Nr.19 RFID Kit

Inhaltsverzeichnis

Mifare RC522 mit einem Arduino Mikrocontroller ansteuern

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 rechts zwei RFID-TAGs und in der Mitte den RFID-Empfänger RFID-RC522, mit bereits angelöteter 90° Stiftleiste. Es gibt auch Versionen, bei denen die Stiftleiste selbst an den RFID-Empfänger gelötet werden muss.

Mifare RC522 RFID
Mifare RC522 RFID-Kit

Wie funktioniert ein RFID Empfänger am Arduino?

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.

Hinweise zur Verkabelung am Arduino

Aufgabe: Mithilfe 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

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

Ein RFID-TAG mit Arduino auslesen und die Daten verarbeiten

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. Die „MFRC522“ Library von GithubCommunity kann über den Bibliotheksverwalter mit dem Suchbegriff „RFID“ gefunden und installiert werden. Eine Anleitung zur Installation einer Bibliothek über den Bibliotheksverwalter findet sich unter 2.2.2 Bibliotheken zur Arduino Software hinzufügen.

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.

Der Programmcode

#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 keine Karte in Reichweite ist...

{

return; // ...springt das Programm zurück vor die if-Schleife, womit sich die Abfrage wiederholt.

}



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

{

return; // ...springt das Programm zurück vor die if-Schleife, womit sich die Abfrage wiederholt.
}



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.

}

Erklärungen zum Programmcode

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

Die ID des RFID Tags im seriellen Monitor der Arduino IDE

Mit dieser hintereinander geschrieben HEX-Zahl lässt sich nicht schön 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.

Erweiterungen des Programmbeispiels

Jetzt wird der UID-Code zwar als Dezimalzahl ausgegeben, aber er ist immer noch in vier Blöcke aufgeteilt. Wir verändern den Code jetzt mit ein wenig Mathematik dahin gehend, 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.

Der Programmcode

#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);
}

Erklärungen zur Erweiterung des Programmcodes

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.

Erweiterung: LED-Feedback durch Datenabgleich

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

Der Programmcode

#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

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