Что такое NFC метка — как запрограммировать, примеры использования

Одной из современных технологий по праву считается NFC, обеспечивающая совместную работу мобильных устройств. Для этих целей были разработаны специальные NFC метки, с помощью которых производится синхронизация буквально в одно касание. Метки изготавливаются в форме миниатюрных наклеек, стикеров или в другой, более надежной конфигурации. Данный сервис еще не получил широкого распространения. Далее рассмотрим что такое NFC метка, как ее запрограммировать и примеры использования.

Для чего создана технология NFC

Данная технология разработана для смартфона, с целью установки связи с другими устройствами, расположенными на близком расстоянии. Средний радиус действия составляет 4-5 см, что вполне достаточно при беспроводном двустороннем соединении. При этом, обмениваться информацией могут оба прибора, задействованных в цепочке. Данный тип соединения работает независимо от других способов коммуникации – Wi-Fi, Bluetooth, 3G, LTE и т.д. Использование NFC совершенно бесплатно.

Типичным примером этой технологии служат современные банковские карты, оборудованные чипами для бесконтактных платежей. Сюда же входят и социальные карты, применяемые для оплаты проезда в общественном транспорте. Функция NFC поддерживается большинством современных смартфонов с помощью специальных сервисов Google Pay.

Алгоритм работы NFC

В основе лежит принцип электромагнитной индукции. NFC-метки представляют собой электромагнитные катушки, не обладающие собственным источником энергии. Для возникновения тока они должны попасть в зону действия активного устройства с модулем, способным произвести считывание информации. Объемы данных невелики. Чаще это записанный алгоритм, позволяющий запустить определённую функцию на смартфоне. Например:

1. Включение или выключение модуля Wi-Fi.
2. Запуск протокола Bluetooth.
3. Переход по ссылке в браузере.
4. Регулировка громкости динамиков.
5. Изменение уровня яркости экрана телефона.
6. Передача данных владельца.
7. Передача кода, выполняющего роль пропуска или ключа.
8. Банковские карты с NFC используются для оплаты в терминалах.

У NFC, как и у RFID, при обмене есть инициатор и цель, но новая технология позволяет куда больше, чем простой обмен идентификатором и чтение или запись информации цели. Наиболее значимым различием между этими двумя технологиями является то, что у NFC целями часто являются программируемые устройства, такие как смартфоны. Это означает, что можно обмениваться не только статичными данными, но и каждый раз генерировать ответ на запрашиваемую инициатором информацию.

У NFC устройств есть два режима взаимодействия. Если инициатор излучает радиочастотные волны, а цель за счёт инициатора получает питание, то такой режим взаимодействия называют пассивным. При активном режиме у инициатора и цели свои собственные источники питания, и они независимы друг от друга. Данные режимы совпадают с режимами RFID.

NFC устройства также имеют три способа работы. Они могут работать в режиме чтения информации с цели или записи на неё. Они могут эмулировать карты, ведя себя как RFID-метки, когда они в поле другого NFC или RFID устройства. Или они могут работать в режиме peer-to-peer (P2P), в котором они обмениваются данными сразу в обоих направлениях.

Первым главным отличием NFC от RFID является способ взаимодействия peer-to-peer, который реализован с помощью ГОСТ Р ИСО/МЭК 18092. Обмен данными P2P реализуется двумя протоколами — протоколом подуровня управления логической связью (LLCP — logical link control protocol) и простым протоколом обмена данными NDEF (SNEP — simple NDEF exchange format).

Что такое NFC метка

Стандартная нфс метка представляет собой небольшой стикер, толщиной чуть больше листа обычной бумаги. По сути он является круглой антенной на гибкой основе, диаметром примерно 25 мм. Такая наклейка легко и удобно фиксируется в любых местах. Фактически, NFC антенна и есть пассивный микрочип, обеспечивающий бесконтактную коммуникацию. Для работы не требуется никаких энергозатрат, поскольку он не может выполнять передачу информации.

Использовать и программировать метки возможно только с помощью смартфона или айфона, оборудованными встроенным чипом. При его отсутствии, отдельно приобретается внешний NFC модуль, который располагается внутри или снаружи устройства. Для дальнейшей работы с наклейками потребуется установка на телефон специальной программы. Далее, нужно продумать расположение стикеров, используя наиболее удобные места.

Как сделать метку НФС своими руками

Большинство пользователей не хотят самостоятельно настраивать метки, опасаясь повредить её. При этом отсутствие программы делает устройство бесполезным, поскольку оно не будет передавать сигнал. На самом деле NFC метки довольно легко настраиваются при помощи смартфона.

Для этого необходимо использовать специальные приложения. Настроить устройство можно при помощи NFCTools или NFCTasks. Обе программы имеют встроенный английский интерфейс. Но разобраться в них может почти любой пользователь, владеющий базовыми знаниями. К тому же в интернете всегда найдётся переводчик.

Виды меток для оплаты

Все метки изготавливаются по мировому стандарту ISO 14443. Условно, они разделяются на 4 типа, в зависимости от своих характеристик. Они определяются объемом данных и скоростью их передачи. На первый взгляд эти параметры могут показаться недостаточными по сравнению с другими технологиями. Однако, для выполнения одноразовых задач по команде с незначительного расстояния, этого вполне достаточно. Все основные действия выполняет смартфон.

Все микрочипы можно записывать и перезаписывать множество раз, без каких-либо ограничений. Их классификация выглядит следующим образом:

• 1 и 2 типы оборудованы памятью соответственно на 48 байт и 2 кбайт. Передача сигнала осуществляется со скоростью 106 кбит/с.
• Тип 3. Метка без возможности перезаписи. Однако, они способны решать более сложные задачи, а скорость передачи намного выше – 106 кбит/с.
• Тип 4. Наиболее мощный и производительный. Внутренняя память достигает 32 кбайт, а информация может передаваться со скоростью 106-424 кбит/с.

Сценарии использования NFC меток

Вариантов использования меток на практике довольно много, и все они в той или иной степени облегчаются пользование теми или иными устройствами, существенно ускоряют выполнение регулярных рутинных действий. Ниже рассмотрены области, где функция NFC используется чаще всего.

NFC метка вместо пароля от WI-FI

Наиболее простым и популярным вариантом применения NFC является обеспечение быстрого подключения смартфона к сети вай-фай. Это особенно актуально для тех, кто постоянно имеет дело с новыми гаджетами. Если на роутере установлен довольно сложный и длинный пароль, то вводить его вручную каждый раз будет не совсем удобно.

Однако, после программирования определенных действий, данная процедура упрощается. Достаточно близко поднести смартфон к роутеру, и соединение будет тут же установлено. Такая схема идеально подходит в общественных местах, где посетителям предоставляется возможность подключения к беспроводному интернету.

Как пользоваться

Настройка микрочипов, как и их использование, применяется в разных сферах жизни, все зависит от фантазии пользователей. Продвинутая молодежь устанавливает стикеры по всему дому, что однозначно упрощает жизнь. Несколько лайфхаков где грамотно зафиксировать микротэги, с примерами использования:

1. Раздача интернета. Запрограммировать микрочип на раздачу мобильной сети через WI-FI. Затем зафиксировать его на персональном компе или ноутбуке. Допустим такую ситуацию, пропадает проводная сеть, пользователь подносит смартфон к стикеру и запускает раздачу сети через WI-FI. Очень быстро и просто.
2. Ночной режим. Микротэг программируется на запуск смены режима работы смартфона. Чип фиксируется в удобном месте в спальне, после прикосновения к чипу, мобильное устройство автоматически снижает звук, понижает уровень яркости или переходит в бесшумный режим. По желанию можно запрограммировать отдельную метку для активации будильника.
3. В автомобиле.

   
   Очень эффективная штучка для активных водителей, которые используют технологию Bluetooth для общения. В случае входящего звонка, не нужно переключать гаджет вручную, стоит просто поднести мобильник к заранее запрограммированному чипу и подключится беспроводная гарнитура. В одно касание можно включить любимую радиостанцию, плеер или GPS.

4. Быстрый запуск. У вас есть любимые приложения, которыми пользуетесь в одном и том же месте? Микростикеры, запрограммированные на быстрый запуск, откроют любимое приложение, страницу соцсети, электронную почту в одно касание.
5. Оплата покупок. Если зафиксировать одну запрограммированную метку на ПК или ноутбуке, больше не нужно будет вручную искать вкладку онлайн-банкинга, вводить пароль для входа в личный кабинет. Приблизив смартфон к установленному микротэгу, пользователь мгновенно попадет в свой кабинет и сможет произвести быструю и безопасную оплату товара.

Как запрограммировать NFC метку

Перед началом использования NFC метки, она должна быть записана в телефон. Для этого потребуется установка специального приложения, с помощью которого смартфон сможет считывать нужные данные.

Выполнение настроек будет возможно лишь при соблюдении определенных условий:

• Наличие смартфона или планшета с предустановленным модулем NFC.
• Приложение для работы с метками.
• Стикер, установленный в нужном месте.

Как настроить NFC метку на Android

Решение задачи, как программировать NFC метки на смартфоне Андроид, не представляет особой сложности. Все действия выполняются в определенной последовательности:

• Установить стикер с микрочипом на основное место, где он будет постоянно использоваться.
• Войти в Google Play Market и авторизоваться в нем.
• Выбрать одно из приложений: NFC Tools, Trigger, Tag Writer, NFC Tasks или другие. Они могут быть на русском или английском языках.
• Скачать и установить приложение на смартфон с соблюдением всех условий.
• После открытия программы набрать команду для создания требуемой задачи, касающейся установленного стикера. Подтвердить выбор с помощью соответствующей русскоязычной команды.
• После настроек смартфон поднести к стикеру с целью проверки отклика и установки соединения.

Как настроить NFC метку на iphone

Настройки гаджетов iphone считаются более сложными. Полноценное использование меток NFC доступно лишь устройствам следующих серий: XR, XS, 11, 11 Pro, SE 2022 года выпуска. Эти айфоны выполняют все заданные действия полностью в автономном режиме. Более ранние приборы – 7, 8 и Х моделей этой функции лишены и сканер каждый раз приходится открывать вручную.

Архитектура NFC

В архитектуре NFC есть несколько уровней. Самый низкий из них — физический, который реализован ЦПУ и другим аппаратным комплексом, через который происходит взаимодействие. В середине находятся данные о пакетах и транспортный уровень, затем формат данных уровней, и в конце программное обеспечение.

На физическом уровне NFC работает по алгоритму, описанному в ГОСТ для RFID (ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443-2-2014), где говорится о маломощных радиосигналах частотой 13,56 МГц. Затем идёт уровень, который описывает разбивку потока данных на фреймы (ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443-3-2014). Любые радиоконтроллеры, которые используются в телефоне, планшете или подсоединяются к компьютеру или микроконтроллеру, являются отдельными аппаратными компонентами.

Они взаимодействуют с главным процессором посредством одного или нескольких стандартных последовательных протоколов между устройствами: универсальный асинхронный приёмопередатчик (UART), последовательный периферийный интерфейс (SPI), последовательная шина данных для связи интегральных схем (I2C) или универсальная последовательная шина (USB).

Над этим находится несколько протоколов команд RFID, базирующихся на двух спецификациях. NFC чтение и запись меток базируется на оригинальном RFID ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443A. Протоколы Philips/NXP Semiconductors Mifare Classic и Mifare Ultralight и NXP DESFire совместимы с ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443A. Обмен данными P2P NFC базируется на ГОСТ Р ИСО/МЭК 18092.

Они изображены на рисунке выше на уровне с другими управляющими протоколами, так как они используют одинаковый стандарт.

Как записать банковскую карту на NFC метку

Перевести банковскую карточку на бесконтактный вариант можно путем привязки ее к мобильному устройству, оборудованному чипом NFC. Для этой цели более всего подходят следующие сервисы:

• Google Pay. Обеспечивает работу приложений android nfc, применяемых в смартфонах.
• Apple Pay. Предполагает использование только вместе с айфонами.
• Samsung Pay. Фирменное приложение, работающее исключительно с гаджетами Самсунг.

Решение задачи, как записать банковскую карточку на метку, выполняется в следующей последовательности:

• Выполнить вход в приложение, обеспечивающее бесконтактную оплату.
• Нажать на пункт добавления карты.
• Внести реквизиты карточки или отсканировать ее.
• Согласиться со всеми условиями.
• Ввести код, полученный в СМС.

Если привязка выполнена правильно, можно рассчитываться с помощью мобильного устройства во всех торговых точках, где предусмотрена возможность бесконтактной оплаты.

Дистанция чтения нфс метки

Среднее расстояние, обеспечивающее устойчивую бесконтактную связь, составляет 4-5 см. У наиболее продвинутых устройств этот показатель достигает 10 см. Результативная дистанция может изменяться, в зависимости от определенных факторов, влияющих на работоспособность:

• В каждом телефоне установлен НФС считыватель разной производительности.
• Размеры и конфигурация меток должны учитываться перед тем, как пользоваться бесконтактной связью.
• Окружающая среда. Наличие металлических предметов создает серьезное препятствие для бесконтактного соединения.
• Модель микрочипа. Работоспособность браслетов и колец намного выше, чем у обычных наклеек.

NDEF

NDEF используется для форматирования данных обмена между устройствами и метками. Данный формат типизирует все сообщения, которые используются в NFC, причём не важно для карты это или для устройства. Каждое NDEF-сообщение содержит одну или несколько NDEF-записей. Каждая из них содержит уникальный тип записи, идентификатор, длину и поле для информации, которую нужно сообщить.

Есть несколько распространённых типов NDEF-записей:

1. Обычные текстовые записи. В них можно отправить любую строку, они не содержат инструкций для цели, но содержат метаданные об языке текста и кодировке.
2. URI. Такие записи содержат данные об интернет-ссылках. Цель, получившая такую запись, откроет её в том приложении, которое сможет её отобразить. Например, веб-браузере.
3. Умная запись. Содержит не только веб-ссылки, но и текстовое описание к ним, чтобы было понятно, что находится по этой ссылке. В зависимости от данных записи телефон может открыть информацию в нужном приложении, будь то SMS или e-mail, либо сменить настройки телефона (громкость звука, яркость экрана и т.д.).
4. Подпись. Она позволяет доказать, что информация, которая была передана или передаётся, достоверна.

Можно использовать несколько видов записей в одном NDEF-сообщении.

Можно представить сообщение как параграф, а записи — как предложения. Параграф — определённая единица информации, которая содержит одно или несколько предложений. Тогда как предложение — меньшая единица информации, которая содержит всего одну идею. Например, можно в виде абзаца сделать приглашения на день рождения и написать в отдельных предложениях данные о дате, времени и месте проведения, а с помощью NDEF-сообщений передать друзьям напоминание об этом событии, где будет текстовое сообщение с описанием события, умную запись с местом и веб-ссылку с тем, как добраться до этого места.

Второе главное различие между NFC и RFID — формат обмена данными NFC (NDEF — NFC data exchange format). NDEF определяет формат данных в сообщениях, которые в свою очередь состоят из NDEF записей. Есть несколько видов записей, о которых будет рассказано более подробно чуть ниже. NDEF делает возможным с помощью программного кода управлять процессом чтения и записи NFC-меток, обмена данными при помощи peer-to-peer и эмулирования карт.

Где купить NFC метки и сколько они стоят

Наиболее широкий ассортимент меток представлен на площадке Алиэкспресс. Больше всего здесь простых наклеек, продаваемых наборами по 10 штук. В среднем, один такой комплект стоит 220 рублей.

Все производители выпускают метки по одному и тому же протоколу, поэтому и работа осуществляется по одинаковым схемам. Основные отличия чипов заключаются в их конфигурации и нанесенном рисунке. Для наклеек повышенного качества используется более плотная бумага. В качестве примера можно привести наборы от AnyNFC, состоящие из 6-ти наклеек по цене от 312 рублей.

Для необычных или специфических команд предусмотрены недорогие стикеры без рисунков, стоимостью 83 рубля за 6 штук. На них наносится лишь логотип, отображающий беспроводную технологию НФС. После установки и программирования на них наносятся свои рисунки, созданные на компьютере и распечатанные на принтере.

Мои домашние сценарии

Я достаточно активно использую NFC. Многие сценарии могут показаться излишними и даже бестолковыми — тем не менее, они упрощают жизнь именно мне, соответствуя определенным привычкам и особенностям мышления.

Возможно, какие-то из них заинтересуют читателей. Какие-то могут показаться странными. Обсудим?

Прихожая и общий доступ

В качестве основного домашнего маршрутизатора я использую Xiaomi R1D со встроенным накопителем 1 ТБ и дополнительным USB-хранилищем. Под верхней крышкой девайса прячется заводская NFC-метка.

Роутер стоит в шкафу прихожей таким образом, чтобы к нему обеспечивался удобный доступ, но устройство оставалось не на виду. Дело не только в эстетике.

NFC-метка раскрывает гостям пароль от домашней сети Wi-Fi с предоставлением прав на чтение общих папок внутреннего хранилища роутера. Здесь хранятся архивы семейных фотографий, полезные дистрибутивы и учебные материалы.

На рабочем месте

Мой трехметровый рабочий стол — кладезь спрятанных NFC-меток. Каждой соответствует определенный триггер, или целая последовательность действий.

В держателе для смартфона прячется основная: она включает Wi-Fi и запускает цепь обменных процессов — обновление программ, синхронизацию облачных сервисов, архивирование фотографий и скаченных на смартфон файлов на домашний NAS.

Она же останавливает на смартфоне воспроизведение любого контента, будь то музыка, фильм или аудиокнига.

Вторая зона стола предназначена занята 3D-принтером и паяльником. Рядом находится метка, которая заставляет смартфон включить режим громких звонков и автоматический прием входящих. Она же запускает приложение-справочник по электронным компонентам.

Еще одна метка предназначена для теста новых смартфонов. Она предоставляет пароль администратора к Wi-Fi, сохраняет фотографии и скриншоты с устройства в файловый обменник и запускает скачивание пакета программ для тестирования.

Перед телевизором

В подлокотнике дивана прячется метка, которая переводит смартфон в режим вибрации и включает программу MiTVAssistant для управления телевизором.

Соседняя с ней зона прячет еще одну метку, которая включает Bluetooth, спаривает смартфон и ТВ-приставку, а затем включает воспроизведение музыки в Google Music.

В спальне

Здесь все невероятно просто: метка лежит на прикроватной тумбочке. Положил смартфон — выключился звук, беспроводные интерфейсы, включилась экономичная схема питания.

И будильник, конечно, который запускает обратный процесс.

Сейчас я планирую приклеить еще одну рядом с детской кроваткой. При касании она должна будет запускать отдельную программу с детской аудиокнигой.

На кухне

Кухня условно делится на 2 зоны: столовая и собственно место приготовления пищи. Соответственно, схема расположения меток сложнее, чем в спальне.

На холодильнике у входа висит первая метка. Если ее коснуться — смартфон связывается с беспроводной колонкой.

Две других прячется рядом с общим столом. Одна — для смартфона жены, она включает аудиокниги. Вторая — моя, и она заставляет смартфон открыть приложение со свежими новостями и прогноз погоды.

В транспорте

Я не пользуюсь автомобилем, поскольку все мои перемещения сейчас решаются общественным транспортом и такси. Обходится в несколько раз дешевле.

Велосипед — другое дело. В держателе для смартфона на руле тоже спрятана NFC-метка. Закрепил смартфон — запустился навигатор, Bluetooth (соединение с наушниками), выключилась вибрация.

Личные вещи

Триггеры настолько удобны, что им нашлось место в одежде и сумках и даже ежедневнике. В последнем их 2: под лицевой стороной спрятана метка, которая выключает на смартфоне звуки и включает приложение для создания задач. На обратной — метка, которая возвращает все обратно.

В кармане для смартфона рюкзака спрятана метка включения режима громких оповещений и включать режим работы «В кармане», при котором смартфон не реагирует на случайную тряску или быстрые касания. Она же заставляет смартфон запускать аудиоплеер.