Официальный дистрибьютор
  • imc
  • POWER TEST
  • KMT
  • MAGTROL
8 (495) 308-90-60

Внимание! Произошел сбой в оборудовании телоператора, просим
направлять запросы на электронную почту или заявки на сайте

Контакты
Телефон
+7 (495) 308-90-60
Почта
Адрес
г. Москва, 2-й Кожуховский пр-д, д. 29, к. 2, стр. 16

Что такое NFC

NFC, телеметрия и сенсорные сети

Технология NFC в последнее время все чаще упоминается, когда речь идет об онлайн платежных системах Samsung Pay и Android Pay и сравниваются современные смартфоны. Скорее всего, Вам знаком этот термин, но хотелось бы знать что такое NFC в деталях. Мы расскажем, что это такое и коснемся связанных с этой технологией направлений RFID, Интернет вещей, Индуктивно-связанная телеметрия и Сенсорные сети. Последние имеют постоянно расширяющийся диапазон применений и перспектив. В частности:

  • дистанционный (телеметрический) контроль и диагностический мониторинг состояния машин и промышленного оборудования;
  • обеспечение перехода к ремонтно-техническому обслуживание машин и оборудования по их фактическому состоянию (оценка реального ресурса надежности);
  • мониторинг технологических линий и производственных процессов;
  • телеметрия (энерго-независимая) для научно-технических исследований и разработок сложных технических комплексов и систем.

В нескольких казалось бы не связанных между собой областях окружающей нас информационно-технологической инфраструктуры появляются новые системы и устройства со своей терминологией и своими применениями. Объединяет их то, что они опираются на электромагнитную индукцию, радиосвязь и микроэлектронику.

RFID и телеметрия

Родившаяся в задачах дистанционного распознавания объектов радиолокаторами, развивается технология RFID (абревиатура от Радио-Частотная-ИДентфикация Radio_Frecuancy-IDentification). Она появилась во второй половине 20-го века и интерес к ней стимулировался задачами обороны. Схематично можно представить такую систему состоящей из приемника радиосигнала с функцией передачи энергии на идентифицируемый объект и передатчика, который передавал записанную в него информацию приемнику. В ставшем классическим примере приводится эксперимент У. Брауна (1976 г.), в котором идентифицируемому объекту, находящемуся от излучателя на расстоянии полутора тысяч метров пучком СВЧ-волн была передана энергия в несколько десятков кВт. Используя так называемые антенны-выпрямители, эту энергию можно было преобразовать в электричество и сформировать и передать приемнику в ответ любую требующуюся информацию.
Спустя полвека развития RFID-технологии она монополизировала самый массовый способ идентификации различных товаров и её называют теперь не иначе как умный штрих-код, который она постепенно и вытеснит. Передатчики в этой технологии теперь имеют размер сравнимый с толщиной бумажного листа, поэтому к ним применим термин метка-тег, а их стоимость измеряется десятками центов (несколько рублей). С углублением миниатюризации в электронике, например, за счет топологических транзисторов, размер транзистора станет сравнимым с размером атома, и микросхемы передатчиков можно будет рассматривать если не в микроскоп, то уж точно через лупу. Энергопотребление таких супер-микро-схем будет еще меньше чем у КМОП-транзисторов, так что набрать энергию для передачи данных такие микросхемы будут в состоянии из окружающей среды (свет, тепло, шум, вибрации, электромагнитный фон и др.) Мощные передатчики энергии Брауна для этих целей будут не востребованы.
В системах RFID считывающее устройство  взаимодействует с чрезвычайно простым передатчиком, который может быть интегрирован в широкий класс объектов и содержать в себе и передавать уникальный идентификационный ID-код.

Могут ли RFID-метки применяться в телеметрии таких трудно доступных объектов, как вращающиеся валы, например?

nfc метка

 А почему бы и нет? Поставьте 1 тег на одном конце нагруженного вала, и второй на другом конце, а выходы считывающих RFID-устройств подайте на фазовый детектор. Разность фаз возникает из-за торсионной деформации вала под действием передаваемого крутящего момента от привода к исполнительному устройству. Пределы применимости такой схемы зависят от свойств выбранных меток, считывателей и требований по точности дистанционного измерения, например, крутящего момента. Ясно, что обычные метки на металле работать не могут, но сейчас легко купить по цене 100-200 рублей специальные RFID/NFC-теги для приклеивания к металлу.
Очевидно, что при больших диаметрах вала и малых нагрузках скручивание вала будет настолько малым, что сигнал фазового детектора утонет в шумах вокруг нулевого значения.
К задаче измерении крутящего момента методами телеметрии (беспроводных дистанционных измерений) мы еще вернемся ниже в этом обзоре.

NFC и личные финансы

Другим параллельно развивающимся направлением является технология коммуникации в ближнем поле NFC (Near_Field_Communication).
Ближнее поле, простирается на сантиметры между катушками приемника и передатчика, и для задач этой технологии большего расстояния между приемником и меткой/тегом не только не требуется, но и не желательно, так как речь идет о финансовых транзакциях, в которых конфиденциальность и защищенность стоит на первом месте. Как ясно из сказанного, метки в этой технологии располагаются на платежных картах, а приемниками являются, например, кассовые аппараты, которые могут накапливать фискальную информацию и если не мгновенно, то хотя бы раз в месяц передавать данные о продажах в налоговые органы. Сами приемники сегодня являются модифицированными планшетами на ОС-Андройд, и если не позаботиться о блокировке рекламы, могут предложить кассиру отдохнуть от суеты где нибудь на Канарах, что пользователя старых клавишных кассовых аппаратов может ввести в настоящий ступор.
Одной из задач NFC является задача идентифицировать нас по нашим активированным картам и устройствам вроде умных часов (и, соответственно, по нашим банковским счетам и другой личной информации).
Чуть более новый - и, по общему признанию, более заманчивый - вариант использования NFC с Вашим смартфоном или даже с Вашими умными часами, это способ оцифровки и удобного использования всего вашего кошелька.
Google Кошелек Android Pay позволяет владельцам Android легко проводить транзакции через NFC.
Система Samsung Pay, которая работает аналогичным образом, доступна для пользователей телефонов Samsung в США а так же в Великобритании и некоторых других регионах.
Телефоны Apple от iPhone 6 и iPhone 6 Plus и далее также имеют функциональность NFC, как и Apple Watch и Apple Watch 2, хотя пока и с ограниченным применением, поскольку они используются только в Apple Pay.
Это очень похоже на Android Pay, так как приложение дает владельцам кредитных и дебетовых карт возможность связать их, а затем использовать свой телефон во взаимодействии с бесконтактными считывателями.
Наконец, те, кто предпочитает Windows 10 Mobile от Microsoft, смогут использовать личные финансы - Microsoft Wallet, хотя в настоящее время, возможно, это доступно только в США.
Какое бы устройство Вы ни использовали, почти наверняка местный супермаркет, железнодорожный вокзал, аэропорт, сервис-такси или кафе поддерживают бесконтактные платежные операции через чип NFC вашего телефона. Просто поднесите его к терминалу бесконтактных платежей, и мгновенно, как с помощью кредитной карты, платеж будет совершен.
Но функциональность NFC на телефонах не ограничивается платежами. Существует, например, Android Beam, который был реализован еще в 2011 году в Android Ice Cream Sandwich 4.0 как изящный, простой процесс, который позволяет передавать фотографии, контакты и сообщения, удерживая два телефонных аппарата вместе.
Как ни странно, даже в видео-играх и игровых фигурках наблюдается внедрение этой беспроводной технологии. Amiibo, Skylanders и Disney Infinity от Nintendo по сути являются коллекционными игрушками, но "под капотом" спрятана технология NFC, предлагающая новые функциональные возможности, ранее не встречавшиеся в видео-играх.
ФОТО:
Размахивая этими фигурками над игровыми консолями или аксессуарами, игроки могут «зарегистрироваться» в игре, оживляя фигуры, активируя некоторые уникальные функции. Amiibo Nintendo Amiibo на основе NFC привносит новые функциональные возможности в статуэтки В Skylanders, эти фигурки могут быть связаны с игрой, чтобы добавлять новых персонажей для игры. Чипы NFC обладают способностью хранить внутри пользовательские данные игроков, такие как очки, уровень опыта, прогресс и индивидуальные настройки.

Другое практическое использование этой бесконтактной электронной технологии - работа с динамиками Bluetooth и наушниками. Многие устройства промаркированы логотипом NFC, а это значит, что, подсоединив смартфон к устройству с поддержкой NFC, вы сможете подключаться через Bluetooth гораздо быстрее, чем подключая устройства вручную. Заинтересовались ли Вы в том, чтобы использовать NFC всесторонне? Это так же просто, как запуск телефона, но сначала Вам нужно выяснить, совместимо ли ваше устройство с терминалами бесконтактных электронных платежей и пассивными метками/тегами NFC, подробно описанными выше.
Хорошие новости
Список совместимых устройств ошеломляюще растет со временем. Можно с уверенностью сказать, что если Вы приобрели смартфон в последние несколько лет, база для того чтобы начать использование этой технологии в нем уже имеется.

NFC и телеметрия

И здесь мы снова вернемся к телеметрии, измерению крутящего момента, как одной из задач, от решения которой зависит экономичность и безопасность автомобилей и вертолетов, самолетов и космических кораблей, скоростных железнодорожных экспрессов и подводных лодок.
Часто для точного измерения крутящего момента и других физических величин требуется бесконтактная передача данных с аналоговых датчиков, таких как тензорезисторы, датчики давления термопары и т.д. При работе бесконтактной телеметрии серии TEL1 используется тот же принцип, который лежит в основе работы технологии NFC в Вашем смартфоне. В специальном устройстве (головке), которая одновременно является и источником питания и приемником, интегрирован тот же самый узел, который используется в смартфонах и считывателях карт c NFC. Головка для телеметрии генерирует мощное электромагнитное поле, которое в свою очередь создает ток в катушке питания телеметрии на валу. Также в этой головке находится и приемное устройство, которое принимает данные с датчика после преобразования аналогового сигнала в цифровой с помощью АЦП на валу.


А вот так выглядит АЦП, который устанавливается на вал и является своего рода инновацией компании КМТ.

Бесконтактное измерение
АЦП может быть также выполнен на гибкой плате и выполнять те же функции с очень высокой скоростью обработки данных.
гибкая печатная плата

Хотите узнать больше как работает телеметрия?

Более подробно об этом можно прочитать в статье как работает телеметрия.

Интернет вещей

Эти технологии, регламентируемые множеством стандартов, находят все больше применений и являются основой направления, называемого "Интернет вещей". В результате появления миниатюрных интегральных сетевых передатчиков каждый предмет имеет шанс стать умным. Это относится и к роботам, которые по мнению футурологов вытеснят нас сначала из производственных процессов, а дальше все будет зависеть от их электронной "морали".
Например, стиральная машина может считывать, с меток на одежде информацию о режимах стирки, а холодильник - мониторить запасы продуктов и сроки годности и оформлять заказы продуктов через интернет. Представленные технологии преображают практически все бизнес-процессы от управления торговлей до здравоохранения. Обсуждаемая в начале статьи RFID отнюдь не является новой технологией. Передатчики на ей основе использовались на самолетах со времен второй мировой войны как средство идентификации в радарах радиолокационного обнаружения. Однако микросхемная архитектура стала столь совершенной, что стало возможным и даже часто рентабельным снабжать такими метками товары в магазинах для контроля покупок на выходе. Более умные метки могут передать уже не только бинарную информацию (оплачен/неоплачен) о товаре, но о и его подлинности, прохождении через таможню и пр. Ценность умных меток многократно возрастает, когда они интегрируются с приемником спутникового позиционирования, или могут использовать BlueTooth или WiFi сигналы для передачи данных о местонахождении.

Индуктивно-связанная телеметрия.

Возможность использовать в качестве меток датчики давления,температуры, деформации и передавать дистанционно их выходные сигналы в системы сбора данных с датчиков открывает новые перспективы применения представленных технологий. Это особенно актуально, когда метки находятся, например, на вращающемся валу вертолета, лопатках винта или на объекте испытаний в Арктике или в космосе, а обработка данных ведется в офисе с максимальным комфортом операторов, проводящих испытания.
Датчики могут быть запитаны индукционным способом, что важно для движущихся/вращающихся узлов машин и оборудования.
питание телеметрии

Беспроводные сенсорные сети

Развитием телеметрических (дистанционных) измерений, испытательных стендов и систем мониторинга промышленных объектов стали сенсорные сети (WSN). Они объединяют множество датчиков, таких как датчики вибрации/ускорения, температуры, давления, акустических параметров в заранее спроектированную сеть с резервированием и автоматической корректировкой маршрутизации в реальном времени, как пространственной так и частотной.
Для промышленных приложений сенсорных сетей продуманное размещение датчика или контрольной точки имеет решающее значение. Беспроводная технология поддерживает беспроводную связь, но если Вам необходимо подключить беспроводной узел к сенсорной сети и при этом придется заряжать его каждые несколько часов или дней, стоимость развертывания и обслуживания таких систем становится мало приемлемой. В качестве примера можно рассмотреть присоединение датчиков к вращающемуся оборудованию для мониторинга его состояния во время эксплуатации. Подключение датчиков с помощью проводов невозможно (ртутные коннекторы KMT для лабораторных испытаний в промышленных условиях неприменимы), но информация, получаемая в ходе мониторинга в процессе эксплуатации, нужна, так как может позволить ремонтным службам отправить в ремонт критически важное оборудование, предотвращая нежелательные по последствиям и дорогостоящие простои. Еще одним примером здесь может служить железнодорожный транспорт, критические его участки типа туннелей метро или горных участков путей, проходящих в туннелях, высокоскоростной железнодорожный транспорт, где выход из строя подшипников колесных пар связан с большими рисками для пассажиров. Здесь как нельзя лучше просматриваются преимущества технологий сенсорных сетей. Каждый датчик вибрации можно легко продублировать, учитывая источники помех и препятствия для прохождения радиосигнала, можно обеспечить возможность автоматического переключения каналов передачи сигналов по альтернативным частотам и маршрутам. (самонастраивающаяся сенсорная сеть) Достаточно легко решается и проблема питания датчиков и приемо-передающих элементов. Вибрации являются источником энергии, для сбора которой можно использовать серийно выпускаемые преобразователи ускорения в электричество. Таким образом можно создать сенсорную сеть непрерывного мониторинга состояния подшипников на скоростном железнодорожном составе для снижения рисков аварий и вывода оборудования в ремонт по фактическому состоянию колесных пар.

Сравнение NFC с другими технологиями беспроводного обмена данными

После того, как Вы получили ответ на вопрос «Что такое NFC?», необходимо сопоставить эту технологию с другими беспроводными системами. Ведь многие из нас используют Bluetooth, WiFi, ZigBee и знакомы с RFID не по наслышке. Каждая из этих технологий имеет свою нишу. Конкурентное преимущество NFC, как и RFID получает при работе с пассивными тегами из-за меньшего энергопотребления по сравнению с тем же Bluetooth. Ведь бесконтактные пассивные теги вообще не нуждаются в источнике питания. Однако выигрыш в энергосбережении чреват проигрышем в функциональности и дальности приема/передачи. В то время как радиус доступности системы NFC ограничен десятью сантиметрами, устройства с Bluetooth могут общаться на расстоянии на два порядка большем. Кроме того Bluetooth выигрывает у NFC по быстродействию примерно в два раза. Его скорость передачи может превышать 2 Мбит / с. А вот по скорости подключения картина обратная. Bluetooth проигрывает здесь более чем на порядок из-за очень медленного процесса подключения, длящегося несколько секунд.
--
Понятно, что обычную NFC/RFID-метку не приклеишь на вал, она просто не будет работать, поэтому в KMT-технологиях катушка надевается на вал. Такой вариант не всегда приемлем. В настоящее время существуют корпусные NFC/RFID-метки по цене порядка 100 рублей, которые можно наклеить на вал и проводить испытания двигателей на стенде без не всегда возможных манипуляций с катушкой на валу.Как работает NFC Магнитные поля