NFC前景分析及其在農業物聯網中的應用實現

2017-01-17 21:00:32趙偉

東方教育 2016年8期

趙偉

摘要：本文對NFC的技術特點進行了分析，并與多種方式進行了對比，突出了NFC在某些領域的應用優勢，從而對NFC近場通信在各大領域應用前景進行了分析，最后結合RFID技術，提出了一種適應于農業物聯網農產品安全溯源的綜合型解決方案，高效實用。

關鍵詞：NFC；RFID；NFC-SIM；農業物聯網

一、前言

NFC（Near Field Communication），即近場通訊，是一種短距離的高頻無線通信技術，允許電子設備之間進行非接觸式點對點數據傳輸，在10cm內交換數據。與RFID射頻識別技術相比，可讀可寫雙向傳輸、能直接集成為NFC-SIM卡置于手機內部，使用范圍廣泛。與Bluetooth相比，配對等操作簡單快速，而與紅外技術相比，NFC數據傳輸速度更快，且能耗低、安全性高，還可斷電識別。相對于條形碼/二維碼，識別速度更快、存儲信息類型多樣化。目前NFC的主要推動力來自移動運營商對NFC支付的商業化，然而隨著NFC-SIM卡的推廣，更多領域的需求隨之體現，如安防認證、物聯網終端應用等等，本文就NFC的技術特點對其在各領域的前景進行了分析，并結合RFID技術，對農業物聯網的農產品溯源問題提出了一種高效實用的解決方案。由此可見，NFC的目標并非是完全取代Bluetooth、Wi-Fi等其它無線技術，而是在不同的場合、不同的領域起到相互補充的作用。

二、NFC基本原理

NFC由非接觸式射頻識別（RFID）及互聯互通技術整合演變而來，在單一芯片上結合感應式讀卡器、感應式卡片和點對點的功能，能在短距離內與兼容設備進行識別和數據交換。NFC-SIM卡裝在手機上，能夠實現小額電子支付，讀取其它NFC標簽或設備的信息。NFC的短距離交互傳輸的特點，簡化了設備之間的認證識別過程，可快捷地進行無線連接、實現數據交換，逐漸演變成一種短距離無線通信技術。

支持NFC的設備可以在主動或被動模式下交換數據。在被動模式下，啟動 NFC發起設備（主設備），在整個通信過程中提供射頻場（RF-field），傳輸速度可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種，將數據發送到另一設備。另一設備稱為NFC目標設備（從設備），采用負載調制（load modulation）技術，以相同的速度將數據傳回發起設備。NFC-SIM卡【2】是通過采用SIM卡中的C6引腳與NFC控制芯片進行單線連接（SWP方案）的射頻IC卡，具備TAG能力的NFC手機內置了該種SIM卡。

三、NFC在農業物聯網中的應用

基于NFC的技術特點及優勢，其應用領域在不斷的被發現，在農業物聯網領域，RFID與NFC手機的組合，正逐步延伸RFID標簽與閱讀器的組合的部分功能，尤其在貼近公眾生活的農產品安全溯源【4】的功能實現上。在農業物聯網領域，如農產品入庫、流轉、運輸等流通場景，超高頻RFID與超高頻閱讀器的組合，能夠很好的應對物流的需求，保證倉庫管理各個環節數據輸入的速度和準確性，確保企業及時準確地掌握庫存的真實數據。而在農產品封裝成小包裝，直接上架面對消費者時，采用高頻RFID與NFC手機的組合，能夠使普通消費者，通過NFC手機，輕便的查詢出農產品的源頭。RFID標簽有LF、HF、UHF頻率之分，NFC手機對應使用的只是HF頻率（13.56MHZ）。

3.1基于RFID與NFC的農產品溯源的解決方案

農產品溯源系統【5】是追蹤農產品（包括食品、飼料等）進入市場各個階段（從生產到流通的全過程）的系統，有助于質量控制和食品安全。以有機大米為例，從生產加工、倉庫中轉、市場銷售3個環節，結合農業物聯網的功能，闡明農產品溯源的解決方案，圖3為溯源方案框圖。

在生產加工階段，實時記錄田間的環境信息（例如溫度、濕度、光照、土壤濕度等），通過無線網關發送到遠程的服務器，為農產品溯源提供源頭信息；在加工階段，農產品的溯源標簽RFID（超高頻）加到農產品的包裝袋上。在中轉運輸過程中，倉庫通過掃描RFID標簽，記錄農產品的出發地和目的地，最大限度保障農產品運輸環節的安全性。在銷售上柜階段，消費者可通過NFC手機近距離閱讀高頻RFID標簽，從而讀取有機大米的整個生產銷售流程。農產品的存儲、流通、加工、批發和零售各個環節采集到的數據上傳到農產品溯源信息中心后，最終通過NFC手機傳達到消費者手中，從而確保消費者對產品信息的深度了解。

圖3 基于RFID與NFC的農產品溯源方案框圖

3.2 NFC手機客戶端的編程實現

解決方案的主要由三部分構成：RFID信息采集錄入端、溯源信息中心服務器端和NFC手機客戶端。NFC手機客戶端在讀取農產品外包裝袋上的高頻RFID信息后，通過移動通信網絡上傳信息。本文著重介紹Android手機端NFC信息的讀取與存儲過程的實現，與中心服務器端的上傳下載過程，和其它數據無明顯差異。從Android2.3.3起，Android NFC API在該版本中得到全面支持，開放了 NFC讀/寫功能，允許應用程序讀取和寫入使用任何標準的NFC標簽/RFID（13.56MHZ）標簽。

當Android 設備掃描到一個tag，一個tag對象將被創建并且封裝到一個Intent里，NFC 發布系統用 startActivity把該Intent 發送到注冊了接受該種 Intent 的 activity 里。下面的方法處理 TAG_DISCOVERED intent 并且使用迭代器來獲得包含在 NDEF tag 負載的數據：

NdefMessage[] getNdefMessages（Intent intent）{

NdefMessage[] msgs = null；

String action = intent.getAction（）；

if（NfcAdapter.ACTION_TAG_DISCOVERED.equals（action））{

Parcelable[] rawMsgs =intent.getParcelableArrayExtra（NfcAdapter.EXTRA

_NDEF_MESSAGES）；

if（rawMsgs ！= null）{

msgs = new NdefMessage[rawMsgs.length]；

for（int i = 0； i < rawMsgs.length； i++）{

msgs[i] =（NdefMessage）rawMsgs[i]；}

}}}

得到msgs 后，通過接口SQLiteDatabase訪問SQLite數據庫，再通過移動網絡完成Android平臺與溯源中心服務器的數據交換過程。