový manažér
Farnell
www.premierfarnell.com