Agradecimientos. Doy gracias a mis padres y hermanos que son el pilar más fuerte de mi vida, agradezco su apoyo incondicional en todo momento.

Transcripción

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2 Agradecimientos Doy gracias a mis padres y hermanos que son el pilar más fuerte de mi vida, agradezco su apoyo incondicional en todo momento. Gracias a todos mis amigos y compañeros y todas aquellas personas que estuvieron a mi lado durante mi estadía en la universidad, con los que compartí grandes momentos. Gracias al doctor Miguel López Guerrero por brindarme la oportunidad de colaborar con el y por dedicarme su tiempo asesorándome a lo largo del proyecto. 2

3 Índice Resumen... 5 Parte I Descripción de la tecnología NFC... 6 I.1 Introducción... 6 Tecnología NFC... 7 Usos de la tecnología NFC... 7 I.2 RFID... 8 I.2.1 Tipos de etiquetas RFID... 9 I Etiquetas RFID pasivas... 9 I Etiquetas RFID activas... 9 I Etiquetas RFID semipasivas... 9 I.2.2 Frecuencia de operación de etiquetas RFID... 9 I.3 NFC Forum I.3.1Misión I.3.2 Objetivos I.4 Estándares I.4.1 ISO/IEC Parte 1 (ISO/IEC ) Parte 2 (ISO/IEC ) Parte 3 (ISO/IEC ) Parte 4 (ISO/IEC ) I.4.2 ISO/IEC I.4.3 ISO/IEC I.4.4 ECMA 352 o ISO/IEC (NFCIP-2) I.5 Modos de comunicación I.5.1 Modo Lector/Escritor (Reader/Writer Mode) I.5.2 Modo emulación de tarjeta (Card Emulation Mode) I.5.3 Modo de igual a igual (Peer to Peer Mode) I.6 Velocidades de transmisión I.7 Capa física I.7.1 Codificación Manchester I.7.2Codificación Miller I.7.3 Codificación Miller Modificado I.8 Tipos de etiquetas I.8.1 Etiqueta tipo I.8.2 Etiqueta tipo I.8.3 Etiqueta tipo I.8.4 Etiqueta tipo I.9 Controlador PN53X (531, 532, 533) I.9.1 PN I.9.2 PN I.9.3 PN Protocolo I2C Protocolo SPI Parte II Propuesta de la tecnología NFC al diseño de un servicio en un museo II.1 Descripción del problema

4 II.2 Propuesta de solución al problema planteado II.3 Descripción general de una base de datos II.4 Diseño de la base de datos II.4.1 Diseño del diagrama entidad- relación II.4.2 Traducción: diagrama entidad-relación a tablas II.4.3 Creación de la base de datos en MySQL Workbench II.4.4 Llenado de información y búsqueda en la BD II.5 Diseño de un código en c Conclusiones Referencias Anexo A

5 Resumen En este proyecto se tiene como objetivo describir la tecnología de comunicación de campo cercano (NFC) así como dónde puede ser implementada. Por otro lado se pretende mostrar una aplicación de esta tecnología que cuente como un elemento fundamental una base de datos. La tecnología ha evolucionado mucho a lo largo de los años, se ha visto como grandes tecnologías que hace algunos años fueron muy bien recibidas en la sociedad ahora ya no son más utilizadas por los usuarios. Ahora es turno la tecnología NFC ya que aún no es muy utilizada en la actualidad. En este trabajo se describirán normas las cuales rigen a la tecnología NFC, los diferentes tipos de etiquetas que existen, modos de comunicación, los protocolos y el uso que se le da en algunas aplicaciones. Para la segunda parte se analiza una situación donde la tecnología NFC se aplique al uso del servicio de un audioguía en un museo. Se hará una propuesta para una base de datos creada en lenguaje MySQL; que servirá como consulta de información para las obras exhibidas en el museo. Al final del documento se anexa un código en lenguaje c, el cual se pretende que sea modificado más adelante con instrucciones de una biblioteca que contenga funciones para un lenguaje MySQL. 5

6 Parte I Descripción de la tecnología NFC I.1 Introducción Este proyecto se basa en el uso de la tecnología NFC, por sus siglas en ingles Near Field Communication, aplicable a un servicio de audioguía en un museo, haciendo uso de un smartphone o de una tablet. El teléfono móvil ha evolucionado de una manera fascinante de un dispositivo que sólo servia para realizar llamadas por voz hasta lo que ahora conocemos como un smartphone, donde el usuario puede realizar distintos tipos de tareas. La tecnología inalámbrica NFC resulta interesante para el desarrollo de aplicaciones para un teléfono móvil ya que el uso de este se ha vuelto muy importante en la vida cotidiana de los seres humanos. Se espera que la tecnología NFC se consolide en un futuro para que los usuarios puedan tener acceso de una forma simple al utilizar esta tecnología. Ya sea como identificación, transferencia de contenido, realizar pagos, etc. En este documento se propone una aplicación de la tecnología NFC para el servicio de un audioguía en un museo, en el cual el usuario pueda tener acceso haciendo uso de un smartphone o de una tablet a la información de las obras de arte existentes en un museo. 6

7 Tecnología NFC La tecnología inalámbrica NFC, por sus siglas en inglés Near Field Communication, o comunicación de campo cercano, es una tecnología de comunicación inalámbrica de corto alcance, basada en la tecnología RFID (identificación por radiofrecuencia). NFC permite el intercambio bidireccional de datos entre dispositivos a una distancia corta, aproximadamente de 10cm, a una velocidad moderada, ésta se puede dar del modo activo o del modo pasivo. El estándar NFC define dos modos de operación: Modo activo: En este modo tanto el transmisor como el receptor generan una señal de radio frecuencia (RF) para transmitir los datos. Cada extremo de la conexión transmite los datos mediante modulación por desplazamiento de amplitud (ASK) [1]. Modo pasivo: En este modo sólo un dispositivo genera el campo de RF, y el segundo dispositivo aprovecha la energía de la señal recibida para transferir información de vuelta al dispositivo activo o iniciador. En este caso, el dispositivo que inicia la comunicación es el que genera dicho campo. Como ejemplo tenemos la comunicación con etiquetas en la que el lector es el encargado de establecer la comunicación. Una de las características más significativas de NFC es su compatibilidad con las tecnologías inalámbricas ya existentes como lo son el Bluetooth e identificación por radiofrecuencia (RFID). La tecnología NFC permite transferir información entre un teléfono y otros dispositivos NFC, tales como teléfonos, etiquetas NFC o terminales de pago. Las etiquetas NFC contienen pequeños fragmentos de información programados que se pueden insertar en pósters, anuncios en carteles o en propaganda de productos en tiendas [2]. Usos de la tecnología NFC La tecnología NFC se introdujo principalmente para el pago con dispositivos móviles; pero se espera que exista una gran variedad de aplicaciones para ésta. Algunos usos de esta tecnología son: Realización de pagos bancarios. Lectura de información de ofertas y descuentos especiales anunciados en carteles o vallas publicitarias inteligentes. Control de acceso al transporte público, estacionamientos o entrar a eventos. 7

8 Transferencia o impresión de una foto. Para demostrar identidad. Para usar una televisión como pantalla de un móvil. Escuchar música. Etcétera figura 1. Diversas aplicaciones para la tecnología NFC. (Tomado de [3]) I.2 RFID La identificación por radio frecuencia o RFID (radio frequency identification) es una tecnología que permite identificar automáticamente un objeto gracias a un radio incorporado en el mismo que transmite por radiofrecuencia los datos identificativos del objeto, siendo esta identificación normalmente unívoca [4]. Una etiqueta RFID permite almacenar y enviar información a un lector a través de ondas de radio. Coloquialmente suelen denominarse tags que es el término en inglés. Hay una diversa variedad de etiquetas RFID. Existen diferentes tipos dependiendo de la fuente de energía que utilicen, la forma física que posean, el mecanismo que utilicen para almacenar datos, la cantidad de datos que pueden almacenar, la frecuencia de funcionamiento o de la comunicación que utilizan para transmitir la información al lector. Gracias a esto, es posible elegir la etiqueta más adecuada para cada aplicación específica. 8

9 I.2.1 Tipos de etiquetas RFID I Etiquetas RFID pasivas Las etiquetas RFID pasivas no necesitan una fuente de alimentación interna, son circuitos resonantes, ya que toda la energía que requieren se la suministra el campo electromagnético creado por el lector, que se encarga de activar el circuito integrado y alimentar el chip para que éste transmita una respuesta. En este tipo de etiquetas, la antena debe estar diseñada para que pueda obtener la energía necesaria para funcionar. I Etiquetas RFID activas Las etiquetas RFID activas poseen una batería interna, con la que alimentan sus circuitos y transmiten la respuesta al lector. Su cobertura de difusión es mayor gracias a que poseen una batería propia, y su capacidad de almacenamiento también es superior. I Etiquetas RFID semipasivas Las etiquetas RFID semipasivas poseen una mezcla de características de los dos tipos anteriores. Por un lado, activa el chip interno utilizando una batería (como las etiquetas RFID activas) pero por otro, la energía que necesitan para comunicarse con el lector, se la envía el propio lector en sus ondas de radio que al ser captadas por la antena de la etiqueta, aportan suficiente energía para la emisión de la información (como las etiquetas RFID pasivas). I.2.2 Frecuencia de operación de etiquetas RFID Dependiendo de la frecuencia de operación, las etiquetas se pueden clasificar en baja, alta, ultra alta frecuencia y microondas. La frecuencia de operación determina aspectos de la etiqueta como la capacidad de transmisión de datos, la velocidad y tiempo de lectura de éstos, el radio de cobertura y el costo de la etiqueta. Frecuencia Denominación Rango 125 khz 134 khz LF (Baja Frecuencia) Hasta 45 cm MHz MHz HF (Alta Frecuencia) De 1 a 3 m 400 MHz 1000 MHz UHF (Ultra Alta Frecuencia) De 3 a 10 m 2.45 GHz 5.4 GHz j Microondas Más de 10m tabla 1. Bandas de frecuencias utilizadas en la tecnología RFID. 9

10 I.3 NFC Forum I.3.1Misión El NFC Forum se formó para promover el uso de la tecnología Near Field Communication a través del desarrollo de especificaciones, garantizando la interoperabilidad entre los dispositivos y servicios, y dar a conocer al mercado esta tecnología. Formado en 2004, el Forum cuenta ahora con más de 170 miembros. Los fabricantes, desarrolladores de aplicaciones, instituciones de servicios financieros, y otros, todos trabajan juntos para promover el uso de la tecnología NFC en electrónica de consumo, dispositivos móviles, PC y más [5]. I.3.2 Objetivos Los objetivos NFC Forum son: Desarrollar estándares basados en las especificaciones de NFC que definan una arquitectura modular y los parámetros de interoperabilidad de dispositivos y protocolos. Fomentar el desarrollo de productos con las especificaciones del Foro NFC. Trabajar para asegurar que los productos que proporcionen capacidades NFC cumplan con las especificaciones del Foro NFC. Dar a conocer a los consumidores y las empresas a nivel mundial la tecnología NFC. I.4 Estándares La tecnología NFC se ha consolidado gracias al NFC Forum al establecer estándares claramente definidos, los cuales son los descritos en las siguientes subsecciones: I.4.1 ISO/IEC ISO/IEC es una serie de normas internacionales que describen los parámetros para las tarjetas inteligentes de identificación sin contacto. Las tarjetas de proximidad de circuito integrado o proximity integrated circuit cards (PICC) operan a una distancia de 10cm del dispositivo de acoplamiento de proximidad (lector de tarjeta de proximidad) o proximity coupling device (PCD) el cual contiene un microprocesador y una antena que opera a una frecuencia de 13MHz. Esta norma se conforma de 4 partes: 10

11 Parte 1: Características físicas Parte 2: Energía de radio frecuencia e interfaz de señal Parte 3: Inicialización y anticolisión Parte 4: Protocolos de transmisión Parte 1 (ISO/IEC )2 En la parte 1 se definen las características de tamaño y físicas de las tarjetas inteligentes de identificación sin contacto. También se enumeran varios factores ambientales que la tarjeta debe ser capaz de soportar. Estas características son dependientes de la construcción de la tarjeta así como del diseño de la antena. Parte 2 (ISO/IEC ) En la parte 2 se define la potencia de radio frecuencia y la interfaz de señal, dos esquemas de señalización, tipo A y tipo B, así como el esquema de comunicación del tipo half-duplex a una velocidad de 106kbps en ambas direcciones. La tarjeta es alimentada por el campo de radio frecuencia sin requerir algún tipo de batería. Parte 3 (ISO/IEC ) En la parte 3 se definen los protocolos de inicialización y anticolisión para el tipo A y el tipo B. En esta parte de la norma se describen los comandos anticolisión, respuesta, trama de datos y sincronización. Parte 4 (ISO/IEC ) En la parte 4 se definen protocolos de transmisión de datos de alto nivel para el tipo A y el tipo B. Los protocolos descritos en esta parte de la norma son opcionales. De esta forma las tarjetas de proximidad se pueden diseñar con o sin la ayuda de los protocolos de la parte 4. Los estándares de tarjetas sin contacto cubren una variedad de tipos que se concretan en la norma ISO/IEC (tarjetas de acoplamiento cerrado), ISO/IEC (tarjetas de proximidad), ISO/IEC (tarjetas de cercanía). Éstos están destinados para la operación cuando se está muy cerca, cerca y en una distancia mayor de los dispositivos de acoplamiento asociados, respectivamente [6]. 11

12 En la tabla 2 se muestran algunos nombres de tarjetas y de sus respectivos fabricantes. Nombre Fabricante FeliCa Sony Mifare NXP Calypso Consorcio Transportes Europeo Topaz Broadcom tabla 2. Tarjetas y los fabricantes de éstas. I.4.2 ISO/IEC ISO/IEC es una de una serie de normas internacionales que describe los parámetros para las tarjetas de identificación definidos en la norma ISO / IEC 7810 y las tarjetas delgadas y flexibles que se ajusten a la norma ISO/IEC , y el uso de dichas tarjetas para facilitar intercambio internacional. Esta norma internacional no se opone a la incorporación de otras tecnologías estándar de la tarjeta [7]. ISO/IEC consta de las siguientes partes: Parte 1: Características físicas. Parte 2: Energía de radiofrecuencia y señal de interfaz. Parte 3: Anticolisión y protocolo de transmisión. I.4.3 ISO/IEC La norma internacional ISO/IEC define los modos de comunicación para la interfaz de comunicación de campo cercano y el protocolo NFCIP-1 usando dispositivos acoplados inductivos que operan a la frecuencia central de MHz para interconexión de periféricos informáticos. También define tanto el modo activo como los modos de comunicación pasivos de interfaz de comunicación de campo cercano y el protocolo NFCIP-1. Esta norma internacional especifica, en particular, los esquemas de modulación, las codificaciones, las velocidades de transferencia, y el formato de la trama de la interfaz de RF, así como los regímenes de inicialización y las condiciones requeridas para el control de colisión de datos durante la inicialización. Por otra parte, esta norma internacional define un protocolo de transporte, incluyendo la activación de protocolos y los métodos de intercambio de datos [8]. 12

13 I.4.4 ECMA 352 o ISO/IEC (NFCIP-2) ISO/IEC 21481:2005 especifica el mecanismo de selección de modo de comunicación, diseñado para no interferir a ninguna comunicación en curso a MHz, para los dispositivos de aplicación de la norma ISO/IEC y la funcionalidad del lector de tarjetas de circuitos integrados compatibles con la norma ISO/IEC o ISO/IEC ISO/IEC 21481:2005 requiere implementaciones para entrar en el modo de comunicación seleccionado tal como se especifica en la norma internacional. Las especificaciones relativas al modo de comunicación, sin embargo, están fuera del alcance de este NFCIP-2 estándar internacional [9]. I.5 Modos de comunicación Existen 3 modos distintos de comunicación entre los dispositivos NFC a conectarse: I.5.1 Modo Lector/Escritor (Reader/Writer Mode) En el modo de emulación de tarjeta el dispositivo NFC puede leer o escribir etiquetas. En este caso se genera un campo de radio frecuencia (RF) para comunicarse con otros dispositivos como pueden ser tarjetas sin contacto, etiquetas RFID (tags) u otros dispositivos. Si dos o más tarjetas están presentes en el campo de la portadora del lector, se selecciona uno usando un algoritmo de anticolisión. NFC también se encarga de detectar si la tarjeta elegida es la ISO tipo A o B. I.5.2 Modo emulación de tarjeta (Card Emulation Mode) En el modo de emulación de tarjeta el dispositivo NFC se comporta como una tarjeta inteligente sobre la cual un lector puede obtener información de forma pasiva. Como dispositivo pasivo no debe generar ningún campo de radio frecuencia. I.5.3 Modo de igual a igual (Peer to Peer Mode) Modo de comunicación directa entre dispositivos, es decir permite a un dispositivo comunicarse con otro dispositivo NFC, ya sea de forma activa o pasiva. El objetivo principal de este modo de operación es permitir al usuario enviar sus propios datos, tan pronto como sea posible (es decir, después de unos pocos milisegundos). En una sesión de peer-to-peer ya sea tanto el iniciador como el destino pueden estar en modo activo o el iniciador en activo y de destino en el modo pasivo. 13

14 I.6 Velocidades de transmisión NFC ofrece tres velocidades de transmisión: 106, 212 o 424 kbps. La tasa de bit la establece el dispositivo iniciador de la conexión. I.7 Capa física Cuando se realiza una comunicación entre los dispositivos NFC a conectarse, se usa una modulación por desplazamiento de amplitud ASK (amplitude-shift keying) con diferentes profundidades de modulación (10% o del 100%) mediante una codificación Manchester o Miller Modificado. I.7.1 Codificación Manchester El código Manchester se caracteriza por poseer siempre una transición a mitad del intervalo de duración del bit. Esta transición sirve como un procedimiento de sincronización a la vez que permite la transmisión de los datos. Así, una transición de bajo a alto representa un 1 binario, mientras que una transición de alto a bajo representa un 0 binario. figura 2. Ejemplo de una codificación Manchester. I.7.2Codificación Miller Es un código polar, que no tiene más de una transición por tiempo de bit; pero tiene al menos una por cada 2 intervalos de bit [10]. El criterio consiste en dar una sola transición en el punto medio del intervalo de periodo. Cuando se trata de un 1 binario produce una transición a mitad del intervalo. Si se trata de un 0 binario no produce ninguna transición si va seguido de un 1 binario, en caso de que vaya seguido por un 0 binario se produce una transición al final del intervalo. 14

15 I.7.3 Codificación Miller Modificado En esta variante del código Miller, cada transición es reemplazada por un pulso negativo. El código Miller Modificado es altamente recomendable para transmitir del lector al tag en sistemas RFID que usan acoplamiento inductivo. figura 3. Representación grafica de algunas codificaciones En el modo activo los datos enviados usan una codificación de Miller con 100% de modulación si la tasa de envío es de 106 kbaudios. Si la tasa de envío es mayor a 106 kbaudios se usa codificación Manchester 10% de modulación. En el modo pasivo los datos siempre son transmitidos a una modulación de 10% con Codificación Manchester. I.8 Tipos de etiquetas Existen muchas maneras de utilizar la tecnología NFC mediante el uso de diferentes tipos de etiquetas. Las etiquetas especificadas por NFC Forum se describen a continuación [11]. I.8.1 Etiqueta tipo1 La etiqueta Tipo1 utiliza un modelo de memoria simple y está basada en el estándar ISO14443-A. Las etiquetas son de lectura y reescritura y los usuarios pueden configurar las etiquetas para ser de sólo lectura. La disponibilidad de memoria es de 96 bytes de datos de usuario y ampliable a 2 kbytes. La memoria deberá ser considerada como dividida en bloques de 8 bytes cada uno. La velocidad de comunicación es de 106 kbps. 15

16 I.8.2 Etiqueta tipo2 La etiqueta Tipo2 se basa en la norma ISO A estándar. Las etiquetas son de lectura y de re-escritura. Los usuarios pueden configurar la etiqueta para ser sólo de lectura. La estructura de la memoria es estática la cual se utiliza para las etiquetas con tamaño de memoria equivalente a 64 bytes (total) y 48 bytes están disponibles para los datos del usuario y ampliable a 2 kbytes. La estructura de la memoria se divide en bloques de 4 bytes cada uno. Cada bloque tiene una numeración del 0-15 para la estructura de la memoria estática. Los 4 bytes dentro de cada bloque se numeran de 0 a 3. Para cada bloque, el byte 0 es el MSB (byte más significativo) y el byte 3 es el LSB (byte menos significativo). La velocidad de comunicación es de 106 kbits/s. I.8.3 Etiqueta tipo3 La etiqueta Tipo3 se basa en la Norma Industrial Japonesa (JIS) X también conocido como FeliCa. Las etiquetas están preconfiguradas en fábrica para ser de lectura y re-escritura, o simplemente de sólo lectura. Su disponibilidad de memoria es variable aunque el límite de memoria teórica es de 1 MB por servicio. La velocidad de comunicación es de 212 kbps o 424 kbps. La forma física no está definida. La unidad básica de información utilizada en la gestión de memoria se denomina bloque. Cada bloque tiene un tamaño fijo de 16 bytes. El número de bloques de memoria disponibles depende del hardware de chip. Los bloques de memoria no se acceden directamente, sino en relación con el servicio al que pertenecen. Cada servicio tiene un número de bloques de memoria asociados con ella. Los servicios pueden ser accedidos utilizando su código de servicio, que debe ser único dentro de cada etiqueta de Tipo3. Cada etiqueta Tipo3 contiene datos de gestión, denominado Sistema de información. El Sistema de Información de una etiqueta Tipo3 se compone de las siguientes partes: Información de fabricación. Información de definición del sistema. Servicio de información de definición. I.8.4 Etiqueta tipo4 La etiqueta Tipo4 es totalmente compatible con la norma ISO A y las normas ISO B. Las etiquetas están preconfiguradas en fábrica para ser de lectura y reescritura, o simplemente de sólo lectura. Su disponibilidad de memoria es variable y puede ser de hasta 32 kbytes por servicio. La velocidad de comunicación es de hasta 424 kbps. 16

17 Estas etiquetas ofrecen un sistema de archivos flexible con los diferentes archivos y tipos de acceso, incluidos los controles de integridad de datos y opciones de cifrado como algunas de las principales características. I.9 Controlador PN53X (531, 532, 533) La tecnología NFC cuenta con chips de la familia Chipset PN53X, éstos están incrustados en la mayoría de los teléfonos o dispositivos con está tecnología. Pueden realizar varias funciones, como leer y escribir en etiquetas, comunicarse con teléfonos y algunas otras más. Debido a que los chips pueden leer y escribir en etiquetas, también se pueden usar para proyectos que utilicen etiquetas RFID. Existen diferentes etiquetas que funcionan muy bien con estos chips. El Chipset PN532 es el chip más popular de NFC. Existen 3 controladores de NFC basadas en la familia del Chipset PN53X. I.9.1 PN531 El PN531 es un modulo de transmisión integrado para la comunicación sin contacto, opera en la frecuencia de MHz. Sus modos de funcionamiento son: Modo Reader/writer para FeliCa y tarjetas de ISO14443A. Modo interfaz de tarjeta para FeliCa e ISO14443A/MIFARE Modo de NFC IP-1 Para el intercambio de información en una comunicación puede utilizar las interfaces por UART (Universal Asynchronous Receive Transmit), SPI (Serial Parallel Interface), I2C (Inter-Integrated Circuit) y USB (Universal Serial Bus). El chip utiliza un microcontrolador 80C51 con 32 kbytes de ROM y 1 kbyte de RAM, cuenta con circuitos analógicos para la transmisión y recepción, un detector de nivel de RF y un detector de modo. 17

18 figura 4. Diagrama a bloques del PN531 I.9.2 PN532 Al igual que el PN531 es un módulo de transmisión integrado para la comunicación sin contacto, opera en la frecuencia de MHz, es altamente usado en la tecnología NFC y compatible con: ISO/IEC 14443A/MIFARE Reader/Writer FeliCa Card emulation FeliCa Reader/Writer ISO/IEC 14443B Reader/Writer ISO/IEC 14443A/MIFARE Card MIFARE Classic 1K or MIFARE Classic 4K card emulation mode ISO/IEC 18092, ECMA 340 Peer-to-Peer Para el intercambio de información en una comunicación puede utilizar las interfaces por UART, SPI e I2C. El chip utiliza un microcontrolador 80C51 con 40 kbytes ROM y 1 kbyte de RAM, detector de nivel de RF, interfaz analógica, detector de modo de datos. La memoria intermedia FIFO permite la transferencia de datos desde el host a la UART sin contacto y viceversa. 18

19 figura 5. Diagrama a bloques del PN532 I.9.3 PN533 Al igual que los dos anteriores el PN533 es un modulo transmisión integrado para la comunicación sin contacto, opera en la frecuencia de MHz. Los modos de funcionamiento que soporta son: ISO/IEC 14443A Reader/Writer ISO/IEC 14443B Reader/Writer FeliCa Reader/Writer ISO/IEC 18092, ECMA 340 Peer-to-Peer A diferencia del PN531 y del PN532 el PN533 solamente utiliza la interfaz USB para el intercambio de información en una comunicación. El chip utiliza un microcontrolador 80C51 con 44 kbytes ROM y 1232 kbytes de RAM, detector de nivel de RF y detector de modo de datos. Protocolo I2C El protocolo de comunicación I2C (Inter-Integrated Circuit) es un bus bidireccional de comunicaciones serie síncronas desarrollado por Phillips muy utilizado en la industria para la comunicación entre microcontroladores y sus periféricos en sistemas integrados. 19

20 Utiliza únicamente dos líneas para trasmitir los datos SDA (Serial Data) y la señal de reloj SCL (Serial Clock). Necesitan resistencias pull-up, ya que los dispositivos sólo pueden forzar al bus a ponerse a 0. La línea de tierra debe ser común a todos los dispositivos (estar unida). Es bidireccional Half-Duplex y sigue el modelo maestro-esclavo. El maestro es el dispositivo que comienza la transferencia en el bus y se encarga de generar la señal de reloj. Mientras que el esclavo es el dispositivo seleccionado. Protocolo SPI El protocolo de comunicación SPI (Serial Peripheral Interface) es un bus de comunicaciones serie síncronas desarrollado por Motorola, usado para la transferencia de información entre circuitos integrados en equipos electrónicos. Utiliza un bus de 3 líneas, para la salida de datos del maestro y entrada de datos a los esclavos MOSI (Master Output Slave Input), para salida de datos de los esclavos y entrada de datos al maestro MISO (Master Input Slave Output) y para generar la señal de reloj SCLK. La señal de reloj la genera uno de los dispositivos (el que actúa de maestro). La línea de tierra debe ser común a todos los dispositivos (estar unida). Permite comunicación full-duplex (enviar y recibir información de manera simultánea). Utiliza el modelo maestro-esclavo donde el maestro selecciona al esclavo y comienza el proceso de transmisión/recepción. 20

21 Parte II Propuesta de la tecnología NFC al diseño de un servicio en un museo II.1 Descripción del problema En la actualidad las obras de arte que son exhibidas en un museo cuentan con una breve descripción de ellas en una placa con un grabado o en algún tipo de hoja con un texto impreso. Aprovechando el hecho de que una gran mayoría de la gente usa un teléfono móvil y siempre y cuando éste contenga la tecnología NFC integrada, se busca llegar a suplir las placas grabadas u hojas impresas por tarjetas NFC y de esta manera hacer que un smartphone o una tablet le sirva a un usuario como un servicio de audioguía durante su recorrido por las salas de un museo. II.2 Propuesta de solución al problema planteado En este proyecto se hará uso de la tecnología NFC para poder ofrecer a los visitantes de un museo o galería información de las obras de arte que se encuentren en existencia. Así, se podrá tener una visita guiada sin la necesidad de tener que rentar una audioguía o tener que contratar al personal del museo durante un recorrido, el usuario logrará tener acceso a la información mediante el uso de dispositivos móviles (smartphone y tablets). Para lograr esto es necesario diseñar y crear una base de datos (BD) en la cual se guardará la información de cada una de las obras de arte que se exhiban en un museo o galería. La información almacenada sobre las obras de arte estará distinguida por un número único que posteriormente será grabado en una etiqueta NFC. De esta forma será posible realizar una búsqueda para cada una de las obras de arte almacenadas en la base de datos. La búsqueda se realizará por medio de un dispositivo equipado con la tecnología NFC para leer la información que se encuentre grabada en la etiqueta NFC. Como se mencionó anteriormente, la información grabada en la etiqueta NFC será un número único. En el momento en el que un dispositivo lea la información grabada en la etiqueta NFC se realizará la búsqueda en la base de datos con el número único, regresando al dispositivo la información que esté relacionada con dicho número en la base de datos, mostrando así las características de una obra en específica en la pantalla del dispositivo. De esta manera los visitantes de un museo lograrán tener acceso a la información contenida en la base de datos de una manera sencilla. En la figura 6 se muestra el esquema del sistema propuesto para la consulta. 21

22 figura 6. Esquema propuesto para el diseño de la aplicación. II.3 Descripción general de una base de datos A continuación se hará una breve descripción de las partes que conforman a una base de datos. Algunos conceptos fundamentales sobre las bases de datos son: entidad, atributos, relación, llave primaria, llave foránea, restricciones de asignación, diagrama entidad-relación. Entidad: Es un objeto que existe y que puede distinguirse de otros objetos, es decir es la representación de un objeto del mundo real que es distinguible de otros objetos por un nombre único. Cada entidad está representada por un conjunto de atributos. Atributos: Son propiedades de interés de una entidad, éstos describen la estructura de una base de datos. Relación: Es una asociación entre dos o más entidades. Llave primaria: Es un atributo que permite hacer distinciones de una entidad de forma única. De esta manera es posible distinguir entidades dentro de un conjunto de entidades. Llave foránea: Es uno o más atributos de una entidad que hacen referencia al atributo o atributos de la llave primaria de otra entidad, es una llave externa que indica cómo están relacionadas las entidades. Restricciones de asignación: Existen restricciones que se crean al momento de planificar una base de datos entre las entidades y relaciones, éstas se pueden ajustar al contenido de la base de datos. 22

23 Una restricción importante es la cardinalidad de asignación, que expresa el número de las entidades con las que puede asociarse otra entidad mediante un conjunto de relaciones. En un conjunto binario de relaciones, entre los conjuntos de entidades A y B la cardinalidad puede ser alguna de las siguientes: Una a una: Una entidad A se asocia con una y solamente con una entidad en B, y viceversa, una entidad en B está asociada con una y solamente con una entidad en A. Una a muchas: Cada entidad en A se asocia con varias entidades de B. Muchas a muchas: Cualquier entidad de A está asociada con varias entidades de B, y viceversa, cualquier entidad en B está asociada con varias entidades de A. Diagrama entidad-relación (E-R) En general, la estructura lógica de una base de datos puede representarse en forma gráfica (diagrama entidad-relación) la cual está compuesta por los siguientes componentes: Rectángulos: Los rectángulos representarán al conjunto de entidades. Rombos: Los rombos representarán al conjunto de relaciones. Líneas: Se utilizarán para conectar a los conjuntos de entidades a los conjuntos de relaciones. Elipses: Las elipses representan a los atributos de las entidades y de las relaciones. II.4 Diseño de la base de datos II.4.1 Diseño del diagrama entidad- relación En la solución para el diseño del diagrama entidad-relación de una galería de arte se considerarán 3 entidades: artista, obra y colección; las cuales serán conectadas por las relaciones: realiza y pertenece. El enunciado para hacer entendible el uso de las entidades, atributos es el siguiente: Un artista está caracterizado por: un número de artista, nombre del artista, año de nacimiento y año de fallecimiento. Una obra se caracteriza por tener: un número de obra, título de la obra, año y una descripción. Una colección se caracteriza por tener un número de colección y un nombre. En este diseño no será necesario el uso de elipses para representar a cada uno de los atributos ya que los atributos se mostrarán junto con el símbolo de las entidades (rectángulos) separadas por una línea, siendo el primer campo de forma descendente el nombre de la entidad en letras mayúsculas y el segundo campo lo ocuparán los atributos siendo el primero la llave primaria. 23

24 Con la descripción antes mencionada es posible realizar el diagrama entidad-relación y posteriormente hacer la traducción a tablas que nos serán de ayuda para generar la base de datos. En la figura 7 se muestra la solución del diagrama entidad-relación correspondiente a la galería de arte, mostrando las restricciones entre las entidades. ARTISTA *num_artista nom_autor año_nacimiento año_fallecimiento GALERÍA DE ARTE COLECCION *num_coleccion nom_coleccion Realiza OBRA *num_obra titulo año descripcion Pertenece figura 7. Diagrama entidad-relación de la galería de arte. II.4.2 Traducción: diagrama entidad-relación a tablas Para hacer la traducción del diagrama entidad-relación a tablas es necesario utilizar una simbología que sea de ayuda para distinguir cada uno de los campos. En la figura 8 se muestra la simbología que se utilizará para la realización de las tablas. Para la creación de la base de datos mediante un software, se utilizará MySQL Workbench. 24

25 Figura 8. Simbología utilizada para la creación de las tablas. Las tablas diseñadas son las siguientes: Tabla de la entidad artista, cuenta con 4 atributos. ARTISTA num_artista nom_autor Año_Nacimiento año_fallecimiento INT UNSIGNED PRIMARY A/I VARCHAR(100) INT UNSIGNED tabla 3. Tabla de la entidad artista y sus atributos. Tabla de la entidad obra, cuenta con 4 atributos y 2 llaves foráneas. OBRA INT UNSIGNED num_obra Titulo Año Descripcion num_artista Num_Coleccion INT PRIMARY UNSIGNED A/I VARCHAR (100) INT UNSIGNED VARCHAR (500) INT UNSIGNED INDEX tabla 4. Tabla de la entidad obra y sus atributos. INT INDEX Tabla de la entidad colección, cuenta con 2 atributos. COLECCION num_coleccion nom_coleccion INT VARCHAR (100) PRIMARY UNSIGNED tabla 5. Tabla de la entidad colección y sus atributos. 25

26 II.4.3 Creación de la base de datos en MySQL Workbench MySQL Workbench es una herramienta visual unificada para los arquitectos de bases de datos, desarrolladores y administradores de bases. MySQL Workbench proporciona el modelado de datos, desarrollo de SQL y herramientas completas de administración de la configuración del servidor, la administración de usuarios, copia de seguridad, y mucho más. MySQL Workbench está disponible en Windows, Linux y Mac OS X. Para crear la BD ejecutamos el sistema gestor de bases de datos MySQL Workbench, éste nos ofrece la facilidad de crear una BD de forma gráfica a través del modelo entidadrelación, con ayuda del diseño mostrado en la figura 7. La utilizaremos para poder introducir las tablas correspondientes ya mencionadas en la sección anterior. Al seleccionar la opción New Model del menú File aparecerá en pantalla el entorno mostrado en la figura 9. figura 9. Entorno de MySQL Workbench, seleccionar la opción Add Diagram mostrada en el recuadro rojo para crear una BD. Al hacer doble clic en Add Diagram se abre el entorno de trabajo mostrado en la figura

27 figura 10. Entorno de trabajo. Hacer clic en la opción señalada con la flecha roja para colocar una nueva tabla. En la figura 10 se indica con una flecha un símbolo; este símbolo nos sirve para colocar una nueva tabla, al hacer clic en el aparecerá un objeto, lo soltamos con otro clic en cualquier parte del entorno de trabajo. Se realizará el mismo procedimiento para colocar las tablas que sean necesarias. Para editar las tablas y sus atributos hacemos doble clic sobre alguna de ellas y en la parte inferior del entorno de trabajo aparecerá un nuevo recuadro donde podremos insertar cada uno de los atributos con sus correspondientes características. figura 11. Edición de una tabla. 27

28 En la figura 12 se logra observar la traducción de la tabla 3 en el lenguaje MySQL Workbench. Se realizará lo mismo para las tablas 4 y 5. figura 12. Traslado de atributos de la tabla 3 a una tabla en MySQL Workbench Una vez editadas las tres tablas se procede a ligar las tablas por medio de sus restricciones de asignación, la relación que existe entre las tablas artista y obra es de uno a muchos al igual que las tablas colección y obra. Al añadir las restricciones por medio del botón 1:n se seleccionará primero la tabla en la cual se trasladará la llave primaria y al final la tabla restante, por ejemplo en la relación que existe entre la entidad artista y obra es de uno a muchos, la llave primaria de la entidad artista deberá trasladarse a la entidad obra quedando como llave foránea, entonces se seleccionará primero la entidad obra y enseguida la entidad artista. Las relaciones quedarán como se muestra en la figura 13 lográndose observar que las llaves primarias de la tablas artista y colección se trasladaron a la tabla obra quedando como llaves foráneas de esta tabla. 28

29 figura 13. Diagrama final del modelo entidad-relación de la forma gráfica. De esta manera queda finalizado el modelo entidad-relación de la forma gráfica. Por último hay que generar las tablas para la base de datos, para realizar esto seleccionamos la opción Forward Engineer del menú Database. Al hacer esto aparecerá una nueva ventana, seguimos una serie de pasos para terminar el proceso. Para verificar que realmente se creó la conexión, en la pantalla de inicio de MySQL Workbench aparecerá la conexión que se acaba de crear, dando doble clic sobre ella se abrirá el entorno donde se podrán realizar consultas, insertar información en las tablas, etc. II.4.4 Llenado de información y búsqueda en la BD Para insertar información en la BD abrimos la conexión que se realizó anteriormente en el entorno de trabajo se escribirá la palabra reservada insert seguida del nombre de la tabla colocando entre paréntesis separados por comas los atributos de la tabla, porsterirmente se escribirá la palabra reservada values y entre paréntesis la información de los atributos también separados por comas; para ejecutar la instrucción se dará clic en el símbolo del rayo simple, de esta manera se agregará información a una tabla. Ejemplo para agregar información en la tabla artista: insert artista (num_artista, nom_autor, año_nacimiento, año_fallecimiento) values (4, 'Pablo Picasso', 1881, 1973) 29

30 En este caso, en la tabla artista se agrega un número 4 de artista con nombre Pablo Picasso con año de nacimiento en 1881 y año de fallecimiento en Se realizará el mismo procedimiento para agregar información en cualquier tabla. En la figura 14 se muestra el ejemplo anterior en el entorno de MySQL Workbench. figura 14. Ejemplo para ingresar información en una tabla. Para poder ver el contenido de la tabla utilizaremos la palabra reservada select espacio un * la palabra reservada from espacio y el nombre de la tabla. Ejemplo para ver el contenido de una tabla: SELECT * FROM artista Para ejecutar esta instrucción damos clic en el símbolo de rayo simple y nos desplegará en pantalla la información contenida de toda la tabla. En la figura 15 se mostrará el ejemplo anterior en el entorno de MySQL Workbench. 30

31 figura 15. Ejemplo para ver el contenido de una tabla. A continuación se muestra un ejemplo de una búsqueda un poco más compleja. Esta serie de instrucciones nos dice que busque las obras que se encuentran con número de artista 1. select * from obra inner join artista on artista.num_artista = obra.artista_num_artista where obra.artista_num_artista = 1 El resultado es el mostrado en la figura 16, donde se observa que las obras que pertenecen al artista 1 (Leonardo da Vinci) en la BD son las obras número 1 y 3 su descripción y años de nacimiento y fallecimiento del artista. figura 16. Búsqueda de obras en la BD que pertenecen a un artista en específico. 31

32 II.5 Diseño de un código en c En esta subsección se plantea un código realizado en lenguaje de programación C, dicho código se encuentra en el Anexo A. En el código se ejemplifica una solución para realizar la búsqueda de obras de arte, simulando una base de datos. Se pretende darle continuidad a esta aplicación, las partes son las siguientes: El código será modificado haciendo uso de la librería mysql.h Agregar funciones para tener acceso con el lector NFC 32

33 Conclusiones Al finalizar el proyecto, se logró obtener un conocimiento más amplio de lo que es la tecnología NFC. Resaltando el hecho que utiliza lectores y tarjetas es posible realizar diferentes aplicaciones ya que existe la ventaja de la movilidad y más aún el hecho de incrustar este tipo de tecnología en los teléfonos móviles para así lograr obtener un mayor beneficio de ellos. En la elaboración de este proyecto se aplicó la tecnología NFC para hacer de un museo algo más novedoso, y así observar que esta nueva tecnología es posible aplicarla a una gran gama de aplicaciones. Se espera que en algunos años los teléfonos móviles se renueven para que la mayoría de ellos contenga incrustada la tecnología NFC y así promover el uso de ésta y mejorar la experiencia del usuario. Ya que NFC es una tecnología inalámbrica es posible que tenga una gran aceptación dentro de la sociedad. Ya que también es de uso simple para los usuarios y tiene trasferencia de datos a una buena velocidad. 33

34 Referencias 1. (NEAR FIELD COMMUNICATION AND MOBILE TECHNOLOGY, consulta 2013) 2. (Sony, Qué es NFC?, consulta 2013) 2/ 3. (Xataka, NFC: qué es y para qué sirve, consulta 2013) 4. (INTECO, Guía sobre seguridad y privacidad de la tecnología RFID, consulta 2013) Guias/Guia_RFID.pdf 5. (NFC Forum, Our Mission & Goals,consulta 2013) 6. (ISO, Identifications cards Contactless integrated circuit(s) cards Proximity cards, consulta 2013) 7. (ISO, Identifications cards Contactless integrated circuit(s) cards Vicinity cards, consulta 2013) 8. (ISO, Information technology Telecommunications and information exchange between systems Near field communication Interface and protocol, consulta 2013) 9. (ISO, Information technology Telecommunications and information exchange between systems Near field communication Interface and protocol - 2, consulta 2013) (Slideshare, Codificación de línea y canal, consulta 2013) (Microsoft, Differences among different NFC tags, consulta 2013) ags 34

35 Anexo A #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define TAM 15 typedef struct obra OBRA; //se crea la estructura con los campos requeridos para representar la BD. struct obra { char *titulo; char *artista; char *descripcion; float fecha; }; void llama_menu(); //prototipo de la funcion de llama_menu, no requiere ningun paso de parametros. void agregar_registro(obra reg[], int *, int *); //prototipo de la funcion agregar_registro void muestra_regsitros(obra reg[], int, int, int); //protitipo de la funcion muestra_registros. int main() //programa principal unicamente se encarga de llamar a la funcion llama_menu. { llama_menu(); return 0; } //fin del programa principal. /* Funcion llama_menu, esta funcion se encarga de mostrar el MENU en pantalla, asi como de llamar a otras funciones, cuando el usuario decida salir (opcion 3) se mostrara en pantalla la BD. */ void llama_menu() { //declaracion de variables int opcion; //esta variable se encarga de guardar el valor que elija el usuario del MENU int busca; //esta variable nos sirve para buscar una numero de obra en especifico. int bandera=0; //esta variable nos sirve para indicar si existe por lo menos un registro en la BD 35

36 int i=0; //esta variable nos sirve para saber cuantos registros ha ingresado el usuario y para // poder recorrer el arreglo al momento de guardar los datos que el usuario capture. OBRA reg[tam]; //arreglo de resgistros de tipo OBRA do //Se muestran las opciones del MENU para que el usuario pueda seleccionar una a la vez. { printf("elige una opcion del MENU\n"); printf("1- Agregar un registro (llenar la informacion de una obra)\n"); printf("2- Buscar una obra por su numero\n"); printf("3- Salir\n"); scanf("%d", &opcion); usuario halla seleccionado. //se lee del teclado la opcion que el switch (opcion) { case 1: agregar_registro(reg, &i, &bandera); //Se llama a la funcion agregar_registro. break; case 2: /*printf("hasta el momento ha ingresado la informacion de %d obra(s)\n", (i)); printf("ingrese el numero de la obra para ver su informacion\n"); scanf("%d",&busca);//se lee el numero de registro para mostrar su informacion while(busca<1 busca>i)//validamos que se teclee una opcion en el rango establecido. { printf("error el numero a elegir debe estar entre 1 y %d\n",i); printf("ingrese el numero de la obra para ver su informacion\n"); scanf("%d", &busca);//en caso de error se vuelve a pedir un valor fflush(stdin);//se limpia el buffer para no tener problemas con la siguiente lectura del teclado. }*/ muestra_regsitros(reg, i, bandera, busca); // llamado a la funcion muestra_registros. break; default: if(opcion>3 opcion<=0)//en caso de seleccionar una opcion que no este en el MENU se printf("opcion no valida. Elija una opcion del MENU\n\n");//muestra la sig leyenda. } }while(opcion!=3);//al seleccionar la opcion 3 el programa termina. } 36

37 void agregar_registro(obra reg[], int *i, int *bandera) { int opc; //varibale para guardar la opcion de llenar o no un registro. float num; //variable para guardar el año de una obra. char nom[100]; //cadena para almacenar temporalmente el nombre del artista, titulo de la obra y la descripcion. do { printf("para agregar un nuevo registro presione 1, presione 0 para regresar al MENU\n"); scanf("%d", &opc); //se lee del teclado la opcion que el usuario elija. fflush(stdin); while(opc<0 opc>1) //en caso de seleccionar otra opcion se muestra un mensaje de error. { printf("error debe elegir 1 o 0\n"); printf("para agregar un nuevo registro presione 1, presione 0 para regresar al MENU\n"); scanf("%d", &opc); //se hace la lectura nuevamente del teclado fflush(stdin);//se limpia el buffer para no tener problemas con la siguiente lectura del teclado. } if(opc==1) //al elegir uno se comienza a llenar los campos del registro. { if(*i<tam) // restriccion para no sobrepasar el limite al que esta definido TAM. { printf("ingresa el titulo de la obra\n"); gets(nom); //se lee del teclado una cadena de caracteres reg[*i].titulo=(char*)malloc(sizeof(char)*strlen(nom)+1); //se pide memoria //para poder guardar el nombre de la obra. strcpy(reg[*i].titulo,nom); //copia la cadena nom (origen )a reg[*i].titulo (destino). fflush(stdin);//se limpia el buffer para no tener problemas con la siguiente lectura del teclado. printf("ingresa el nombre del artista\n"); gets(nom);//se lee del teclado una cadena de caracteres. reg[*i].artista=(char*)malloc(sizeof(char)*strlen(nom)+1);//se pide memoria strcpy(reg[*i].artista,nom);//copia la cadena nom (origen )a reg[*i].artista (destino). fflush(stdin);//se limpia el buffer para no tener problemas con la siguiente lectura del teclado. printf("ingresa una descripcion de la obra\n"); 37

38 gets(nom);//se lee del teclado una cadena de caracteres. reg[*i].descripcion=(char*)malloc(sizeof(char)*strlen(nom)+1);//se pide memoria. strcpy(reg[*i].descripcion,nom);//copia la cadena nom (origen )a reg[*i].descripcion (destino). fflush(stdin);//se limpia el buffer para no tener problemas con la siguiente lectura del teclado. printf("dame el año de creacion de la obra\n"); scanf("%f", &num);//se lee del teclado un numero que representa el año. reg[*i].fecha=num; //actualizamos registro en el campo indicado para el precio del zapato. *bandera=1; //cuando badera cambia a 1 sabemos que al menos se ha llenado un registro en el inventario. *i=*i+1;//incrementamos el contador para poder acceder al siguiente registro. } else // en caso de haber llegado al limite de TAM se muestra el siguiente mensaje. { printf("no se puede ingresar mas datos. La B.D ha llegado a su LIMITE\n\n"); break; } } }while(opc!=0); //finaliza el modulo cuando el usuario ingresa un 0 y regresa al MENU. } void muestra_regsitros(obra reg[], int i, int bandera, int busca) { int opc; if(bandera==0) //si bandera es 0 indica que no se ha ingresado informacion a la B.D { printf("no ha ingresado informacion a la B.D. Elija la opcion 1 del MENU\n"); printf("para llenar la informacion de al menos un registro.\n\n"); } else // cuando bandera es 1 se muestra el numero de registros que ha llenado el usuario. { do { printf("hasta el momento ha ingresado la informacion de %d obra(s)\n", (i)); printf("ingrese el numero de la obra para ver su informacion\n"); scanf("%d",&busca);//se lee el numero de registro para mostrar su informacion 38