基于ST25DV04K的NFC功能血壓計改造方案，可與手機快速配對

智能設備與萬物互聯(lián)

在萬物互聯(lián)的智能時代，智能家居與手機的互聯(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)接手機的方式要求了NFC是智能設備不可缺少的功能。本文以智能設備中的血壓計為例子，來一起探究加入NFC功能的血壓計對比傳統(tǒng)的藍牙連接血壓計可以在使用過程中實現(xiàn)怎樣的便利，以及在傳統(tǒng)的血壓計如何快速加入NFC功能，硬件設計該如何做。

傳統(tǒng)的血壓計連接方式

1）首先打開手機上的“運動健康”APP，進入頁面。

2）在首頁找到相應的健康功能，例如：“血壓”，點擊進入。

3）在血壓界面點擊“測量”進入綁定頁面。

4）在眾多血壓計型號中選擇自己購買的型號，點擊“進入配對”（需要打開藍牙）。

5）在血壓計上按壓“記憶”按鈕，手機操作界面點擊“下一步”。

6）等待3-5秒實現(xiàn)藍牙配對。

支持NFC功能的血壓計連接方式

1）打開手機“NFC”、“藍牙”功能。

2）將手機NFC天線位置靠近血壓計即可連接成功。

實際測試下來，傳統(tǒng)方式非常復雜耗時。且在型號選擇頁面，由于血壓計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功能的血壓計配對連接極為方便，整個過程不需要復雜操作，3秒內即可完成連接，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，在電子設備之間進行雙向交互的連接。NFC是RFID(射頻識別)的一種風格，但它還有一個特定的集合，確保nfc設備的互操作性的標準。NFC標準確定操作環(huán)境和數(shù)據(jù)格式、傳輸速率、調制等。NFC在兩個NFC器件之間使用感應耦合，并采用電磁方式工作，設備在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設備可以從另一個NFC設備產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，如標簽，貼紙，鑰匙扣或卡片。

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

在傳統(tǒng)血壓計上加入NFC功能的硬件設計步驟

第 1 步 定義 NFC 設備參數(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 設備機械結構 (讀卡器或標簽天線附近是否有金屬屏蔽，如 PCB 覆銅，鋰電池，金屬外殼等)

· 標簽的類型 (ISO15693, ISO14443)

· 讀卡器性能 (手機 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 手機評估不同天線大小的 NFC 標簽通信距離，搭建產品原型。

第 3 步 確定標簽天線尺寸并設計天線（AN2866）

不同尺寸天線的參考設計在網(wǎng)盤中（含通信距離評估結果），可選擇相近尺寸天線使用。

第 4 步 原理圖與 PCB layout 設計，請參考 ST25D 系列 Nucleo 板原理圖與 PCB 布線。

第 5 步 按照標簽天線電感量 L 設計要求，在天線電感量 L +/-300nH 范圍內加工標簽 PCB 3 款（天線目標電感量： L-300nH，L， L+300nH）。

ST25DV04K的電感量L要求在4.6uH。

第 6 步 標簽天線測量與測試 ，微調天線阻抗匹配或優(yōu)化天線設計(如需要) ，確定最優(yōu)設計。

按照第3步設計制作的天線諧振如下圖：

微調并聯(lián)2pf電容后的天線諧振頻率如下圖：

測試結果如下：

由于最初的天線設計較好，微調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，設計的標簽天線諧振頻率可能會偏差較大，嚴重影響讀卡性能。此時就需要調整阻抗匹配，將諧振頻率調回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)標簽 ST25DV/M24SR)

ST提供基于STM32Cube和ST官方demo的手機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NFC讀取的數(shù)據(jù)，不局限于MAC地址。

而在手機APP端，傳統(tǒng)智能設備廠商已有APP配合設備使用，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。

總結下來，將NFC功能加入傳統(tǒng)的智能設備，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的驅動，APP端再做小的升級即可。

場景應用圖

產品實體圖

展示版照片

方案方塊圖

核心技術優(yōu)勢

ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K設備是NFC RFID標簽，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，可以從直流電源運行。第二種是當ST25DV04K、ST25DV16K或ST25DV64K作為接收到的載波電磁波驅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用戶內存分別包含多達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)寫程序設計(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論壇認證的標簽

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

■ 自定義快速讀存取高達53 Kbit/s

■ 讀取單個和多個塊(擴展命令也是如此)

■ 單塊和多塊寫入(最多4個)(擴展命令也是如此)

■ 內部調諧電容:28.5 pF

3）內存

■ 最多64 kbits的EEPROM(取決于版本)

■ I2C接口訪問字節(jié)

■ RF接口訪問4字節(jié)的塊

■ 編寫時間:

■ 來自I2C:典型的1字節(jié)5ms

■ 從RF:典型的5毫秒為1塊

■ 數(shù)據(jù)保存:40年

■ 寫循環(huán)耐力:

■ 100萬次在25℃寫入循環(huán)

■ 在85℃下寫入600k循環(huán)

■ 105℃下500k寫循環(huán)

■ 在125℃下40萬次寫入循環(huán)

4）快速的傳輸模式

■ 快速數(shù)據(jù)傳輸之間的I2C和RF接口

■ 半雙工256字節(jié)專用緩沖區(qū)

5）能量收獲: 模擬輸出引腳電源外部組件

6）數(shù)據(jù)保護

■ 用戶內存:1到4個可配置的區(qū)域，可通過3個64位RF密碼和1個64位I2C密碼進■行讀寫保護

■ 系統(tǒng)配置:在寫保護由一個64位密碼在RF和一個64位密碼在I2C

7）GPO

■ 可在多個RF事件(場變化、內存寫入、活動、快速傳輸端、用戶設置/重置/脈沖)上配■置中斷引腳

■ 開放漏極或CMOS輸出(取決于版本)

8）低功耗模式(僅10球12針封裝)

■ 輸入引腳觸發(fā)低功耗模式

9）射頻管理

■ RF命令解釋器啟用/禁用從I2C主機控制器

10）溫度范圍

■ Range 6: 從-40到85攝氏度

■ Range 8: 從-40到105攝氏度

■ (僅適用于UDFPN8和UDFPN12)

■ -40 ~ 125℃(僅適用于SO8N和TSSOP8, RF接口最大105℃)

11）封裝

■ 8針，10球和12針封裝

■ ECOPACK2?(通過無鉛認證