基于ST25DV04K的NFC功能血压计改造方案，可与手机快速配对

智能设备与万物互联

在万物互联的智能时代，智能家居与手机的互联是极为重要的一环。华为的Harmony OS系统也是面向万物互联，其通过一碰联接手机的方式要求了NFC是智能设备不可缺少的功能。本文以智能设备中的血压计为例子，来一起探究加入NFC功能的血压计对比传统的蓝牙连接血压计可以在使用过程中实现怎样的便利，以及在传统的血压计如何快速加入NFC功能，硬件设计该如何做。

传统的血压计连接方式

1）首先打开手机上的“运动健康”APP，进入页面。

2）在首页找到相应的健康功能，例如：“血压”，点击进入。

3）在血压界面点击“测量”进入绑定页面。

4）在众多血压计型号中选择自己购买的型号，点击“进入配对”（需要打开蓝牙）。

5）在血压计上按压“记忆”按钮，手机操作界面点击“下一步”。

6）等待3-5秒实现蓝牙配对。

支持NFC功能的血压计连接方式

1）打开手机“NFC”、“蓝牙”功能。

2）将手机NFC天线位置靠近血压计即可连接成功。

实际测试下来，传统方式非常复杂耗时。且在型号选择页面，由于血压计种类繁多且外形类似，稍不注意就会错选型号，返回重新操作。而配有NFC功能的血压计配对连接极为方便，整个过程不需要复杂操作，3秒内即可完成连接，对老年人群的使用更为便捷。

NFC简介

近场通信(NFC)是一种用于提供短程无线通信的技术，在电子设备之间进行双向交互的连接。NFC是RFID(射频识别)的一种风格，但它还有一个特定的集合，确保nfc设备的互操作性的标准。NFC标准确定操作环境和数据格式、传输速率、调制等。NFC在两个NFC器件之间使用感应耦合，并采用电磁方式工作，设备在13.56 MHz（无线电频谱的高频部分的一个无许可证分配）工作。一个NFC设备可以从另一个NFC设备产生的磁场中吸取能量。这使一些NFC器件被免除电源和采取微小物体的形式，如标签，贴纸，钥匙扣或卡片。

NFC主要有四种应用场景：手机、支付、互联、参数交互。互联也是参数交互中的一种，由于这种应用交互的参数是固定的蓝牙或者WiFi地址，所以单独归类。今天介绍的方案就是通过NFC功能使手机快速读取血压计的蓝牙MAC地址，实现快速配对连接。

在传统血压计上加入NFC功能的硬件设计步骤

第 1 步 定义 NFC 设备参数

· 合理的近场通信距离需求 (通常<10cm)

· 有效的读卡器天线尺寸与形状

· NFC 设备机械结构 (读卡器或标签天线附近是否有金属屏蔽，如 PCB 覆铜，锂电池，金属外壳等)

· 标签的类型 (ISO15693, ISO14443)

· 读卡器性能 (手机 or 读卡器？读卡器天线形状、尺寸、发射功率等)

· 其他需求(如能量传输功能，多卡操作等)

第 2 步 用 reader （ST25R3916-DISCOVERY 或 ST25R3911B-DISCO）或 NFC 手机评估不同天线大小的 NFC 标签通信距离，搭建产品原型。

第 3 步 确定标签天线尺寸并设计天线（AN2866）

不同尺寸天线的参考设计在网盘中（含通信距离评估结果），可选择相近尺寸天线使用。

第 4 步 原理图与 PCB layout 设计，请参考 ST25D 系列 Nucleo 板原理图与 PCB 布线。

第 5 步 按照标签天线电感量 L 设计要求，在天线电感量 L +/-300nH 范围内加工标签 PCB 3 款（天线目标电感量： L-300nH，L， L+300nH）。

ST25DV04K的电感量L要求在4.6uH。

第 6 步 标签天线测量与测试 ，微调天线阻抗匹配或优化天线设计(如需要) ，确定最优设计。

按照第3步设计制作的天线谐振如下图：

微调并联2pf电容后的天线谐振频率如下图：

测试结果如下：

由于最初的天线设计较好，微调后的读卡距离并没有明显提升。如果天线尺寸较小或周围有金属影响，设计的标签天线谐振频率可能会偏差较大，严重影响读卡性能。此时就需要调整阻抗匹配，将谐振频率调回13.56Mhz附近，优化读卡性能。

第 7 步 系统集成、MCU 固件开发 (I2C 通信，如动态标签 ST25DV/M24SR)

ST提供基于STM32Cube和ST官方demo的手机apk文件源代码。

ST25DV通过I2C与MCU通信，在供电的情况下可以随时更改被手机NFC读取的数据，不局限于MAC地址。

而在手机APP端，传统智能设备厂商已有APP配合设备使用，仅需要在原本的APP上做一次小的升级，接收来自NFC读取到的NDEF数据即可。

总结下来，将NFC功能加入传统的智能设备，客户需要硬件上在原本的PCB板上加入ST25DV及天线，MCU软件上合入ST25DV的驱动，APP端再做小的升级即可。

场景应用图

产品实体图

展示版照片

方案方块图

核心技术优势

ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K设备是NFC RFID标签，分别提供4 Kbit、16 Kbit和64 Kbit电可擦可编程存储器(EEPROM)。ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K提供两个接口。第一个是I2C串行连接，可以从直流电源运行。第二种是当ST25DV04K、ST25DV16K或ST25DV64K作为接收到的载波电磁波驱动的非接触存储器时激活的射频链路。

I2C模式下，ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K用户内存最多为512字节、2048字节和8192字节，可分为4个灵活的可保护区域。

在RF模式下，按照ISO/IEC 15693或NFC论坛类型5的建议，ST25DV04K、ST25DV16K和ST25DV64K用户内存分别包含多达128块、512块和2048块的4个字节，它们可以被分割成4个灵活的、可保护的区域。

方案规格

1）I2C接口

■ 双线I2C串行接口支持1MHz协议

■ 单电源电压:1.8V ~ 5.5V

■ 多字节写程序设计(最多256字节)

2）非接触式接口

■ 根据ISO/IEC 15693

■ NFC论坛类型5由NFC论坛认证的标签

■ 支持所有ISO/IEC 15693调制，编码，副载波模式和数据率

■ 自定义快速读存取高达53 Kbit/s

■ 读取单个和多个块(扩展命令也是如此)

■ 单块和多块写入(最多4个)(扩展命令也是如此)

■ 内部调谐电容:28.5 pF

3）内存

■ 最多64 kbits的EEPROM(取决于版本)

■ I2C接口访问字节

■ RF接口访问4字节的块

■ 编写时间:

■ 来自I2C:典型的1字节5ms

■ 从RF:典型的5毫秒为1块

■ 数据保存:40年

■ 写循环耐力:

■ 100万次在25℃写入循环

■ 在85℃下写入600k循环

■ 105℃下500k写循环

■ 在125℃下40万次写入循环

4）快速的传输模式

■ 快速数据传输之间的I2C和RF接口

■ 半双工256字节专用缓冲区

5）能量收获: 模拟输出引脚电源外部组件

6）数据保护

■ 用户内存:1到4个可配置的区域，可通过3个64位RF密码和1个64位I2C密码进■行读写保护

■ 系统配置:在写保护由一个64位密码在RF和一个64位密码在I2C

7）GPO

■ 可在多个RF事件(场变化、内存写入、活动、快速传输端、用户设置/重置/脉冲)上配■置中断引脚

■ 开放漏极或CMOS输出(取决于版本)

8）低功耗模式(仅10球12针封装)

■ 输入引脚触发低功耗模式

9）射频管理

■ RF命令解释器启用/禁用从I2C主机控制器

10）温度范围

■ Range 6: 从-40到85摄氏度

■ Range 8: 从-40到105摄氏度

■ (仅适用于UDFPN8和UDFPN12)

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

11）封装

■ 8针，10球和12针封装

■ ECOPACK2?(通过无铅认证