基于ST25DV04K的NFC功能血壓計(jì)改造方案，可與手機(jī)快速配對

作者：徐東賢時間：2022-05-25 來源：大大通

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智能設(shè)備與萬物互聯(lián)

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/202205/434461.htm

在萬物互聯(lián)的智能時代，智能家居與手機(jī)的互聯(lián)是極為重要的一環(huán)。華為的Harmony OS系統(tǒng)也是面向萬物互聯(lián)，其通過一碰聯(lián)接手機(jī)的方式要求了NFC是智能設(shè)備不可缺少的功能。本文以智能設(shè)備中的血壓計(jì)為例子，來一起探究加入NFC功能的血壓計(jì)對比傳統(tǒng)的藍(lán)牙連接血壓計(jì)可以在使用過程中實(shí)現(xiàn)怎樣的便利，以及在傳統(tǒng)的血壓計(jì)如何快速加入NFC功能，硬件設(shè)計(jì)該如何做。

傳統(tǒng)的血壓計(jì)連接方式

1）首先打開手機(jī)上的“運(yùn)動健康”APP，進(jìn)入頁面。

2）在首頁找到相應(yīng)的健康功能，例如：“血壓”，點(diǎn)擊進(jìn)入。

3）在血壓界面點(diǎn)擊“測量”進(jìn)入綁定頁面。

4）在眾多血壓計(jì)型號中選擇自己購買的型號，點(diǎn)擊“進(jìn)入配對”（需要打開藍(lán)牙）。

5）在血壓計(jì)上按壓“記憶”按鈕，手機(jī)操作界面點(diǎn)擊“下一步”。

6）等待3-5秒實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙配對。

支持NFC功能的血壓計(jì)連接方式

1）打開手機(jī)“NFC”、“藍(lán)牙”功能。

2）將手機(jī)NFC天線位置靠近血壓計(jì)即可連接成功。

實(shí)際測試下來，傳統(tǒng)方式非常復(fù)雜耗時。且在型號選擇頁面，由于血壓計(jì)種類繁多且外形類似，稍不注意就會錯選型號，返回重新操作。而配有NFC功能的血壓計(jì)配對連接極為方便，整個過程不需要復(fù)雜操作，3秒內(nèi)即可完成連接，對老年人群的使用更為便捷。

NFC簡介

近場通信(NFC)是一種用于提供短程無線通信的技術(shù)，在電子設(shè)備之間進(jìn)行雙向交互的連接。NFC是RFID(射頻識別)的一種風(fēng)格，但它還有一個特定的集合，確保nfc設(shè)備的互操作性的標(biāo)準(zhǔn)。NFC標(biāo)準(zhǔn)確定操作環(huán)境和數(shù)據(jù)格式、傳輸速率、調(diào)制等。NFC在兩個NFC器件之間使用感應(yīng)耦合，并采用電磁方式工作，設(shè)備在13.56 MHz（無線電頻譜的高頻部分的一個無許可證分配）工作。一個NFC設(shè)備可以從另一個NFC設(shè)備產(chǎn)生的磁場中吸取能量。這使一些NFC器件被免除電源和采取微小物體的形式，如標(biāo)簽，貼紙，鑰匙扣或卡片。

NFC主要有四種應(yīng)用場景：手機(jī)、支付、互聯(lián)、參數(shù)交互?；ヂ?lián)也是參數(shù)交互中的一種，由于這種應(yīng)用交互的參數(shù)是固定的藍(lán)牙或者WiFi地址，所以單獨(dú)歸類。今天介紹的方案就是通過NFC功能使手機(jī)快速讀取血壓計(jì)的藍(lán)牙MAC地址，實(shí)現(xiàn)快速配對連接。

在傳統(tǒng)血壓計(jì)上加入NFC功能的硬件設(shè)計(jì)步驟

第 1 步定義 NFC 設(shè)備參數(shù)

· 合理的近場通信距離需求 (通常<10cm)

· 有效的讀卡器天線尺寸與形狀

· NFC 設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu) (讀卡器或標(biāo)簽天線附近是否有金屬屏蔽，如 PCB 覆銅，鋰電池，金屬外殼等)

· 標(biāo)簽的類型 (ISO15693, ISO14443)

· 讀卡器性能 (手機(jī) or 讀卡器？讀卡器天線形狀、尺寸、發(fā)射功率等)

· 其他需求(如能量傳輸功能，多卡操作等)

第 2 步用 reader （ST25R3916-DISCOVERY 或 ST25R3911B-DISCO）或 NFC 手機(jī)評估不同天線大小的 NFC 標(biāo)簽通信距離，搭建產(chǎn)品原型。

第 3 步確定標(biāo)簽天線尺寸并設(shè)計(jì)天線（AN2866）

不同尺寸天線的參考設(shè)計(jì)在網(wǎng)盤中（含通信距離評估結(jié)果），可選擇相近尺寸天線使用。

第 4 步原理圖與 PCB layout 設(shè)計(jì)，請參考 ST25D 系列 Nucleo 板原理圖與 PCB 布線。

第 5 步按照標(biāo)簽天線電感量 L 設(shè)計(jì)要求，在天線電感量 L +/-300nH 范圍內(nèi)加工標(biāo)簽 PCB 3 款（天線目標(biāo)電感量： L-300nH，L， L+300nH）。

ST25DV04K的電感量L要求在4.6uH。

第 6 步標(biāo)簽天線測量與測試 ，微調(diào)天線阻抗匹配或優(yōu)化天線設(shè)計(jì)(如需要) ，確定最優(yōu)設(shè)計(jì)。

按照第3步設(shè)計(jì)制作的天線諧振如下圖：

微調(diào)并聯(lián)2pf電容后的天線諧振頻率如下圖：

測試結(jié)果如下：

由于最初的天線設(shè)計(jì)較好，微調(diào)后的讀卡距離并沒有明顯提升。如果天線尺寸較小或周圍有金屬影響，設(shè)計(jì)的標(biāo)簽天線諧振頻率可能會偏差較大，嚴(yán)重影響讀卡性能。此時就需要調(diào)整阻抗匹配，將諧振頻率調(diào)回13.56Mhz附近，優(yōu)化讀卡性能。

第 7 步系統(tǒng)集成、MCU 固件開發(fā) (I2C 通信，如動態(tài)標(biāo)簽 ST25DV/M24SR)

ST提供基于STM32Cube和ST官方demo的手機(jī)apk文件源代碼。

ST25DV通過I2C與MCU通信，在供電的情況下可以隨時更改被手機(jī)NFC讀取的數(shù)據(jù)，不局限于MAC地址。

而在手機(jī)APP端，傳統(tǒng)智能設(shè)備廠商已有APP配合設(shè)備使用，僅需要在原本的APP上做一次小的升級，接收來自NFC讀取到的NDEF數(shù)據(jù)即可。

總結(jié)下來，將NFC功能加入傳統(tǒng)的智能設(shè)備，客戶需要硬件上在原本的PCB板上加入ST25DV及天線，MCU軟件上合入ST25DV的驅(qū)動，APP端再做小的升級即可。

場景應(yīng)用圖

產(chǎn)品實(shí)體圖

展示版照片

方案方塊圖

核心技術(shù)優(yōu)勢

ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K設(shè)備是NFC RFID標(biāo)簽，分別提供4 Kbit、16 Kbit和64 Kbit電可擦可編程存儲器(EEPROM)。ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K提供兩個接口。第一個是I2C串行連接，可以從直流電源運(yùn)行。第二種是當(dāng)ST25DV04K、ST25DV16K或ST25DV64K作為接收到的載波電磁波驅(qū)動的非接觸存儲器時激活的射頻鏈路。

I2C模式下，ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K用戶內(nèi)存最多為512字節(jié)、2048字節(jié)和8192字節(jié)，可分為4個靈活的可保護(hù)區(qū)域。

在RF模式下，按照ISO/IEC 15693或NFC論壇類型5的建議，ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K用戶內(nèi)存分別包含多達(dá)128塊、512塊和2048塊的4個字節(jié)，它們可以被分割成4個靈活的、可保護(hù)的區(qū)域。

方案規(guī)格

1）I2C接口

■ 雙線I2C串行接口支持1MHz協(xié)議

■ 單電源電壓:1.8V ~ 5.5V

■ 多字節(jié)寫程序設(shè)計(jì)(最多256字節(jié))

2）非接觸式接口

■ 根據(jù)ISO/IEC 15693

■ NFC論壇類型5由NFC論壇認(rèn)證的標(biāo)簽

■ 支持所有ISO/IEC 15693調(diào)制，編碼，副載波模式和數(shù)據(jù)率

■ 自定義快速讀存取高達(dá)53 Kbit/s