RFID RC522: читаем карты с Arduino и делаем дверной замок по карте

RFID (Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация) — технология, которая распознаёт карту или брелок по радиоволнам, не касаясь считывателя. На RFID работают транспортные карты, пропуска в офис, противокражные метки в магазинах и микрочипы домашних животных. RC522 — дешёвый модуль-считыватель на частоте 13,56 MHz, который обычно продаётся вместе с белой картой и синим брелоком. На нём строят множество проектов — от дверных замков по карте до систем учёта посещаемости.

Как работает RFID?

Медная антенна на плате считывателя создаёт магнитное поле частотой 13,56 MHz. Внутри карты или брелока есть тонкая катушка и крошечная микросхема, но нет батарейки. Когда карта приближается к полю, энергия, наведённая в катушке, питает микросхему, и та отправляет считывателю свой идентификатор и данные, очень слабо изменяя поле. Поэтому карты годами работают без подзарядки, но с RC522 расстояние чтения всего около 3–5 сантиметров.

Карты из наборов обычно MIFARE Classic 1K: её 1 КБ памяти разделён на 16 секторов, каждый из которых состоит из 4 блоков по 16 байт. У каждой карты есть записанный на заводе UID (уникальный идентификатор), обычно длиной 4 байта. Большинство простых проектов узнают карту, читая этот UID, а не записывая данные на карту.

Характеристики RC522

Подключение RC522 (SPI)

RC522 общается с платой по SPI. Пины SCK, MOSI и MISO нужно подключать к фиксированным SPI-пинам каждой платы, а SDA (SS) и RST — к любым цифровым пинам, лишь бы код им соответствовал. SPI-пины своей платы можно посмотреть в утилите Распиновка.

Библиотека MFRC522 и чтение UID карты

В «Менеджере библиотек» (Library Manager) найди MFRC522 и установи библиотеку от GithubCommunity (miguelbalboa). Код ниже выводит в монитор порта UID каждой поднесённой карты в шестнадцатеричном виде (HEX):

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}

Проверка разрешённой карты

Сравнивая прочитанный UID с сохранённым значением, можно решить, разрешена ли карта. Пример ниже проверяет одну разрешённую карту; для нескольких карт достаточно сделать массив двумерным и сравнивать в цикле:

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}

Дверной замок по карте на сервоприводе

Соберём замок, который при поднесении разрешённой карты поворачивает сервопривод на 90 градусов и открывается на 3 секунды, а на неразрешённую карту отвечает коротким предупреждающим сигналом зуммера. Про подключение сервопривода читай в статье Что такое сервопривод?, а про звуковой сигнал — Что такое зуммер? На Uno библиотека Servo использует Timer1, а tone() — Timer2, поэтому они спокойно работают вместе.

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 с ESP32 и Raspberry Pi Pico

На ESP32 работает та же библиотека MFRC522; используй пины VSPI и объяви объект как MFRC522 rfid(5, 22);. ESP32 работает от 3,3 V, поэтому идеально подходит к RC522, а благодаря Wi-Fi поднесённые карты можно записывать в журнал в интернете. На Pico с MicroPython скопируй на Pico файл mfrc522.py (например, библиотеку danjperron) и используй его так:

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)

Виды RFID: какие карты читает RC522?

RC522 читает только HF-карты на 13,56 MHz. Карты на 125 kHz, которые стоят на входе во многие здания (часто с пометкой «EM»), RC522 не читает; для них нужен считыватель на 125 kHz, например RDM6300. NFC — разновидность RFID на 13,56 MHz, которую умеют читать телефоны; RC522 может прочитать UID у NFC-наклеек NTAG.

Идеи проектов с RFID

• Замок на дверь или ящик по карте: замок, который открывается разрешённой картой и предупреждает о неразрешённой.
• Учёт посещаемости: сопоставь каждую карту с именем и записывай время прихода на SD-карту или в интернет.
• Экран приветствия: при поднесении карты показывай на LCD «Welcome» и имя человека; про дисплей читай в статье I2C LCD-дисплей.
• Коробка сказок: назначь каждой карте свой звуковой файл и сделай звуковую игрушку для детей с DFPlayer.
• Умная кормушка для питомца: выдавай корм, когда считывается метка на ошейнике.
• Карточная игра: сделай викторину или игру на память с картами.

Частые ошибки и как их исправить

• Карты не читаются, а версия показывает 0x0: провода SPI на неправильных пинах; особенно проверь MOSI и MISO.
• Модуль подключён к 5V: RC522 работает от 3,3 V; 5 V может его сжечь.
• Попытка прочитать карту на 125 kHz: RC522 такие карты не видит; используй карту на 13,56 MHz.
• Карта слишком далеко или лежит на металле: поднеси карту на 1–3 см; металлические поверхности искажают поле.
• Одна и та же карта читается снова и снова: не вызывается PICC_HaltA(); останавливай карту после чтения.
• Длинные провода: на длинных проводах сигналы SPI портятся; делай их короче 20 см.

RFID отвечает на вопрос «кто ты?» одним касанием, а это очень много даёт проектам безопасности и автоматизации. В приложении BlueGrays есть пошаговые проекты со схемами подключения и кодом: чтение RFID-меток, считыватель карт с LCD и дверной RFID-замок на сервоприводе.