ỨNG DỤNG NFC TRONG điều KHIỂN THIẾT bị

Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

II-P-1.47
ỨNG DỤNG NFC TRONG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ
Trần Văn Trường, Huỳnh Văn Tuấn
ĐạiHọc Khoa HọcTựNhiên, ĐHQG HCM
Email:
TÓM TẮT
NFC (Near Field Communication) là công nghệ giao tiếp không dây tầm ngắn sử dụng hiện
tượng cảm ứng điện từ để kết nối hai thiết bị. Trong bài báo này, chúng tôi xây dựng hệ thống dựa
trên board mạch Arduino để điều khiển các thiết bị thông qua điện thoại có chức năng NFC. Tiếp theo,
chúng tôi thiết kế ra bộ điều khiển cửa cuốn có tích hợp công nghệ NFC tương thích với các cửa cuốn
có trên thị trường. Thiết bị chúng tôi tạo ra đã tận dụng được những ưu điểm của công nghệ NFC, hệ
thống hoạt động hiệu quả và có khả năng áp dụng vào thực tế. Từ những kết quả đạt được, chúng tôi
sẽ tiếp tục phát triển đề tài để ứng dụng vào ngôi nhà thông minh.
Từ khóa:NFC, Arduino, smarthome
GIỚI THIỆU
NFC [2, 3, 5, 6] là công nghệ giao tiếp tầm ngắn sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để thực hiện kết nối
giữa hai thiết bị khi đặt chúng gần nhau. NFC được phát triển dựa trên nguyên lý nhận dạng bằng tín hiệu tần số
vô tuyến RFID (Radio Frequency Identification) [8, 10], hoạt động ở dải băng tần 13.56 MHz và có tốc độ
truyền dữ liệu tối đa 424 Kbps.

Hình 34. Logo công nghệ NFC
Ứng dụng điển hình của công nghệ NFC là chức năng NFC trên các điện thoại thông minh. Người dùng
điện thoại di động sử dụng chức năng NFC trên điện thoại để trao đổi danh bạ, các tập tin đa phương tiện, checkin mạng xã hội hoặc truy cập thông tin nhanh từ smart poster [2].
Ở Việt Nam, các thẻ RFID công nghệ 13.56 Mhz (cùng công nghệ với NFC) đã được ứng dụng làm thẻ giữ
xe trong trường học , siêu thị, công sở, … tuy nhiên, những đặc điểm nổi bật của công nghệ NFC vẫn chưa thực
sự được khai thác ở những ứng dụng như vậy. Với mong muốn nắm bắt công nghệ có nhiều tiềm năng này,
chúng tôi đã chọn công nghệ NFC làm lĩnh vực nghiên cứu trong đề tài nghiên cứu khoa học này.
MÔ HÌNH HỆ THỐNG
Mô hình cơ bản của hệ thống điều khiển bằng NFC bao gồm vi điều khiển, các thiết bị và bộ phận thu nhận

tín hiệu NFC. Sơ đồ mô hình được miêu tả như trên hình 2. Theo mô hình, người sử dụng dùng thiết bị di động
có tích hợp công nghệ NFC để ra lệnh, lệnh sẽ được anten NFC trên điện thoại phát tín hiệu đến bộ phận thu tín
hiệu NFC của hệ thống, một vi điều khiển sẽ nhận thông tin từ bộ phận thu tín hiệu NFC và xử lý thông tin thành
những mệnh lệnh để điều khiển thiết bị.
Nhờ khoảng cách tác dụng ngắn cỡ 4 -10 cm của NFC nên người dùng có thể biết chính xác là đang điều
khiển thiết bị nào. Trong trường hợp sử dụng Wifi, sóng Wifi phủ khắp ngôi nhà nên hệ thống không thể biết
được người sử dụng đang ở phòng nào, người sử dụng sẽ phải tìm nút bật đèn phòng ngủ. Với một ngôi nhà có
nhiều thiết bị thì sẽ có hàng chục nút lệnh, việc điều khiển nhầm xảy ra là chuyện đương nhiên. Ưu điểm trên
giúp cho việc trải nghiệm của người dùng tốt hơn, tất cả những gì người dùng cần làm là chạm thiết bị vào anten
NFC, hệ thống sẽ làm mọi việc còn lại.

ISBN: 978-604-82-1375-6

317


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
Dựa vào những đặc tả của mô hình hệ thống ở trên, chúng tôi tiến hành thực hiện hai công việc: thiết lập
kết nối NFC giữa thiết bị di động và hệ thống, xử lý thông tin nhận được từ người dùng và điều khiển các thiết
bị.

Hình 35. Mô hình hệ thống điều khiển thiết bị dựa trên công nghệ NFC
TRIỂN KHAI HỆ THỐNG
Dựa trên mô hình đề xuất, nhóm tác giả sử dụng board mạch Arduino làm vi điều khiển trung tâm của hệ
thống, board mạch mở rộng PN532 NFC Shield để tiếp nhận tín hiệu NFC, điện thoại Android và mạch relay 4
kênh để điều khiển các thiết bị.

Hình 36. Các thiết bị phần cứng sử dụng để triển khai hệ thống
Về mặt phần mềm, nhóm tác giả tổ chức phần mềm theo từng lớp, lớp trên dưới sẽ là thư viện của lớp trên.
Việc tổ chức phần mềm này sẽ giúp cho việc tổ chức, quản lý, duy trì và nâng cấp mã nguồn dễ dàng hơn. Ngoài

ra, việc tổ chức thành lớp sẽ giúp cho việc chuyển đổi sang vi điều khiển khác dễ dàng hơn, lập trình viên chỉ
cần sửa đổi các thư viện lớp dưới dưới cùng. Các lớp tổ chức phần mềm được mô tả ở hình 4.

ISBN: 978-604-82-1375-6

318


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Hình 37. Cách tổ chức các khối phần mềm
Nhóm tác giả sử dụng nền tảng Arduino nên các thư viện giao tiếp với các khối ngoại vi được hỗ trợ rất
đầy đủ, nhờ vậy mà quá trình phát triển phần mềm được rút ngắn, nhóm tác giả chỉ tập trung vào việc thiết kế
ứng dụng.
Để vi điều khiển có thể nhận được tín hiệu NFC, như đã trình bày ở những phần mô hình hệ thống, nhóm
tác giả phải lập trình để vi điều khiển có thể giao tiếp với module NFC PN532. Việc giao tiếp giữa vi điều khiển
và module PN532 được thực hiện qua giao thức SPI, sự kết nối giữa 2 board được miêu tả như trên hình 5.

Hình 5. Sơ đồ kết nối giữa Arduino và shield NFC dùng giao thức SPI
Về mặt truyền dữ liệu, các thiết bị NFC trao đỗi dữ liệu với nhau theo từng gói tin NDEF (NFC Data
Exchange Format), từng gói tin NDEF sẽ được chuyển đi bằng giao thức SNEP (Simple NDEF Exchange
Protocol). Giao thức SNEP trong tiêu chuẩn kỹ thuật của NFC là giao thức hoạt động theo phương thức yêu cầu
và phản hồi (Request/Response), theo đó, SNEP Client sẽ gửi yêu cầu đến SNEP server và server sẽ gửi lại
thông tin trả lời cho SNEP Client.
Trong mô hình, SNEP Server chính là hệ thống và SNEP Client là thiết bị android của ngưuời dùng, SNEP
server luôn polling để chờ nhận gói tin NDEF từ thiết bị android. Nội dung của gói tin SNEP chính là mệnh lệnh
mà người dùng muốnđiều khiểncác thiết bị. Khi SNEP server nhận được gói tin SNEP do người dùng chuyển
đến, hệ thống sẽ phân tích gói tin để lấy ra được nhưng thông tin cần thiết như mệnh lệnhđiều khiển thiết bị nào,
thông tin của người dùng, …
ISBN: 978-604-82-1375-6

319


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Hình 6. Mô hình giao tiếp SNEP

Hình 7. Quá trình chờ nhận gói tin SNEP
Sau khi các module đã hoàn thành, nhóm tác giả thực hiện thiết kế ứng dụng điều khiển cửa cuốn trên thiết
bị Android. Ứng dụng trên Android có giao diện điều khiển là các nút lệnh để điểu khiển cửa tự động. Khi người
dùng nhấn một nút nhấn, giao diện ứng dụng sẽ chuyển đến giao diện giao tiếp NFC, lúc này người dùng cần
chạm điện thoại vào anten của hệ thống để hệ thống nhận được gói tin NDEF từ thiết bị android. Sau khi nhận
được gói tin, hệ thống sẽ thực hiện phân giải và xác thực người dùng, từ đó sẽ điều khiển cửa đóng hoặc mở.

ISBN: 978-604-82-1375-6

320


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Hình 8. Giao diện ứng dụng điều khiển cửa bằng NFC
KẾT LUẬN
Sau hơn một năm thực hiện, nhóm tác giả đã lập trình thành công giao tiếp NFC giữa điện thoại Android
và board Arduino thông board mở rộng PN532 NFC shield. Ngoài ra, nhóm tác giả đã ứng dụng thành quả
nghiên cứu để tạo ra bộ điều khiển cửa cuốn sử dụng công nghệ NFC tương thích với các loại cửa cuốn trên thị
trường. Chúng tôi đạt được những kết luận sau:


Thiết kế thành công mô hình hệ thống điều khiển thiết bị bằng công nghệ NFC có tính tiện dụng, tính
bảo mật cao và dễ mở rộng.



Triển khai thành công mô hình đã thiết kế lên board mạch Arduino và điện thoại Android bằng việc kế
thừa các thư viện NFC của Adafruit industries, Seeed studio và các hàm API của Android.



Thiết kế thành công bộ điều khiển cửa cuốn sử dụng công nghệ NFC có khả năng tương thích với các hệ
thống cửa cuốn có trên thị trường. Bộ điều khiển mới có những chức năng cơ bản nhất của bộ điều
khiển cửa cuốn, ngoài ra, tính bảo mật được nâng cao so với các bộ điều khiển có trên thị trường.

APPLICATION OF NEAR FIELD COMMUNICATION IN CONTROLLING EQUIPMENT
Trần Văn Trường, Huỳnh Văn Tuấn
University of Science, VNU-HCM
Email:
ABSTRACT
NFC (Near Field Communication) is a short-range wireless technology using electomagnetic
induction to connect two devices. In this paper, we built a system based on the Arduino board to
control equipment via NFC method. Next, we design a NFC-based roller shutter door controller which
is compatible with the door in the market. The door controller applied NFC with its merits, the controller
also have ability to apply to the real market. As the result, we continue developing our research to
apply NFC in smarthouse.
Keyword: NFC, Arduino, smarthome
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Boxall, J. (2013). Arduino Workshop – A Hands-On Introduction with 65 Projects. San Francisco, CA,
USA: No Starch Press.
[2]. Coskun, V., Ok, K., & Ozdenizci, B. (2013). Professional NFC Application Development for Android.

Chichester, UK: Wiley/Wrox Press.
[3]. Desai, E., & Shajan , M. G. (2012). A Review on the Operating Modes of Near Field. International
Journal of Engineering and Advanced Technology, 2(2), 322-325.

ISBN: 978-604-82-1375-6

321


Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
[4].

Felker, D., & Dobbs, J. (2012). Android application development for dummies.Hoboken, NJ, USA:
Wiley Publishing.
[5]. Liebenau, J., Elaluf-Calderwood, S., Karrberg, P., & Hosein, G. (2011). Near Field Communications;
Privacy, Regulation & Business Models. London: LSE/Nokia research collaboration.
[6]. Lin, J., & Shahnasser, H. (2013). NFC Application Interface for Smart Phones and Appliances. The
Third International Conference on Digital Information Processing and Communications, (pp. 337-340).
Dubai, UAE.
[7]. Meier, R. (2012). Professional Android 4 Application Development. Indianapolis, IN, USA:
Wiley/Wrox Press.
[8]. O'Connor, M. C. (2008). RFID Is Key to Car Clubs' Success. RFID Journal.
[9]. Simon, M. (2014). Programming Arduino next steps : going further with sketches. New York:
McGraw-Hill.
[10]. Walton, C. (1983). Patent No. US 4384288 A. USA.

ISBN: 978-604-82-1375-6

322