STEVAL-SMARTAG2 NFC动态标签传感器板技术解析与应用指南

STMicroelectronics STEVAL-SMARTAG2 NFC动态标签传感器板是一款支持NFC的传感器节点，带有惯性MEMS和环境传感器。STMicroelectronics板设有STM32微控制器和动态NFC标签，用于与平板电脑和智能手机等NFC读卡器进行通信。或者，也可为STEVAL-SMARTAG2配备电池充电器。全波整流器可为充电器馈电，用于NFC能量采集（位于已嵌入动态NFC标签中的能量收集器之上）。该器件具有支持身份验证和先进加密安全性的安全元件，以及带嵌入式晶体振荡器的实时时钟 (RTC)，可实现精确计时和时间戳。

数据手册：*附件：STMicroelectronics STEVAL-SMARTAG2 NFC动态标签传感器板数据手册.pdf

特性

• STM32Cube功能包 (FP-SNS-SMARTAG2)
• 端到端概念验证生态系统移动应用和云仪表板：
  • DSH-ASSETRACKING web云仪表板
  • 可从Google Play和应用商店下载STAssetTracking移动应用
• NFCSENSORTAG.盒：经过优化的外形尺寸，采用塑料外壳进行测试

示意图

‌STEVAL-SMARTAG2 NFC动态标签传感器板技术解析与应用指南‌

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一、产品概述与核心架构

‌STEVAL-SMARTAG2‌ 是意法半导体推出的一款集成 ‌NFC动态标签通信‌、‌多类型MEMS传感器‌ 和 ‌超低功耗MCU‌ 的智能传感节点评估板。其核心架构由三大部分组成：

1. ‌动态NFC/RFID标签芯片‌
   • ‌ST25DV64KC-JF6D3‌：支持ISO 15693/NFC-V协议，内置64Kbit EEPROM存储，具备快速传输模式（Fast Transfer Mode），可通过NFC场能量 harvesting 为系统供电。
2. ‌传感器阵列‌
   • ‌运动感知‌：LSM6DSO32X（6轴IMU，含32g加速度计+陀螺仪）
   • ‌高冲击检测‌：H3LIS331DL（±100g/200g/400g可选高g值加速度计）
   • ‌环境监测‌：
     • LPS22DF（260-1260 hPa高精度纳米压力传感器）
     • STTS22H（±0.5°C精度温度传感器）
     • VD6283TX（混合滤波多光谱环境光传感器+闪烁检测引擎）
3. ‌主控与电源管理‌
   • ‌STM32L4P5-CGU6‌：Cortex-M4内核，支持FPU运算，集成1MB Flash和320KB SRAM，结合外部SMPS实现动态功耗调节。
   • ‌能量收集系统‌：支持NFC场能量整流（V_RECT引脚）和电池双供电模式。

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二、关键技术特性深度解析

1. ‌NFC动态标签的双向通信机制‌

ST25DV64KC芯片的 ‌GPO引脚‌ 可配置为中断信号输出，当EEPROM数据被读写时，通过I²C接口向STM32L4P5实时通知状态变更。其 ‌快速传输模式‌ 允许在13.56MHz载波下实现最高53kbps的数据交换速率。

2. ‌传感器低功耗协同工作模式‌

• ‌机器学习核心集成‌：LIS2DUXS12和LSM6DSO32X均内置可编程MLC，可在传感器端直接运行简单分类算法，仅在有事件触发时才唤醒主MCU，将系统平均功耗降至15μA以下。
• ‌多传感器联动触发‌：通过配置各传感器的INT1/INT2引脚连接到MCU的GPIO，例如：
  • 高g值加速度计（H3LIS331DL）检测到跌落冲击
  • 压力传感器（LPS22DF）同步记录高度变化
  • 数据通过NFC一次性上传至手机/平板

3. ‌电源管理电路设计要点‌

• ‌线性稳压器STLQ020‌：提供200mA输出，静态电流仅450nA，确保CR2032/LIR2032电池续航达数年。
• ‌电池电压监测‌：通过分压电阻网络（BATT_M = BATT × 0.353）实时监控电量。
• ‌可选充电模块STBC15‌：当使用LIR2032可充电电池时，支持通过NFC能量 harvesting 或USB端口充电。

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三、硬件设计关键考量

1. ‌接口布局优化‌

• ‌I²C总线拓扑‌：所有传感器（除高g值加速度计外）均挂载在I²C1总线上，需注意：
  • SDA/SCL线路上串联10kΩ上拉电阻（R1/R2）。
  • IMU传感器（LSM6DSO32X）额外支持SPI接口，通过IMU_CS引脚片选。

2. ‌信号完整性保障‌

• ‌去耦电容配置‌：
  • 每个IC的VDD引脚就近布置100nF陶瓷电容（如C10/C25）。
  • 电源入口处布置1μF+100nF组合（如C19/C20）。
• ‌高频噪声抑制‌：在MCU的OSC_IN/OUT引脚（PH0/PH1）旁路100pF电容（C11/C9）。

3. ‌天线匹配电路‌

• ‌NFC天线调谐‌：通过L1/L2电感（0Ω）和C16/C17/C18（未安装）预留调谐点位，实际应用需根据壳体材质调整匹配网络。

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四、典型应用场景实现方案

1. ‌冷链物流监控‌

• ‌触发条件‌：温度传感器（STTS22H）超出阈值（INT_TEM引脚触发）
• ‌数据记录‌：压力传感器监测密封性，IMU记录运输振动谱
• ‌能耗控制‌：多数时间处于关机状态，仅当NFC读取器靠近时通过场能量激活并上传数据。

2. ‌资产追踪与防拆检测‌

• ‌Qvar技术应用‌：LIS2DUXS12的Qvar通道可检测外部电场变化，当标签被非法剥离时立即锁定数据。

3. ‌智能包装交互‌

• ‌无电池传感‌：完全依赖NFC场能量驱动，消费者用手机贴近包装即可获取：
  • 产品真伪认证（通过STSAFE-A110安全元件）
  • 开启次数统计（通过LPS22DF压力变化记录）

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五、开发资源与生态系统

1. ‌软件支持‌
   • ‌STM32Cube功能包FP-SNS-SMARTAG2‌：提供传感器驱动、数据融合算法和NFC通信协议栈。
2. ‌云端集成‌
   • ‌DSH-ASSETRACKING‌：亚马逊云服务平台，支持实时轨迹可视化。
   • ‌STAssetTracking移动端APP‌：支持Android/iOS，提供一键式数据采集界面。