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技术领航舵手 2024-05-10 19:35:33

文章标签 nfc天线切换 android properties byte tags 文章分类 物联网

NFC(Near Field Communication)近距离通信技术

NFC是一套短距离的无线通信，通常距离是4厘米或更短。NFC工作频率是13.56M Hz,传输速率是106kbit/s 到848kbit/s. NFC总是在一个发起者和一个被动目标之间发生。发起者发出近场无线电波，这个近场可以给被动目标供电。这些被动的目标包括不需要电源的标签，卡，也可以是有电源的设备。

与其他无线通信技术比较，例如蓝牙和WiFi， NFC提供更低贷款和距离，并且低成本，不需要供电，不需要实现匹配，整个通信过程仅仅是短短的靠近一秒就能完成。

一个带有NFC支持的android设备通常是一个发起者。也可以作为NFC的读写设备。他将检测NFC tags并且打开一个Activity来处理. Android 2.3.3还有支持有限的P2P。

Tags分很多种，其中简单的只提供读写段，有的只能读。复杂的tags可以支持一些运算，加密来控制对tags里数据段的读写。甚至一些tags上有简单的操作系统，允许一些复杂的交互和可以执行一些代码。

API概览

Android.nfc package包含顶层类用来与本地NFC适配器交互. 这些类可以表示被检测到的tags和用NDEF数据格式。

class	Description
NfcManager	一个NFC adapter的管理器，可以列出所有此android设备支持的NFC adapter.只不过大部分android 设备只有一个NFC adapter，所以你大部分情况下可以直接用静态方法 getDefaultAdapter(context)来取适配器。
NfcAdapter	表示本设备的NFC adapter,可以定义Intent来请求将系统检测到tags的提醒发送到你的Activity.并提供方法去注册前台tag提醒发布和前台NDEF推送。前台NDEF推送是当前android版本唯一支持的p2p NFC通信方式。
NdefMessage andNdefRecord	NDEF是NFC论坛定义的数据结构，用来有效的存数据到NFC tags.比如文本，URL，和其他MIME类型。一个NdefMessage扮演一个容器，这个容器存哪些发送和读到的数据。一个NdefMessage对象包含0或多个NdefRecord,每个NDEF record有一个类型，比如文本，URL，智慧型海报/广告，或其他MIME数据。在NDEFMessage里的第一个NfcRecord的类型用来发送tag到一个android设备上的activity.
Tag	标示一个被动的NFC目标，比如tag，card，钥匙挂扣，甚至是一个电话模拟的的NFC卡. 当一个tag被检测到，一个tag对象将被创建并且封装到一个Intent里，然后NFC 发布系统将这个Intent用startActivity发送到注册了接受这种Intent的activity里。你可以用getTechList()方法来得到这个tag支持的技术细节和创建一个android.nfc.tech提供的相应的TagTechnology对象。

android.nfc.tech package 包含那些对tag查询属性和进行I/O操作的类。这些类分别标示一个tag支持的不同的NFC技术标准。

Class	Description
TagTechnology	这个接口是下面所有tag technology类必须实现的。
NfcA	支持ISO 14443-3A 标准的操作。Provides access to NFC-A (ISO 14443-3A) properties and I/O operations.
NfcB	Provides access to NFC-B (ISO 14443-3B) properties and I/O operations.
NfcF	Provides access to NFC-F (JIS 6319-4) properties and I/O operations.
NfcV	Provides access to NFC-V (ISO 15693) properties and I/O operations.
IsoDep	Provides access to ISO-DEP (ISO 14443-4) properties and I/O operations.
Ndef	提供对那些被格式化为NDEF的tag的数据的访问和其他操作。 Provides access to NDEF data and operations on NFC tags that have been formatted as NDEF.
NdefFormatable	对那些可以被格式化成NDEF格式的tag提供一个格式化的操作
MifareClassic	如果android设备支持MIFARE，提供对MIFARE Classic目标的属性和I/O操作。
MifareUltralight	如果android设备支持MIFARE，提供对MIFARE Ultralight目标的属性和I/O操作。

声明Android Manifest.xml的元素

1. NFC使用元素来访问NFC硬件:

2. 最小SDK版本需要设置正确，API level 9只包含有限的tag支持,包括：
.通过ACTION_TAG_DISCOVERED来发布Tag信息 .只有通过EXTRA_NDEF_MESSAGES扩展来访问NDEF消息
.其他的tag属性和I/O操作都不支持
所以你可能想要用API level 10来实现对tag的广泛的读写支持。

3. uses-feature 元素定义：你的程序可以再android市场里显示有NFC硬件。

4. NFC intent filter告诉android系统你的activity能处理NFC数据，可以定义1个或多个intent filter:

android:resource="@xml/nfc_tech_filter.xml" />

上边3个intent filters 有优先级，更多信息可以看下面的Tag发布系统

也可以看NFCDemo例子的 AndroidManifest.xml来有个更深的理解。

Tag发布系统

当android设备扫描到一个NFC tag，通用的行为是自动找最合适的Activity会处理这个tag Intent而不需要用户来选择哪个Activity来处理。因为设备扫描NFC tags是在很短的范围和时间，如果让用户选择的话，那就有可能需要移动设备，这样将会打断这个扫描过程。你应该开发你只处理需要处理的tags的Activity，以防止让用户选择使用哪个Activity来处理的情况。Android提供两个系统来帮助你正确的识别一个NFC tag是否是你的Activity想要处理的：Intent发布系统和前台Activity发布系统。

Intent发布系统检查所有Activities的intent filters，找出那些定义了可以处理此tag的Activity，如果有多个Activity都配置了处理同一个tag Intent，那么将使用Activity选择器来让用户选择使用哪个Activity。用户选择之后，将使用选择的Activity来处理此Intent.

前台发布系统允许一个Activity覆盖掉Intent发布系统而首先处理此tag Intent，这要求你将要处理Tag Intent的Activity运行在前台，这样当一个NFC tag被扫描到，系统先检测前台的Activity是否支持处理此Intent，如果支持，即将此Intent传给此Activity，如果不支持，则转到Intent发布系统。

使用Intent发布系统

Intent发布系统指定了3个intent有不同的优先级。通常当一个tag被检测到之后，Intent就被启动（start）了，这个启动遵循以下行为:

· android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED: 这个intent是在一个包含NDEF负载的tag被检测到时启动，这是最高优先级的intent, android系统不会让你指定一个Intent能处理所有的NFC数据类型，你必须在AndroidManifest.xml中指定与NFC tag对应的元素，这样当扫描到的tag传过来的数据类型与你定义的相匹配时，你的Activity就会被调用。例如想处理一个包含plain text 的 NDEF_DISCOVERED intent ，你要按照如下定义AndroidManifest.xml file:

如果NDEF_DISCOVERED intent 已经被启动，TECH_DISCOVERED 和 TAG_DISCOVERED intents 将不会被启动。假如一个未知的tag或者不包含NDEF负载的tag被检测到，此Intent就不会被启动。

· android.nfc.action.TECH_DISCOVERED: 如果 NDEF_DISCOVERED intent没启动或者没有一个Activity的filter检测NDEF_DISCOVERED ，并且此tag是已知的，那么此TECH_DISCOVERED Intent将会启动. TECH_DISCOVERED intent要求你在一个资源文件里(xml)里指定你要支持technologies列表。更多细节请看下面的Specifying tag technologies to handle.

· android.nfc.action.TAG_DISCOVERED: 如果没有一个activity处理_DISCOVERED and TECH_DISCOVERED intents或者tag被检测为未知的，那么此Intent将会被启动。

Specifying tag technologies to handle指定处理的technologies

假如你的Activity在AndroidManifest.xml文件里声明了处理android.nfc.action.TECH_DISCOVERED intent ，你必须创建一个Xml格式的资源文件，并加上你的activity支持的technologies到tech-list集合里。这样你的activity将被认作能处理这些tech-list的处理者，如果tag使用的technology属于你的定义的list里，你的Activity将接收此Intent。你可以用getTechList()来获得tag支持的technologies。

例如：如果一个tag被检测到支持MifareClassic, NdefFormatable, 和 NfcA，你的tech-list集合必须指定了其中的一项或者多项来保证你的Activity能处理此Intent。

下面是一个资源文件例子，定义了所有的technologies. 你可以根据需要删掉不需要的项，将此文件以任意名字+.xml保存到/res/xml文件夹.

android.nfc.tech.IsoDep
android.nfc.tech.NfcA
android.nfc.tech.NfcB
android.nfc.tech.NfcF
android.nfc.tech.NfcV
android.nfc.tech.Ndef
android.nfc.tech.NdefFormatable
android.nfc.tech.MifareClassic
android.nfc.tech.MifareUltralight

你也可以指定多个tech-list集合，每个集合都认做独立的。如果任何单个tech-list集合是getTechList()返回的technologies集合的子集，那么你的Activity将被认为匹配了。这个还提供’与’和’或’操作。下面的例子表示支持 NfcA和NDef的卡，或者支持NfcB和NDef的卡：

android.nfc.tech.NfcA
android.nfc.tech.Ndef

android.nfc.tech.NfcB
android.nfc.tech.Ndef

在 AndroidManifest.xml 文件中, 指定这个tech-list资源文件的方法是在元素中创建元素，例如下面例子:

...

android:resource="@xml/nfc_tech_filter" />
...

使用前台发布系统Using the foreground dispatch system

前台发布系统允许一个Activity 拦截一个tag Intent 获得最高优先级的处理，这种方式很容易使用和实现：

1. 添加下列代码到Activity的onCreate() 方法里

a. 创建一个 PendingIntent 对象, 这样Android系统就能在一个tag被检测到时定位到这个对象

PendingIntent pendingIntent = PendingIntent.getActivity(
this, 0, new Intent(this, getClass()).addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP), 0);

b. 在Intent filters里声明你想要处理的Intent，一个tag被检测到时先检查前台发布系统，如果前台Activity符合Intent filter的要求，那么前台的Activity的将处理此Intent。如果不符合，前台发布系统将Intent转到Intent发布系统。如果指定了null的Intent filters，当任意tag被检测到时，你将收到TAG_DISCOVERED intent。因此请注意你应该只处理你想要的Intent。

IntentFilter ndef = new IntentFilter(NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED);
try {
            ndef.addDataType("*/*"); /* Handles all MIME based dispatches.
                                           You should specify only the ones that you need. */
}
catch (MalformedMimeTypeException e) {
throw new RuntimeException("fail", e);
}
        intentFiltersArray = new IntentFilter[] {
                ndef,
};

c. 设置一个你程序要处理的Tag technologies的列表，调用Object.class.getName() 方法来获得你想要支持处理的technology类。

techListsArray = new String[][] { new String[] { NfcF.class.getName() } };

2. 覆盖下面的方法来打开或关闭前台发布系统。比如onPause()和onResume（）方法。必须在主线程里调用enableForegroundDispatch(Activity, PendingIntent, IntentFilter[], String[][]) 而且Activity在前台（可以在onResume()里调用来保证这点）。你也要覆盖onNewIntent回调来处理得到的NFC tag数据。

public void onPause() {
super.onPause();
mAdapter.disableForegroundDispatch(this);
}
public void onResume() {
super.onResume();
mAdapter.enableForegroundDispatch(this, pendingIntent, intentFiltersArray, techListsArray);
}
public void onNewIntent(Intent intent) {
Tag tagFromIntent = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);
//do something with tagFromIntent
}

See the ForegroundDispatch sample from API Demos for the complete sample.

使用NFC tag上的数据

NFC tag上的数据是以字节存放，所以你可以将其转换成其他你想要的格式。当往tag写东西时，你必须以字节格式来写。Android提供API来帮助写符合NDEF标准的信息。使用此标准能保证你的数据在往tag写时能被所有Android NFC设备支持。然而，很多tag使用他们自己的标准来存储数据，这些标准也被Android支持。但你必须自己实现协议栈来读写这些tag。你可以在android.nfc.tech里找到所有支持的technologies，并且可以在TagTechnology接口里对technology有个了解。这一段是简单介绍在android系统里怎样使用NDEF 消息。这不意味着是一个完整的NDEF功能的介绍。但标出了主要需要注意和使用的东西。

为了方便使用NDEF消息，android提供NdefRecord 和 NdefMessage来包装原始字节数据为NDEF消息。一个NdefMessage是保存0个或多个NdefRecords的容器。每个NdefRecord有自己的唯一类型名字格式，记录类型和ID来与其他记录区分开。你可以存储不同类型的记录，不同的长度到同一个 NdefMessage。NFC tag容量的限制决定你的NdefMessage的大小。
那些支持Ndef和NdefFormatable技术的tag可以返回和接受NdefMessage对象为参数来进行读写操作。你需要创建你自己的逻辑来为其他在android.nfc.tech的tag技术实现读写字节的操作。

你可以从NFC Forum(http://www.nfc-forum.org/specs/)下载NDEF消息标准的技术文档，比如纯文本和智慧型海报. NFCDemo例子里声明了纯文本和智慧型海报的NDef 消息。

读一个NFC tag

当一个NFC tag靠近一个NFC设备，一个相应的Intent将在设备上被创建。然后通知合适的程序来处理此Intent。
下面的方法处理TAG_DISCOVERED intent并且使用迭代器来获得包含在NDEF tag负载的数据

NdefMessage[] getNdefMessages(Intent intent) { 
// Parse the 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]; 
} 
} 
else { 
// Unknown tag type 
byte[] empty = new byte[] {}; 
NdefRecord record = new NdefRecord(NdefRecord.TNF_UNKNOWN, empty, empty, empty); 
NdefMessage msg = new NdefMessage(new NdefRecord[] {record}); 
            msgs = new NdefMessage[] {msg}; 
} 
} 
else { 
Log.e(TAG, "Unknown intent " + intent); 
        finish(); 
} 
return msgs; 
}

请记住NFC设备读到的数据是byte类型，所以你可能需要将他转成其他格式来呈现给用户。NFCDemo例子展示了怎样用com.example.android.nfc.record中的类来解析NDEF消息，比如纯文本和智慧型海报。

写NFC tag

往NFC tag写东西涉及到构造一个NDEF 消息和使用与tag匹配的Tag技术。下面的代码展示怎样写一个简单的文本到NdefFormatable tag：

NdefFormatable tag = NdefFormatable.get(t); 
Locale locale = Locale.US; 
final byte[] langBytes = locale.getLanguage().getBytes(Charsets.US_ASCII); 
String text = "Tag, you're it!"; 
final byte[] textBytes = text.getBytes(Charsets.UTF_8); 
final int utfBit = 0; 
final char status = (char) (utfBit + langBytes.length); 
final byte[] data = Bytes.concat(new byte[] {(byte) status}, langBytes, textBytes); 
NdefRecord record = NdefRecord(NdefRecord.TNF_WELL_KNOWN, NdefRecord.RTD_TEXT, new byte[0], data); 
try { 
NdefRecord[] records = {text}; 
NdefMessage message = new NdefMessage(records); 
    tag.connect(); 
    tag.format(message); 
} 
catch (Exception e){ 
//do error handling 
}

点对点的数据交换

前台推送技术支持简单点对点的数据交换，你可以用enableForegroundNdefPush(Activity, NdefMessage) 方法来打开此功能. 为了用这个功能：

· 推送数据的Activity必须是前台Activity。

· 你必须将你要发送的数据封装到NdefMessage对象里。

· 接收推送数据的设备必须支持com.android.npp NDEF推送协议，这个对于Android设备是可选的

假如你的Activity打开了前台推送功能并且位于前台，这时标准的Intent发布系统是禁止的。然而，如果你的Activity允许前台发布系统，那么此时检测tag的功能仍然是可用的，不过只适用于前台发布系统。

要打开前台推送:

1. 创建一个你要推送给其他NFC设备的包含NdefRecords的NdefMessage。

2. 在你的Activity里实现onResume() 和 onPause() 的回调来正确处理前台推送的生命周期。你必须在你的Activity位于前台并在主线程里调用enableForegroundNdefPush(Activity, NdefMessage) （可以在onResume()里调用来保证这点）.

public void onResume() { 
super.onResume(); 
if (mAdapter != null) 
        mAdapter.enableForegroundNdefPush(this, myNdefMessage); 
} 
public void onPause() { 
super.onPause(); 
if (mAdapter != null) 
        mAdapter.disableForegroundNdefPush(this); 
}

当Activity位于前台，你可以靠近另外一个NFC设备来推送数据。请参考例子ForegroundNdefPush来了解点对点数据交换。

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