RFID RC522 verwenden: Karten lesen mit Arduino und ein Türschloss mit Karte

RFID (Radio Frequency IDentification) ist eine Technik, mit der eine Karte oder ein Schlüsselanhänger per Funk erkannt wird, ohne den Leser zu berühren. Fahrkarten, Firmenausweise, Diebstahlsicherungen im Handel und Chips bei Haustieren nutzen RFID. Der RC522 ist ein günstiges Lesemodul für 13,56 MHz, das meist mit einer weißen Karte und einem blauen Schlüsselanhänger verkauft wird. Er ist die Grundlage vieler Projekte – vom Türschloss mit Karte bis zum Anwesenheitssystem.

Wie funktioniert RFID?

Die Kupferantenne auf der Leserplatine erzeugt ein Magnetfeld mit 13,56 MHz. In der Karte oder im Anhänger stecken eine dünne Spule und ein winziger Chip, aber keine Batterie. Kommt die Karte ins Feld, versorgt die in der Spule induzierte Energie den Chip, und dieser sendet seine Kennung und Daten zurück, indem er das Feld ganz leicht verändert. Deshalb funktionieren Karten jahrelang ohne Aufladen – die Lesereichweite beträgt mit dem RC522 aber nur etwa 3–5 Zentimeter.

Die Karten in Bausätzen sind meist vom Typ MIFARE Classic 1K: 1 KB Speicher in 16 Sektoren, jeder Sektor aus 4 Blöcken zu 16 Byte. Jede Karte hat eine ab Werk geschriebene UID (eindeutige Kennung), meist 4 Byte lang. Die meisten einfachen Projekte erkennen eine Karte an dieser UID, statt Daten auf die Karte zu schreiben.

Technische Daten des RC522

Anschluss des RC522 (SPI)

Der RC522 kommuniziert über SPI. SCK, MOSI und MISO müssen an die festen SPI-Pins des jeweiligen Boards; SDA (SS) und RST kannst du an beliebige Digitalpins legen, solange der Code passt. Die SPI-Pins deines Boards findest du im Werkzeug Pinout.

Die MFRC522-Bibliothek und die UID einer Karte lesen

Suche im Bibliotheksverwalter nach MFRC522 und installiere die Bibliothek von GithubCommunity (miguelbalboa). Der folgende Code gibt die UID jeder vorgehaltenen Karte hexadezimal (HEX) im seriellen Monitor aus:

1#include <SPI.h>
2#include <MFRC522.h>
3
4const int SS_PIN = 10;
5const int RST_PIN = 9;
6
7MFRC522 rfid(SS_PIN, RST_PIN);
8
9void setup() {
10  Serial.begin(9600);
11  SPI.begin();
12  rfid.PCD_Init();
13  Serial.println("Kartı okutun / scan a card");
14}
15
16void loop() {
17  if (!rfid.PICC_IsNewCardPresent() || !rfid.PICC_ReadCardSerial()) return;  // kart yok / no card
18
19  Serial.print("UID:");
20  for (byte i = 0; i < rfid.uid.size; i++) {
21    Serial.print(rfid.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
22    Serial.print(rfid.uid.uidByte[i], HEX);
23  }
24  Serial.println();
25
26  rfid.PICC_HaltA();        // kartı beklemeye al / halt the card
27  rfid.PCD_StopCrypto1();
28}

Berechtigte Karten prüfen

Vergleichst du die gelesene UID mit einem gespeicherten Wert, kannst du entscheiden, ob die Karte berechtigt ist. Das Beispiel unten prüft eine einzelne berechtigte Karte; für mehrere Karten machst du das Array zweidimensional und vergleichst in einer Schleife:

1// yukarıdaki tanımlar ve setup() aynen / definitions and setup() as above
2byte allowed[4] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF};   // kendi kartının UID'si / your card's UID
3
4bool isAllowed() {
5  if (rfid.uid.size != 4) return false;
6  for (byte i = 0; i < 4; i++) {
7    if (rfid.uid.uidByte[i] != allowed[i]) return false;
8  }
9  return true;
10}
11
12void loop() {
13  if (!rfid.PICC_IsNewCardPresent() || !rfid.PICC_ReadCardSerial()) return;
14  Serial.println(isAllowed() ? "İzin verildi / access granted" : "Reddedildi / access denied");
15  rfid.PICC_HaltA();
16  rfid.PCD_StopCrypto1();
17}

Türschloss mit Karte und Servo

Bauen wir ein Schloss, das bei einer berechtigten Karte einen Servo um 90 Grad dreht und 3 Sekunden öffnet, bei einer unberechtigten Karte aber kurz mit einem Buzzer warnt. Zum Servoanschluss siehe Was ist ein Servomotor?, zum Warnton Was ist ein Buzzer? Beim Uno nutzt die Servo-Bibliothek Timer1 und tone() Timer2, beide arbeiten also problemlos zusammen.

1#include <SPI.h>
2#include <MFRC522.h>
3#include <Servo.h>
4
5MFRC522 rfid(10, 9);       // SS, RST
6Servo lock;
7const int BUZZER_PIN = 8;
8byte allowed[4] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF};
9
10void setup() {
11  SPI.begin();
12  rfid.PCD_Init();
13  lock.attach(6);
14  lock.write(0);                          // kilitli / locked
15}
16
17void loop() {
18  if (!rfid.PICC_IsNewCardPresent() || !rfid.PICC_ReadCardSerial()) return;
19  bool ok = rfid.uid.size == 4 && memcmp(rfid.uid.uidByte, allowed, 4) == 0;
20  if (ok) {
21    lock.write(90);                       // kilidi aç / unlock
22    delay(3000);
23    lock.write(0);                        // tekrar kilitle / lock again
24  } else {
25    tone(BUZZER_PIN, 400, 600);           // reddedildi sesi / denied beep
26  }
27  rfid.PICC_HaltA();
28  rfid.PCD_StopCrypto1();
29}

RC522 mit ESP32 und Raspberry Pi Pico

Am ESP32 läuft dieselbe MFRC522-Bibliothek; nutze die VSPI-Pins und lege das Objekt als MFRC522 rfid(5, 22); an. Da der ESP32 mit 3,3 V arbeitet, passt er perfekt zum RC522, und dank WLAN kannst du gelesene Karten im Internet protokollieren. Für MicroPython auf dem Pico kopierst du eine mfrc522.py (zum Beispiel die Bibliothek von danjperron) auf den Pico und nutzt sie so:

1from mfrc522 import MFRC522      # mfrc522.py Pico'da olmalı / mfrc522.py must be on the Pico
2import time
3
4reader = MFRC522(spi_id=0, sck=18, miso=16, mosi=19, cs=17, rst=20)
5
6while True:
7    reader.init()
8    stat, tag_type = reader.request(reader.REQIDL)
9    if stat == reader.OK:
10        stat, uid = reader.SelectTagSN()
11        if stat == reader.OK:
12            print("UID:", "".join("{:02X}".format(b) for b in uid))
13    time.sleep_ms(200)

RFID-Arten: Welche Karten liest der RC522?

Der RC522 liest nur HF-Karten mit 13,56 MHz. Die 125-kHz-Karten, die an vielen Hauseingängen verwendet werden (oft mit "EM" beschriftet), kann der RC522 nicht lesen; dafür braucht man einen 125-kHz-Leser wie den RDM6300. NFC ist eine Form von 13,56-MHz-RFID, die Smartphones lesen können; der RC522 kann die UID von NTAG-Aufklebern lesen.

Projektideen mit RFID

• Tür- oder Schubladenschloss mit Karte: ein Schloss, das sich mit berechtigter Karte öffnet und bei unberechtigter warnt.
• Anwesenheitssystem: jeder Karte einen Namen zuordnen und die Ankunftszeit auf SD-Karte oder im Internet speichern.
• Begrüßungsanzeige: beim Vorhalten einer Karte "Willkommen" und den Namen auf einem LCD zeigen; für das Display siehe I2C-LCD-Display verwenden.
• Geschichtenbox: jeder Karte eine andere Audiodatei zuordnen und mit einem DFPlayer ein Hörspielzeug für Kinder bauen.
• Intelligenter Futterspender: Futter ausgeben, wenn der Anhänger am Halsband eines Haustiers gelesen wird.
• Kartenspiel: ein Quiz- oder Memory-Spiel mit Karten aufbauen.

Typische Fehler und ihre Lösungen

• Keine Karte wird gelesen und die Version ist 0x0: Die SPI-Kabel stecken an falschen Pins; prüfe besonders MOSI und MISO.
• Modul an 5V: Der RC522 braucht 3,3 V; 5 V können ihn zerstören.
• 125-kHz-Karte lesen wollen: Der RC522 sieht diese Karten nicht; nimm eine 13,56-MHz-Karte.
• Karte zu weit weg oder auf Metall: Halte die Karte auf 1–3 cm heran; Metallflächen stören das Feld.
• Dieselbe Karte wird immer wieder gelesen: PICC_HaltA() fehlt; versetze die Karte nach dem Lesen in den Ruhezustand.
• Lange Kabel: SPI-Signale leiden bei langen Leitungen; halte sie unter 20 cm.

RFID beantwortet die Frage "Wer bist du?" mit einer Berührung und bereichert damit Sicherheits- und Automatisierungsprojekte enorm. In der BlueGrays-App findest du Projekte zum Auslesen von RFID-Werten, einen Kartenleser mit LCD und ein RFID-Türschloss mit Servo Schritt für Schritt mit Schaltplänen und Code.