Power supply configuration using NFC
Siltala, Juuso (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023062057310
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023062057310
Tiivistelmä
This thesis investigated the suitability of Near-Field Communication (NFC) for the configuration of power supplies, and how it compares to other available solutions. It was also investigated whether NFC could be used to transfer energy to power up an NFC device (an integrated circuit), a microcontroller, or other small load, and whether it could also be used to configure a power supply device without power or to read its fault information.
The work covered the history of NFC, the physical layer, the different standards and NFC device types that define NFC, and data security.
The suitability of NFC for power supply device configuration was tested with different development boards and a user interface board simulating the user interface of a power supply device, which incorporated the NFC feature by adding an NFC device and a circuit board antenna.
NFC was used to transfer data and power to different development cards. The transferred power was sufficient to drive the microcontroller at a frequency lower than the maximum clock frequency of its system, as well as to illuminate three 7-segment displays dimly.
Configuration of both powered and unpowered devices was found to be possible using NFC. Data was transferred to the power supply’s NFC device’s non-volatile memory, from where the device’s microcontroller retrieved the configuration data at the latest when powered up. Data transfer was also possible from the microcontroller to the NFC device, allowing e.g., to store fault data in non-volatile memory.
NFC was found to be more applicable than other technologies due to its energy harvesting capabilities. Tässä diplomityössä selvitettiin soveltuuko langaton Near-Field Communication (NFC), eli lähikenttäkommunikaatio teholähteiden konfigurointiin, ja miten se on verrattavissa muihin saatavilla oleviin ratkaisuihin. Lisäksi selvitettiin voiko NFC:n avulla siirtää energiaa NFC-laitteen (integroitu piiri), mikrokontrollerin tai muun pienen kuorman käynnistämiseksi, ja onnistuisiko siten myös virrattoman teholähdelaitteen konfigurointi tai vikatietojen lukeminen.
Työssä tutustuttiin NFC:n historiaan, fyysisen tason toimintaan, erilaisiin NFC:tä määritteleviin standaredihin ja NFC-laitetyyppeihin, sekä tietoturvallisuuteen.
NFC:n soveltuvuutta teholähdelaitteen konfigurointiin testattiin erilaisilla kehityskorteilla, sekä teholähteen käyttäjärajapintaa simuloivalla käyttöliittymäkortilla, johon sisällytettiin NFC ominaisuus lisäämällä NFC-laite ja piirilevyantenni.
NFC:n avulla saatiin siirrettyä tietoa ja tehoa eri kehityskorteille. Siirretty energia riitti ajamaan mikrokontrolleria sen järjestelmän maksimikellotaajuutta pienemmällä taajuudella, sekä valaisemaan kolme 7-segmenttinäyttöä himmeästi.
Sekä virrallisen, että virrattoman laitteen konfiguroinnin todettiin olevan mahdollista NFC:n avulla. Tietoa siirrettiin teholähteen NFC-laitteen haihtumattomaan muistiin, josta laitteen mikokontrolleri hakee konfigurointitiedot viimeistään käynnistyessään. Tiedonsiirto onnistui myös mikrokontrollerilta NFC-laitteelle, mahdollistaen esim. vikatietojen tallentamisen haihtumattomaan muistiin.
NFC:n todettiin olevan muita tekniikoita sovellettavampi energian harvestoinnin takia.
The work covered the history of NFC, the physical layer, the different standards and NFC device types that define NFC, and data security.
The suitability of NFC for power supply device configuration was tested with different development boards and a user interface board simulating the user interface of a power supply device, which incorporated the NFC feature by adding an NFC device and a circuit board antenna.
NFC was used to transfer data and power to different development cards. The transferred power was sufficient to drive the microcontroller at a frequency lower than the maximum clock frequency of its system, as well as to illuminate three 7-segment displays dimly.
Configuration of both powered and unpowered devices was found to be possible using NFC. Data was transferred to the power supply’s NFC device’s non-volatile memory, from where the device’s microcontroller retrieved the configuration data at the latest when powered up. Data transfer was also possible from the microcontroller to the NFC device, allowing e.g., to store fault data in non-volatile memory.
NFC was found to be more applicable than other technologies due to its energy harvesting capabilities.
Työssä tutustuttiin NFC:n historiaan, fyysisen tason toimintaan, erilaisiin NFC:tä määritteleviin standaredihin ja NFC-laitetyyppeihin, sekä tietoturvallisuuteen.
NFC:n soveltuvuutta teholähdelaitteen konfigurointiin testattiin erilaisilla kehityskorteilla, sekä teholähteen käyttäjärajapintaa simuloivalla käyttöliittymäkortilla, johon sisällytettiin NFC ominaisuus lisäämällä NFC-laite ja piirilevyantenni.
NFC:n avulla saatiin siirrettyä tietoa ja tehoa eri kehityskorteille. Siirretty energia riitti ajamaan mikrokontrolleria sen järjestelmän maksimikellotaajuutta pienemmällä taajuudella, sekä valaisemaan kolme 7-segmenttinäyttöä himmeästi.
Sekä virrallisen, että virrattoman laitteen konfiguroinnin todettiin olevan mahdollista NFC:n avulla. Tietoa siirrettiin teholähteen NFC-laitteen haihtumattomaan muistiin, josta laitteen mikokontrolleri hakee konfigurointitiedot viimeistään käynnistyessään. Tiedonsiirto onnistui myös mikrokontrollerilta NFC-laitteelle, mahdollistaen esim. vikatietojen tallentamisen haihtumattomaan muistiin.
NFC:n todettiin olevan muita tekniikoita sovellettavampi energian harvestoinnin takia.