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崑山科技大學

資訊工程系

專題製作報告

NFC點餐系統

NFC MEALS SYSTEM

學 生：4001E004 李秉毅

學 生：4990E003 郭志韋

學 生：4990E039 陳宜興

學 生：4990E073 鄭文翰

學 生：4990E074 張德倫

指導老師：李冠榮 老師

中華民國103年05月

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NFC點餐系統

NFC MEALS SYSTEM

學 生：李秉毅 Student: LI,PING-YI

學 生：郭志韋 Student: KUO,CHIH-WEI

學 生：陳宜興 Student: CHEN,YI-HSING

學 生：鄭文翰 Student: JHENG,WUN-HAN

學 生：張德倫 Student: CHANG,TE-LUN

指導老師：李冠榮 Advisor: LI,KUAN-JUNG

崑山科技大學

資訊工程系

專題報告

A Report

Submitted to Department of Information Engineering

Kun Shan University

in Partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Bachelor

in

Information Engineering

May 2014

Tainan, Taiwan, Republic of China

中華民國103年05月

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NFC點餐系統

學生：李秉毅 指導老師：李冠榮

學生：郭志韋 指導老師：李冠榮

學生：陳宜興 指導老師：李冠榮

學生：鄭文翰 指導老師：李冠榮

學生：張德倫 指導老師：李冠榮

崑山科技大學資訊工程系

摘 要

在這個資訊社會蓬勃發展之下，傳統型手機已從只具撥接電話的功能轉變至

智慧型手機的平台，智慧型手機的特色在於可安裝各種的應用程式，豐富其手機

的功能，使得智慧型手機逐漸取代傳統型手機，而在現今的社會中，智慧型手機

也逐漸普及。

智慧型手機的成功與Android系統有著密不可分的關係，其半開放原始碼的硬

體架構之下，使Android於每個版本不斷的進行改進，而應用程式的開發也不再複

雜，官方網站和各大討論區上的資料十分豐富，也促使應用程式逐漸遽增，只要

有個簡單的想法，人人皆可自行開發，Android使用者因此而受惠，在相關的Android

市集上，如：Google Play，各種想得到的程式幾乎都可以被找到。

隨著智慧型手機的普及，在手機上的通訊方式也變得格外的重要，在2011年9

月HTC、LG、Motorola、三星、Sony Ericsson等手機大廠均宣佈未來NFC近場通訊

規格[1]，在各手機大廠的推助之下，NFC近場通訊逐漸出現在現今的手機之上，

v

而在ISO等相關標準之下，NFC近場通訊，除了在手機與手機之間通訊之外，以及

手機與NFC卡片通訊外，亦能與任何各種具有NFC功能之設備進行通訊。

在此計畫中，透過Android手機上含有的NFC相關API[2]，以及個人電腦上使

用第三方的開源函式庫，建立於標準NFC通訊協定之上，將呈現智慧型手機與個

人電腦進行通訊的應用，於Google Chrome Extension之上。

關鍵字：NFC、Android、Chrome Extension。

vi

誌 謝

本專題能順利完成，首先由衷的感謝專題指導老師李冠榮老師，感謝他在專

題寫作期間的細心教誨與指導，令學生終身受益匪淺。專題製作中遇到一些的困

難，指導老師認真地、有耐心地與組員多次討論，才能順利的將專題完成，對於

李冠榮老師，我們有無限的感激。對我們而言，不僅是教學上的良師，也是益友，

生活中遇到的各種難題，都可找李冠榮老師商量，謝謝李冠榮老師這些日子的指

導。也感謝組員們的分工合作及資料收集，在學習期間的互相砥礪及陪伴與彼此

加油打氣。最後，也要感謝在專題製作期間曾經幫助過我們的所有老師，正因為

大家的同心協力，才能使我們的專題製作更加完整，也能更順利的完成，在此本

組特別的感謝，僅致上最高的敬意及謝意。

vii

目 錄

授權書 ................................................................................................................................i

中文摘要 .......................................................................................................................... ii

誌謝 ................................................................................................................................. iii

目錄 ..................................................................................................................................iv

表列 ..................................................................................................................................vi

圖列 ................................................................................................................................... x

第一章 緒論 .............................................................................................................. 1-1

1.1 研究動機與目的.................................................................................................

1.1.1 NFC近場通訊 .........................................................................................

1.2 相關標準概述.....................................................................................................

1.3 相關硬體.............................................................................................................

1.4 NFC工作模式 .....................................................................................................

第二章 系統模型與架構 .......................................................................................... 2-1

2.1 子系統功能與介面 ............................................................................................

2.2 系統功能介紹 ....................................................................................................

2.3 NFC點餐與傳統點餐差別 ................................................................................

2.4 簡易成果展示圖 ................................................................................................

參考文獻 ....................................................................................................................... R-1

viii

表格目錄

表 1 NFC相關標準 .......................................................................................................

表 2 傳輸技術比較 .......................................................................................................

表 3 NFC應用 ...............................................................................................................

表 4 主動式的Tag和被動式的Tag比較表 ...................................................................

表 5 NFC Tag的標準和比較 ........................................................................................

ix

圖目錄

圖 1 N-Mark ..................................................................................................................

圖 2 NFC與非接觸式技術的頻率範圍 .......................................................................

圖 3 NFC發展過程[5] ...................................................................................................

圖 4 NFC行動電話與生活關聯[6] ...............................................................................

圖 5 NFC的被動模式 ...................................................................................................

圖 6 NFC點餐系統架構圖 ...........................................................................................

圖 7 NFC點餐系統部署圖 ...........................................................................................

1

第一章

緒論

1.1 研究動機與目的

在這個資訊社會蓬勃發展之下，傳統型手機已從只具撥接電話的功能轉變至

智慧型手機的平台，智慧型手機的特色在於可安裝各種的應用程式，豐富其手機

的功能，使得智慧型手機逐漸取代傳統型手機，而在現今的社會中，智慧型手機

也逐漸普及。

智慧型手機的成功與Android系統有著密不可分的關係，其半開放原始碼的硬

體架構之下，使Android於每個版本不斷的進行改進，而應用程式的開發也不再複

雜，官方網站和各大討論區上的資料十分豐富，也促使應用程式逐漸遽增，只要

有個簡單的想法，人人皆可自行開發，Android使用者因此而受惠，在相關的Android

市集上，如：Google Play，各種想得到的程式幾乎都可以被找到。

隨著智慧型手機的普及，在手機上的通訊方式也變得格外的重要，在2011年9

月HTC、LG、Motorola、三星、Sony Ericsson等手機大廠均宣佈未來NFC近場通訊

規格，在各手機大廠的推助之下，NFC近場通訊逐漸出現在現今的手機之上，而

在ISO等相關標準之下，NFC近場通訊，除了在手機與手機之間通訊之外，以及手

機與NFC卡片通訊外，亦能與任何各種具有NFC功能之設備進行通訊。

2

在現今的Google Play上已能找到不少與NFC近場通訊相關的程式，而Android

內建的Google Map應用程式、Youtube、聯絡人…等，也使用了NFC進場通訊的功

能，使手機與手機彼此在分享資料時，不用透過Wi-Fi, 藍芽等通訊方式，在手機上

互相靠近之下，隨即可分享現在正在瀏覽的內容，如：分享現在正在瀏覽的地圖

資訊、分享Youtube目前撥放的影片內容且同步撥放時間、分享聯絡人的電話號碼

等資料…等，這顯然提供給使用者一個更加便利的通訊方式。

除了透過Andoid本身提供的NFC近場通訊的API介面，讓手機彼此透過這便利

的方式通訊外，實驗在不同的設備上利用NFC近場通訊進行通訊，如個人電腦與

手機的通訊上，這可以使的在手機上的資料，更加便利的傳輸到個人電腦中，提

供更多的應用方式，如下：

情境一：

在手機上觀賞Youtube影片時，來到個人電腦前，可以透過手機與個人電

腦上的NFC讀卡機，輕觸即將影片同步撥放於個人電腦上。

情境二：

學校的門禁系統，可以透過一台個人電腦與NFC tag，來做人員管控，以

之取代傳統Barcode的讀取方式，在人流量大的環境之下，更能提供快速通行

的功能，而傳統Barcode的缺點，如：讀取速度慢、資料儲存量不如NFC近場

通訊、辨認方式不易…等，特別是容易因代碼被磨耗掉，造成無法辨識的情

況，NFC tag就如臺北捷運公司所推出的悠遊卡，攜帶方便，成本低。

如上述情境中，在建構NFC近場通訊服務時，所需要的硬體成本降低，個人

電腦和NFC讀卡機的組合，即可提供服務，若需要架設方便，可用筆記型與NFC

讀卡機，亦能提供便利性的服務。

3

在此計畫中，透過Android手機上含有的NFC相關API，以及個人電腦上使用第

三方的開源函式庫，建立於標準NFC通訊協定之上，將呈現智慧型手機與個人電

腦進行通訊的應用，於Google Chrome Extension之上。

1.1.1 NFC近場通訊

NFC簡介

近場通訊[3]（英語：Near Field Communication，NFC），又稱近距離無線通

訊，是一種短距離的高頻無線通訊技術，允許電子設備之間進行非接觸式點對點

資料傳輸。這個技術由免接觸式射頻識別（RFID）演變而來，由飛利浦和索尼共

同研製開發，其基礎是RFID及互連技術。近場通訊是一種短距高頻的無線電技術，

在13.56MHz頻率運行於20公分距離內。其傳輸速度有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者

424 Kbit/秒三種。

基於現有的RFID標準，包含ISO/IEC 14443 和FeliCa。已經建立了國際標準

ISO/IEC 18092，這個標準從2004年開始被建立在NFC Forum，主要成員有Nokia，

Philips 和 Sony，到今天NFC Forum已經有150個成員，他們同時負責推廣和進行

NFC認證的工作。

Figure 1. N-Mark

4

N-Mark，目的是讓使用者識別支援NFC的裝置。

NFC擴展了非接觸式智能卡技術，NFC技術使設備共享信息的距離小於4厘米

時有最大通信速度424kbps。用戶可以共享名片，進行交易，或提供一個簡單的門

禁系統的憑據。[4]

Figure 2. NFC與非接觸式技術的頻率範圍

NFC的特質

● 在13.56MHz頻率運行於20公分距離內。

● 資料傳輸速度可以選擇106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒。

● NFC技術與飛利浦的Mifare以及索尼的FeliCa等非接觸式智慧卡技術均保

持相容。

● 已經通過成為ISO/IEC IS 18092國際標準、EMCA-340標準與ETSI TS 102

190標準。

● 可運作在被動與主動模式。被動模式不需要電池，但是缺乏獨立發射訊號

的能力；而主動反之。

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1.2 相關標準概述

標準 內容

ISO/IEC 18000-3 Air Interface at 13.56MHz

ISO/IEC 14443 ID “Proximity” Card

ISO/IEC 15693 ID “Vicinity” Card

ISO/IEC 18092 (NFCIP-1) (ECMA 340)ETSI

TS 102 190 V1.1.1 Near Field Communication Interface & Protocol

ISO/IEC 21481 (NFCIP-2) (ECMA 352)ETSI

TS 102 312 V1.1.1 To Bridge ISO 18092/15693/14443

ISO/IEC TR 18046 Performance TEST Method

ISO/IEC TR 18047 Conformance TEST Method

ISO/IEC 10373-6 ID “Proximity” Card TEST Method

ISO/IEC 10373-7 ID “Vicinity” Card TEST Method

ISO/IEC 22536 (NFCIP-1)(ECMA-356)ETSI

TS 102 345 V1.1.1 NFC RF Interface TEST Method

ISO/IEC 23917 (ECMA-362) NFC Protocol TEST Method

Table 1. NFC相關標準

ISO 14443A

● 感應距離： 7~15 mm。

● 調變方式：ASK 100% (PCD → PICC) ，OOK (PICC → PCD)。

● 位元編碼方式：Modify Miller (PCD → PICC) ，Manchester (PICC → PCD)。

● 資料傳輸速率： 106 Kbps。

● 防碰撞協定： 二進位搜尋。

● 支援3DES Encryption。

6

● 主要市場：電子錢包應用領域。

● 主要廠商： NXP、Infineon。

ISO 15693

● 感應距離： 0~1.5m。

● 調變方式：ASK 10%、100% (VCD → VICC)、FSK (VCD → VICC) 。

● 位元編碼方式： PPM (VCD → VICC) ， Manchester (VICC → VCD) 。

● 資料傳輸速率：1.65~26.48 Kbps。

● 支援DES、3DES Encryption。

● 主要市場：門禁及資產管理應用領域。

● 主要廠商： TI。

ISO 18000-3

● 感應距離: 0~90 公分(與ISO 15693相當) 。

● 10~40 個Tags/秒。

Mode 1：

● 以ISO 15693為基礎。

● Reader to Tag Data Rate: 1.65~26.48 Kbps。

● Tag to Reader Data Rate: 26.48 Kbps。

Mode 2：

● 使用PJM(Phase-Jitter Modulation) 。

● Reader to Tag Data Rate: 423.75 Kbps。

● Tag to Reader Data Rate: 105.9375 Kbps/ch(8 ch.s) 。

7

ISO 18092

●感應距離： 被動式7~50 mm、主動式10 cm。

●工作模式： Reader、Tag、P2P。

●RF & PHY： ISO 14443A。

●資料傳輸速率：106~424 Kbps。

○主動模式：846, 1695, 3390, 6780 Kbps。

○被動模式：106, 212,424 Kbps。

●主要市場：電子錢包、電子海報、手機應用領域。

●主要廠商： NXP、SONY。

Figure 3. NFC發展過程[5]

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NFC 藍芽 紅外通訊技術

網路類型 點對點 單點對多點 點對點

使用距離 最大距離0.1m 最大距離10m 最大距離1m

速度 最快424kbps 721kbps 115kbps

建立連接時間 不到0.1秒 6秒 0.5秒

安全性 由硬體實現 由軟體實現 只有IRFM才有

通信模式 主動-主動，主動-被動 主動-主動 主動-主動

基礎設施 contactless ticketing，e-payment Works

with MIFARE，Felica 手機，PDA 手機，PDA，電腦

成本 低 中 低

Table 2.傳輸技術比較

Figure 4. NFC行動電話與生活關聯[6]

9

NFC行動電話可以運用於以下這些場所：

● 在火車站、機場，可以用於通行出入口、從智慧型海報取得資訊、從售

貨亭取得資訊、公車及計程車的購票。

● 在車輛上，可以用於調整座位的位置、開啟車門、停車場的繳費。

● 在辦公室中，可以用來進入及離開辦公室、交換名片、登入電腦及使用

影印機。

● 在商店、餐廳中，可以用於信用可繳費、取得及使用優惠卷、透過使用

者來分享資訊和優惠卷。

● 在電影院、體育場中，可以用於通行入口、取得事件資訊。

不論在任何地方，可以用於下載和個性化的應用程式、檢查使用紀錄、下載

票、遠端鎖定手機。

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種類 範例 優點

Payment Credit card for payment in shops

orvending machine (e.g.VISA card)

•Cash replacement

•Convenience

•Short transaction time

Transport Public transport pass(e.g.Octopus)

•Plastic card substitution

•Access to online services on the

phone

•Further reduce the use of

cash/cheque

Loyalty Loyalty card enabling the user togain

points from supemarkets

•Plastic card substitution

•Access to online services on the

phone

Content access

Access information instantly from

anNFC tag on a street poster,in a

magazineor at bus stop(e.g.Smart

poster)

•Advertising applications

•Proximity information services

•Convenience / Security services

Ticketing e-ticket delivered over the air

andpass the gates without queuing

•Reduced coste for ticket issuing

•Convenience

Access control Open a building/door/car

•Convenience

•Substitution of existing

solutions

•Short set-up time the and secure

Table 3. NFC應用

11

1.3 相關硬體

支援NFC近場通訊的硬體元件有很多，大致上可以區分為以下這三類：

NFC enable mobile phone：

只要手機上的硬體含有NFC近場通訊的硬體，會支援NFC近場通訊的手機設

備，主流的智慧手機之中，除Apple的IPhone iOS不支援外，在Windows Phone、

Android Phone的系統都支援NFC近場通訊的硬體，並提供相關的API提供開發。

NFC Reader：

NFC Tag 是一種不含有電源的被動式RFID Tag，僅能儲存小量的資料在裡面，

為了提供NFC Tag電源，需使用主動式設備如NFC Reader, NFC mobile phone，透過

與主動式觸碰，NFC Tag會消耗掉主動式設備提供的RF field中的能量，並立即地

開機和回傳內含的資料。

NFC Tag：

NFC Tag是NFC硬體的其中之一，是一種被動式設備，晶片本身不含有電池，

不提供電力來源，需要透過主動式設備提供的RF field，取得驅動的電力。

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Parameters Active Tags Passive Tags

Power Source Embedded power source Power from RF field

Battery Yes No

Signal Strength Very low Very high

Operating Range Long range Up to a few meters

Data Storage Capacity High Low

Manufacturing Cost Expensive Cheap

Table 4.主動式的Tag和被動式的Tag比較表

在傳統的RFID Tag可以分為，主動式和被動式，主動式晶片能儲存的資料容

量較大，內部提供電力來源，可操作的距離較長，但相對的成本較高；而現今發

展出的NFC Tag屬於被動式設備，能夠儲存的資料容量較少，晶片本身不含有電力

來源，需要其他主動式設備提供電力來源，來進行驅動，但是相對的成本較便宜。

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Type 1 Type 2 Type 3 Type 4

Base On ISO/IEC 14443

Type A

ISO/IEC 14443

Type A

Felica ISO/IEC 14443

Type A, Type B

Chip Name Topaz MIFARE FeliCa DESFire,

SmartNX-JCOP

Memory Size Up to 1 kB Up to 2 kB Up to 1 MB Up to 64 kB

Data Rate(kbps) 106 106 212 106-424

Security 16- or 32-bit

digital

signature

Insecure 16- or 32-bit

digital

signature

Variable

Provided By Innovision

Research and

Technology

Philips/NXP Sony Several

Unit Price Low Low High Medium / high

Use Cases Tags with small memory for single

application

Flexible tags with larger memory

offering multi-application

capabilities

Table 5. NFC Tag的標準和比較

在市面上最多的晶片，是MIFARE系列的NFCTag，成本較低，傳輸速度與容

量較低，每個NFC Tag只能提供一個相關的應用程式使用；在日本主流的是Felica

的晶片，提供較快的傳輸速率，以及提供數位簽章的功能，每個 NFC Tag可以提

供多個應用程式相容。

14

1.4 NFC工作模式

NFC設備主要有三種工作模式。

（Card emulation）(被動模式)：

這個模式其實就是相當於一張採用RFID技術的IC卡。可以替代現在大量的IC

卡（包括信用卡）場合商場刷卡、公交卡、門禁管制，車票，門票等等。此種方

式下，有一個極大的優點，那就是卡片通過非接觸讀卡器的 RF 域來供電，即便是

寄主設備（如手機）沒電也可以工作。

Figure 5. NFC的被動模式

在Figure 5中所表達的是，由NFC initiator產生RF field，Initiator選定一個傳輸

速率來進行通訊，NFC target將NFC initiator的RF field轉換成電力來源，並進行數

位處理，並將結果透過一個同樣的傳輸速率回傳NFC initiator。

Android智慧型手機本身不提供Card emulation的功能，原因可能在於Android

手機本身屬於主動式的設備，且手機本身就不應該被其他主動式設備的RF field帶

起電流，使其他主動式設備讀取裡面的資料。

15

第二章

系統模型與架構

Figure 6. NFC點餐系統架構圖

本系統能使任何餐廳透過幾個簡單的步驟，將電子點餐系統以極低的成本安

裝於自家店面，讓光顧餐廳的客人能夠以手機感應NFC標籤取得電子菜單後，用

16

手機完成瀏覽菜單、點餐、加點、結帳、分享菜單、訂閱最新消息等取代甚至超

越傳統紙本菜單的功能。

Figure 7. NFC點餐系統部署圖

此系統包含兩個部分，功能分述如下：

手機（消費者持有）：

● 讀取電子海報目錄(菜單)：

透過NFC功能，掃描存取商品資訊，商品資訊來自Database。

● 存取菜單：

消費者手機 * *

Socket

店家櫃台

台

主功能選單

結帳資訊

發票帳單

單

菜 單 資

訊

讀取標籤

Socket

資料庫控制子系統

* *

Socket

INT 001

INT 002

INT 003

INT 004

INT 005 INT 006 店家

消費者

子系統二 點餐子系統

子系統一 : 資料庫控制子系統

Database

存取菜單

開啟程式

:

17

消費者將選擇的商品(菜單)資訊存取後，至店家櫃台結帳。

櫃台（店家持有）：

● 讀取菜單資訊：

即讀取消費者所選擇的菜單內容，菜單內商品價格等資訊來自Database。

● 發票帳單：

接收結帳資訊，印出消費者帳單和存取帳單資訊至帳務系統。

2.1 子系統功能與介面

本系統主要功能共分為二個部份，分別為點餐子系統與資料庫控制子系統，

子系統間的關係如圖1.2所示。其中灰色的部份表示可重複使用(Reuse)的子系統，

黃色的部份表示自行開發(Make)的部份。

本系統的主要介面如下：

● INT0001 資料庫伺服器所提供的商品資訊，供應用程式連接。

● INT0002 點餐子系統提供一般使用者(消費者)來執行手機NFC的功能。

● INT0003 資料庫控制子系統提供讀取手機NFC資訊的功能。

● INT0004 資料庫控制子系統內的各功能元件採元件基礎方式設計。

● INT0005 資料庫控制子系統提供傳送帳務資訊的功能。

● INT0006 資料庫控制子系統存取每筆交易資訊，供店家結帳。

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2.2 系統功能介紹

系統包含三個部分，功能分述如下：

● 手機APP（顧客持有）：

讀取電子菜單、櫃台買單。

● 手機APP（店家持有）：

設計餐點、燒錄電子標籤、上傳菜單資訊至伺服器。

● 雲端伺服器（系統管理者提供）：

填寫菜單介面、管理菜單介面。

2.3 NFC點餐與傳統點餐差別

對顧客而言：

● NFC不需要排隊點餐的模式，使點餐的流程更為順暢。

● NFC可以減少等候時間。

對業者而言：

● 可在短時內服務更多顧客，更有服務效率。

● 有效的人力資源規劃。

● 有效便利的方式，更能提升顧客的滿意度。

19

2.4 簡易成果展示圖

讀取Tag菜單&刪除菜單&製作菜單

讀取以輸入資料的Tag, 並顯示於螢幕上

如有誤按或不要的餐點,長按該項即可刪除

讀取和刪除的工作在資料庫上皆有同步處理

如要製作餐點資料, 在該頁面輸入編號,款項

等資訊

再用底下的相機連結紐拍下該菜色後, 按下上

傳鈕即可上傳

這時資料庫也會出現該項菜色,並開啟NFC功能

將手機與Tag連結,即可更改原菜色的Tag取而

代之

20

客戶端與店家的資料交換(結帳)

先將兩端NFC功能開啟, 並皆開啟讀取(左為店家, 右為客戶)

背對背進行交換

交換請求許可

拿開店家端

雙方所顯示之資料應為相同

R-1

參考文獻

1. HTC、LG、三星、與 SE 等將統一 NFC 應用標準

http://mag.udn.com/mag/digital/storypage.jsp?f_ART_ID=344906

2. android.nfc

http://developer.android.com/reference/android/nfc/package-summary.html

3. 近場通訊

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%BF%91%E5%A0%B4%E9%80%9A%E8%A8%8A

4. Nfc-forum，http://www.nfc-forum.org/aboutnfc/nfc_and_contactless/

5. http://www2.rohde-schwarz.com/en/technologies/Wireless_Connectivity/rfid/inform

6. Nfc-forum，http://www.nfc-forum.org/aboutnfc/nfc_and_contactless/

7. 劉穎昌，RFID and NFC，中華民國 97 年 10 月 15 日

http://www.gs1tw.org/twct/gs1w/download/nfc_971015.pdf

8. Information technology —Telecommunications and informationexchange between

systems — Near FieldCommunication Interface and Protocol -2(NFCIP-2)

9. Android http://zh.wikipedia.org/wiki/Android

10. nfctools https://github.com/grundid/nfctools

11. m2eclipse http://www.eclipse.org/m2e/download/

12. nfctools-example https://github.com/grundid/nfctools-examples

13. Java http://zh.wikipedia.org/wiki/Java

14. Java Applet http://zh.wikipedia.org/wiki/Applet

15. Google Chrome http://zh.wikipedia.org/wiki/Google_Chrome