Android NFC技术解析,附Demo源码

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欧公
2017.08.28 15:39* 字数 2246

        近期由于项目需求,对Android NFC 技术进行了一定的了解和深入,整合了一些网络、书籍资料,此文章仅作为自己的学习笔记。

NFC是Near Field Communication缩写,即近距离无线通讯技术。可以在移动设备、消费类电子产品、PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。简单一点说,nfc功能是什么?nfc功能有什么用?其实NFC提供了一种简单、触控式的解决方案,可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。NFC技术允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输,在十厘米(3.9英吋)内,交换数据,其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。接下来我们更加详细的来了解一下nfc的应用。


由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非接触式识别和互联技术

一、nfc是什么,它的工作模式?

        NFC工作模式主要有三种工作模式,分别是卡模式(Card emulation)、点对点模式(P2P mode)和读卡器模式(Reader/writer mode)。

(1)读卡器模式

        数据在NFC芯片中,可以简单理解成“刷标签”。本质上就是通过支持NFC的手机或其它电子设备从带有NFC芯片的标签、贴纸、名片等媒介中读写信息。通常NFC标签是不需要外部供电的。当支持NFC的外设向NFC读写数据时,它会发送某种磁场,而这个磁场会自动的向NFC标签供电。

(2)仿真卡模式

        数据在支持NFC的手机或其它电子设备中,可以简单理解成“刷手机”。本质上就是将支持NFC的手机或其它电子设备当成借记卡、公交卡、门禁卡等IC卡使用。基本原理是将相应IC卡中的信息凭证封装成数据包存储在支持NFC的外设中 。在使用时还需要一个NFC射频器(相当于刷卡器)。将手机靠近NFC射频器,手机就会接收到NFC射频器发过来的信号,在通过一系列复杂的验证后,将IC卡的相应信息传入NFC射频器,最后这些IC卡数据会传入NFC射频器连接的电脑,并进行相应的处理(如电子转帐、开门等操作)。

(3)点对点模式

        该模式与蓝牙、红外差不多,用于不同NFC设备之间进行数据交换,不过这个模式已经没有有“刷”的感觉了。其有效距离一般不能超过4厘米,但传输建立速度要比红外和蓝牙技术快很多,传输速度比红外块得多,如过双方都使用Android4.2,NFC会直接利用蓝牙传输。这种技术被称为AndroidBeam。所以使用androidBeam传输数据的两部设备不再限于4厘米之内。


NFC、蓝牙和红外之间的差异

二、Android对NFC的支持

         不同的NFC标签之间差异很大,有的只支持简单的读写操作,有时还会采用支持一次性写入的芯片,将NFC标签设计成只读的。当然,也存在一些复杂的NFC标签,例如,有一些NFC标签可以通过硬件加密的方式限制对某一区域的访问。还有一些标签自带操作环境,允许NFC设备与这些标签进行更复杂的交互。这些标签中的数据也会采用不同的格式。但Android SDK API主要支持NFC论坛标准(Forum Standard),这种标准被称为NDEF(NFC Data Exchange Format,NFC数据交换格式)。

NDEF格式其实就类似于硬盘的NTFS,下面我们看一下NDEF数据:

(1)NDEF数据的操作

Android SDK API支持如下3种NDEF数据的操作:

1)从NFC标签读取NDEF格式的数据。

2)向NFC标签写入NDEF格式的数据。

3)通过Android Beam技术将NDEF数据发送到另一部NFC设备。

用于描述NDEF格式数据的两个类:

1)NdefMessage:描述NDEF格式的信息,实际上我们写入NFC标签的就是NdefMessage对象。

2)NdefRecord:描述NDEF信息的一个信息段,一个NdefMessage可能包含一个或者多个NdefRecord。

NdefMessage和NdefRecord是Android NFC技术的核心类,无论读写NDEF格式的NFC标签,还是通过Android Beam技术传递Ndef格式的数据,都需要这两个类。

(2)非NDEF数据的操作

对于某些特殊需求,可能要存任意的数据,对于这些数据,我们就需要自定义格式。这些数据格式实际上就是普通的字节流,至于字节流中的数据代表什么,就由开发人员自己定义了。

(3)编写NFC程序的基本步骤

1)设置权限,限制Android版本、安装的设备:


配置权限

2)定义可接收Tag的Activity,配置一下launchMode属性:


处理NFC的Activity都要设置launchMode属性为singleTop或者singleTask,保证activty唯一实例

三、实战使用NFC标签

(1)利用NFC标签让Android自动运行程序

场景是这样的:现将应用程序的包写到NFC程序上,然后我们将NFC标签靠近Android手机,手机就会自动运行包所对应的程序,这个是NFC比较基本的一个应用。下面以贴近标签自动运行Android自带的“短信”为例。

向NFC标签写入数据一般分为三步:

1)获取Tag对象


2)判断NFC标签的数据类型(通过Ndef.get方法)

3)写入数据


实际运行效果如下:

操作步骤:

点击自动打开短信界面或百度页面,进入对应Activity,将NFC标签贴近手机背面,提示写入成功。返回主界面,再将NFC标签贴近手机背面,便能看到自动打开短信或者打开百度页面。


应用主界面

数据写入界面



扫描NFC标签后跳转页面

四、NDEF文本格式深度解析

获取NFC标签中的数据要通过 NdefRecord.getPayload 方法完成。当然,在处理这些数据之前,最好判断一下NdefRecord对象中存储的是不是NDEF文本格式数据。

(1)判断数据是否为NDEF格式

1)TNF(类型名格式,Type Name Format)必须是NdefRecord.TNF_WELL_KNOWN。

2)可变的长度类型必须是NdefRecord.RTD_TEXT。

如果这两个标准同时满足,那么就为NDEF格式。

(2)NDEF文本格式规范

不管什么格式的数据本质上都是由一些字节组成的。对于NDEF文本格式来说,这些数据的第1个字节描述了数据的状态,然后若干个字节描述文本的语言编码,最后剩余字节表示文本数据。这些数据格式由NFC Forum的相关规范定义,可以通过 http://members.nfc-forum.org/specs/spec_dashboard 下载相关的规范。

下面这两张表是规范中 3.2节 相对重要的翻译部分:


NDEF文本数据格式



状态字节编码格式

实现NFC标签中的文本数据的读写操作:


写文本数据核心代码,具体可查阅项目中代码WriteTextActivity类

读文本数据核心代码,具体可查阅项目中代码ReadTextActivity类

      点击写NFC标签中的文本数据,跳转到对应的Activity,将NFC标签卡贴近手机,写入成功后会提示,再退回主页面,选择读文本数据,便可读取。


数据写入界面

数据读取界面

五、NDEF Uri格式存储(操作步骤如上图,具体实现可查阅项目代码)

六、非NDEF格式(操作步骤如上图,具体实现查阅项目代码)

        MifareUltralight数据格式:将NFC标签的存储区域分为16个页,每一个页可以存储4个字节,一个可存储64个字节(512位)。页码从0开始(0至15)。前4页(0至3)存储了NFC标签相关的信息(如NFC标签的序列号、控制位等)。从第5页开始存储实际的数据(4至15页)。使用MifareUltralight.get方法获取MifareUltralight对象,然后调用MifareUltralight.connect方法进行连接,并使用MifareUltralight.writePage方法每次写入1页(4个字节)。

       也可以使用MifareUltralight.readPages方法每次连续读取4页。如果读取的页的序号超过15,则从头开始读。例如,从第15页(序号为14)开始读。readPages方法会读取14、15、0、1页的数据。


此为本次测试所使用设备,手机:小米5  NFC标签卡:淘宝可购买


项目源码地址https://github.com/RickyYu/Nfc-Android