Nr.19 RFID Kit

Anleitung zum RFID Kit mit Arduino

Der RFID („radio-frequency identification“) Reader wird verwendet, um von RFID Sendern (auch „RFID Tags“ genannt) per Funk einen bestimmten Code auszulesen. Jeder Sender hat dabei nur einen einmaligen ganz individuellen Code. Damit lassen sich mit dem Arduino Schließanlagen oder ähnliche Projekte verwirklichen, bei denen sich eine Person mit einem Sender identifizieren soll.

RFID-TAGs können verschiedene Formen haben, wie z.B. Schlüsselanhänger oder Karten im Kreditkartenformat.

Auf dem folgenden Bild sieht man Links oben und unten zwei RFID-TAGs, rechts oben den RFID-Empfänger RFID-RC522 und unten rechts Stiftleisten zum anlöten an den Empfänger.

Wie funktioniert das ganze? Ein RFID-Empfänger enthält eine kleine Kupferspule, die ein magnetisches Feld erzeugt. Ein RFID-Sender enthält ebenfalls eine Kupferspule, die das magnetische Feld aufgreift und in dem Sender eine elektrische Spannung erzeugt. Diese Spannung wird dann verwendet um einen kleinen elektronischen Chip dazu zu bringen, per Funk einen elektrischen Code auszusenden. Dieser Code wird dann direkt vom Sender empfangen und so verarbeitet, dass der Arduino-Mikrocontroller den empfangenen Code weiterverarbeiten kann.

Es ist auch möglich, RFID-TAGs zu mit einem Code zu beschreiben. Dies wird aufgrund der Komplexität in dieser Anleitung nicht behandelt. Weiterführende Tutorials finden sich genügend im Netz.

Einen RFID-TAG mit Arduino auslesen und die Daten verarbeiten

Material: Arduino UNO oder MEGA, RFID-READER, mindestens einen RFID-TAG, Breadboard, einige Breadboardkabel, eine LED, ein 200 Ohm Widerstand

Aufgabe: Mit Hilfe eines Arduino-Mikrocontrollers soll ein RFID-TAG ausgelesen werden. Sofern es sich um den richtigen TAG handelt, soll eine Leuchtdiode für 5 Sekunden leuchten.

 

Verkabelung des Arduino-Boards mit dem RFD-Empfänger:

Board:

Arduino Uno

Arduino Mega

MFRC522-READER

Pin:

10

53

SDA

Pin:

13

52

SCK

Pin:

11

51

MOSI

Pin:

12

50

MISO

Pin:

unbelegt

unbelegt

IRQ

Pin:

GND

GND

GND

Pin:

9

5

RST

Pin:

3,3V

3,3V

3,3V

 

Foto vom Aufbau. In diesem Beispiel wurden an den RFID-Empfänger die um 90° gebogenen Kontaktstifte angelötet, damit der Empfänger senkrecht in ein Breadboard gesteckt werden kann:

Progammierung

Beim Auslesen und verarbeiten der Daten eines RFID-Empfängers wären wie auch bei anderen komplexen Aufgaben sehr viele Zeilen Quellcode erforderlich. Daher bedienen wir uns einer vorgefertigten Library aus dem Internet. Es gibt einige verschiedene im Netz zu finden. In dieser Anleitung haben wir uns für die Library von der Internetseite https://github.com/miguelbalboa/rfidentschieden. Damit man damit arbeiten kann, muss man sich die Library zunächst herunterladen und im Arduino Programmordner abspeichern. Auf der Internetseite klickt man dazu unten rechts auf „Download ZIP“ und speichert die gepackte Datei auf seiner Festplatte.

 

Danach entpackt man den Inhalt in die Arduino-Software auf der Festplatte und zwar in den Ordner „libraries“. Für gewöhnlich befindet sich der Ordner auf der Festplatte unter dem Pfad „C:Programmearduinolibraries…“ (Wenn man das Programm an einer anderen Stelle gespeichert hat, muss man dort den Ordner „libraries“ verwenden.

Sobald die Datei entpackt ist, entsteht im Ordner „libraries“ die Datei „rfid-master“. Jetzt MUSS zunächst der Bindestricht entfernt werden. Man benennt den Ordner also um in den Ordner „rfidmaster“. So, das wäre geschafft. Die Library kann in der Arduino-Software verwendet werden.

Vorbereitung – der erste Sketch mit dem RFID-READER

Zunächst werden wir die UID („Unique Identification Number“), also die individuelle Bezeichnung eines RFID-TAGs auslesen. Dazu verwenden wir das folgende Programm (Achtung, das Programm funktioniert nur, wenn die library wie oben beschrieben zur Arduino-Software hinzugefügt wurde). Das Programm ist für den UNO R3 Mikrocontroller vorgesehen. Bei MEGA2560 und anderen Controllern müssen die Pins entsprechend angepasst werden.

#include <SPI.h> // SPI-Bibiothek hinzufügen

#include <MFRC522.h> // RFID-Bibiothek hinzufügen

#define SS_PIN 10 // SDA an Pin 10 (bei MEGA anders)

#define RST_PIN 9 // RST an Pin 9 (bei MEGA anders)

MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); // RFID-Empfänger benennen



void setup() // Beginn des Setups:

{

Serial.begin(9600); // Serielle Verbindung starten (Monitor)

SPI.begin(); // SPI-Verbindung aufbauen

mfrc522.PCD_Init(); // Initialisierung des RFID-Empfängers

}



void loop() // Hier beginnt der Loop-Teil

{

if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) // Wenn eine Karte in Reichweite ist...

{

return; // gehe weiter...

}



if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) // Wenn ein RFID-Sender ausgewählt wurde

{

return; // gehe weiter...

}



Serial.print("Die ID des RFID-TAGS lautet:"); // "Die ID des RFID-TAGS lautet:" wird auf den Serial Monitor geschrieben.



for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++)

{

Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX); // Dann wird die UID ausgelesen, die aus vier einzelnen Blöcken besteht und der Reihe nach an den Serial Monitor gesendet. Die Endung Hex bedeutet, dass die vier Blöcke der UID als HEX-Zahl (also auch mit Buchstaben) ausgegeben wird

Serial.print(" "); // Der Befehl „Serial.print(" ");“ sorgt dafür, dass zwischen den einzelnen ausgelesenen Blöcken ein Leerzeichen steht.

}


Serial.println(); // Mit dieser Zeile wird auf dem Serial Monitor nur ein Zeilenumbruch gemacht.

}

 

Wenn alles funktioniert hat, sieht das Ergebnis am Serial-Monitor (Abgesehen von der eigenen UID) so aus:

Mit dieser hintereinander geschrieben HEX-Zahl lässt sich nicht gut arbeiten. Also ändern wir die Zeile „Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX);“ um in „Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i], DEC;“. Dann bekommt man als Ergebnis die einzelnen Blöcke des UID-Codes als Dezimalzahl ausgegeben:

RFID Sketch 2

Jetzt wird der UID-Code zwar als Dezimalzahl ausgegeben, aber er ist immernoch in vier Blöcke aufgeteilt. Wir verändern den Code jetzt mit ein wenig Mathematik dahingehend, dass wir für die UID eine einzige zusammenhängende normale Zahl erhalten (Dezimalzahl).

Warum machen wir das? Wenn wir später den Sketch verwenden wollen um etwas in Abhängigkeit eines richtig ausgelesenen RFID-TAGs auszulösen (Z.B. eine LED soll leuchten oder eine Servomotor soll sich um 90 Grad drehen…) können wir mit einer zusammenhängenden Zahl besser einen IF-Befehl verwenden. Zum beispiel:

„Wenn der RFID-Code=1031720 ist, dann soll eine LED für 5 Sekunden leuchten“.

Schwerer wäre es dagegen mit dem Befehl „Wenn der erste Block 195 lautet und der zweite Block 765 lautet und der dritte Block 770 lautet und der vierte Block 233 lautet … Dann schalte eine LED für 5 Sekunden an.

Nachteil ist jedoch, dass der Sketch dadurch etwas unsicherer wird, weil nicht alle Zahlen der vier Blöcke (Max. 12 Ziffern) in einer Zusammenhängenden Zahl dargestellt werden können. Wenn es sicherer sein soll, müsste man jeden einzelnen Block als solchen abfragen.

#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>
#define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9
MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);

void setup()
{
Serial.begin(9600);
SPI.begin();
mfrc522.PCD_Init();
}

void loop()
{
  
if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent())
{
return;
}

if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial())
{
return;
}

long code=0; // Als neue Variable fügen wir „code“ hinzu, unter welcher später die UID als zusammenhängende Zahl ausgegeben wird. Statt int benutzen wir jetzt den Zahlenbereich „long“, weil sich dann eine größere Zahl speichern lässt.

for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++)
{
code=((code+mfrc522.uid.uidByte[i])*10); // Nun werden wie auch vorher die vier Blöcke ausgelesen und in jedem Durchlauf wird der Code mit dem Faktor 10 „gestreckt“. (Eigentlich müsste man hier den Wert 1000 verwenden, jedoch würde die Zahl dann zu groß werden.
}

Serial.print("Die Kartennummer lautet:"); // Zum Schluss wird der Zahlencode (Man kann ihn nicht mehr als UID bezeichnen) ausgegeben.
Serial.println(code);
}

 

Prima, jetzt können wir von einem RFID-TAG eine eindeutige Identifikationsnummer auslesen (Die Nummer wird am Serial Monitor angezeigt). In diesem Fall lautet die Identifikationsnummer dieses individuellen RFID-TAGs 1031720.

Und wie geht es weiter? Jetzt wollen wir eine LED für 5 Sekunden einschalten, falls der gewünschte RFID-TAG vor den RFID-READER gehalten wird.

RFID Sketch 3

#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>
#define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9
MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);

void setup()
{
Serial.begin(9600);
SPI.begin();
mfrc522.PCD_Init();
pinMode (2, OUTPUT); // Der Pin 2 ist jetzt ein Ausgang (Hier wird eine LED angeschlossen)
}

void loop()
{
if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent())
{
return;
}

if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial())
{
return;
}

long code=0;

for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++)
{
code=((code+mfrc522.uid.uidByte[i])*10);
}

Serial.print("Die Kartennummer lautet:");

Serial.println(code);

// Ab hier erfolgt die erweiterung des Programms.

if (code==1031720) // Wenn der Zahlencode 1031720 lautet...// Programmabschniss öffnen

digitalWrite (2, HIGH); // ...dann soll die LED an Pin 2 leuchten...

delay (5000); // für 5 Sekunden

digitalWrite (2, LOW); // … und danach wieder aus gehen.// Programmabschnitt schließen// Sketch abschließen

Für weiter ausführende Informationen zur RFID-Thematik empfehlen wir folgende Website: http://www.rfid-grundlagen.de