RFID如何工作以及如何制作基于Arduino的RFID门锁

风筝

在本篇文章中，我们将学习到RFID是什么，它是如何工作的以及如何制作基于Arduino开发板的RFID智能门锁。RFID的全称是Radio Frequency IDentification，中文名叫做射频识别，它是一种非接触式技术，广泛应用于许多行业，用于人员跟踪、访问控制、供应链管理、图书馆书籍跟踪、收费系统等任务。

RFID是如何工作的？

RFID系统由两个主要部件组成，一个应答器或位于我们想要识别的物体上的标签，以及收发器或读卡器。

RFID读卡器包括一个射频模块、一个控制单元和产生高频电磁场的天线线圈。在另一边，标签通常是无源元件，仅由天线和电子微芯片组成，因此当它靠近读卡器的电磁场时，由于感应，在其天线线圈中产生电压，这电压作为微芯片的电源。

现在，当标签被供电时，它可以从读卡器中提取传输的消息，并且为了将消息发送回读卡器，它使用一种称为加载操作的技术。打开和关闭标签天线处的负载将影响读取器天线的功耗，可以测量为电压降。这种电压变化将被捕获为1和0，这就是数据从标签传输到读卡器的方式。

读卡器和标签之间还有另一种数据传输方式，称为反向散射耦合。在这种情况下，标签使用部分接收功率来产生另一个电磁场，该电磁场将被读卡器的天线拾取。

RFID和Arduino开发板

以上就是基本的工作原理，现在我们来看看如何使用RFID和Arduino开发板构建我们自己的RFID门锁。我们将使用基于MIFARE协议和MFRC522 RFID读卡器的标签，价格仅为几美元。

这些标签有1kb的内存，并有一个可以进行算术运算的微芯片。它们的工作频率为13.56 MHz，工作距离可达10 cm，具体取决于天线的几何形状。如果我们将它们带到光照前面，就可以注意到上面谈到的天线和微芯片。

至于RFID读卡器模块，它使用SPI协议与Arduino开发板进行通信，这就是我们需要连接它们的方式。请注意，我们必须将模块的VCC连接到3.3V，而对于其他引脚，我们不必担心，它们是5V耐压的。

连接模块后，我们需要从GitHub下载MFRC522库。该库附带了几个很好的例子，我们可以从中学习如何使用该模块。

首先，我们可以上传“DumpInfo”示例并测试我们的系统是否正常工作。现在，如果我们运行串口监视器并将标签带到模块附近，读卡器将开始读取标签，标签上的所有信息都将显示在串口监视器上。

这里我们可以注意到标签的UID号以及1 KB的内存，实际上分为16个扇区，每个扇区分成4个块，每个块可以存储2个字节的数据。在本篇文章中，我们不会使用任何标记的内存，我们只使用标记的UID编号。

基于Arduino的RFID门锁控制示例

在我们开始编写RFID门锁的代码之前，来看看该示例的组件和电路原理图。

除RFID模块外，我们还将使用一个接近传感器来检测门是否关闭或打开、以及锁定机构的伺服电机和字符显示器。

此示例所需的组件如下：

●    MFRC522 RFID模块

●    伺服电机

●    液晶显示屏

●    Arduino开发板

●    面包板和跳线

●    接近传感器CNY70

示例的工作流程如下：首先，我们必须设置主标签，然后系统进入正常模式。如果我们扫描未知标签，访问将被拒绝，但如果我们扫描主设备，我们将进入程序模式，我们可以从中添加和授权未知标签。所以，现在如果我们再次扫描标签，将授予访问权限，以便我们可以打开门。

我们关门后门会自动锁上。如果我们想要从系统中删除标签，我们只需要再次进入程序模式，扫描已知标签并将其删除。

代码

现在让我们来看看代码。首先，我们需要包括RFID模块、显示屏和伺服电机的库，定义下面程序所需的一些变量，以及创建库的实例。

1. #include <SPI.h>
   
2. #include <MFRC522.h>
   
3. #include <LiquidCrystal.h>
   
4. #include <Servo.h>
   
5. #define RST_PIN   9
   
6. #define SS_PIN    10
   
7. byte readCard[4];
   
8. char* myTags[100] = {};
   
9. int tagsCount = 0;
   
10. String tagID = "";
    
11. boolean successRead = false;
    
12. boolean correctTag = false;
    
13. int proximitySensor;
    
14. boolean doorOpened = false;
    
15. // Create instances
    
16. MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);
    
17. LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7); //Parameters: (rs, enable, d4, d5, d6, d7)
    
18. Servo myServo; // Servo motor

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在setup函数部分，首先我们初始化模块，并将伺服电机的初始值设置到锁定位置。 然后我们将初始消息打印到显示屏，然后使用以下“while”循环，我们等待扫描主标签。 getID()自定义函数获取标记UID，我们将其放入myTags [0]数组的第一个位置。

1. void setup() {
   
2.   // Initiating
   
3.   SPI.begin();        // SPI bus
   
4.   mfrc522.PCD_Init(); //  MFRC522
   
5.   lcd.begin(16, 2);   // LCD screen
   
6.   myServo.attach(8);  // Servo motor
   
7.   myServo.write(10); // Initial lock position of the servo motor
   
8.   // Prints the initial message
   
9.   lcd.print("-No Master Tag!-");
   
10.   lcd.setCursor(0, 1);
    
11.   lcd.print("    SCAN NOW");
    
12.   // Waits until a master card is scanned
    
13.   while (!successRead) {
    
14.     successRead = getID();
    
15.     if ( successRead == true) {
    
16.       myTags[tagsCount] = strdup(tagID.c_str()); // Sets the master tag into position 0 in the array
    
17.       lcd.clear();
    
18.       lcd.setCursor(0, 0);
    
19.       lcd.print("Master Tag Set!");
    
20.       tagsCount++;
    
21.     }
    
22.   }
    
23.   successRead = false;
    
24.   printNormalModeMessage();
    
25. }

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我们来看看getID()自定义函数。 首先，它检查读卡器附近是否有新标签，如果有，我们将继续“for”循环，这将获得标签的UID。 我们使用的标签有4个字节的UID编号，这就是我们需要用这个循环进行4次迭代的原因，并且使用concat()函数我们将4个字节添加到单个String变量中。 我们还将字符串的所有字符设置为大写字母，最后我们停止读取。

1. uint8_t getID() {
   
2.   // Getting ready for Reading PICCs
   
3.   if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) { //If a new PICC placed to RFID reader continue
   
4.     return 0;
   
5.   }
   
6.   if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) {   //Since a PICC placed get Serial and continue
   
7.     return 0;
   
8.   }
   
9.   tagID = "";
   
10.   for ( uint8_t i = 0; i < 4; i++) {  // The MIFARE PICCs that we use have 4 byte UID
    
11.     readCard[i] = mfrc522.uid.uidByte[i];
    
12.     tagID.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX)); // Adds the 4 bytes in a single String variable
    
13.   }
    
14.   tagID.toUpperCase();
    
15.   mfrc522.PICC_HaltA(); // Stop reading
    
16.   return 1;
    
17. }

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在我们进入主循环之前，在setup函数部分的末尾，我们还调用printNormalModeMessage()自定义函数，该函数在显示器上打印“Access Control”消息。

1. void printNormalModeMessage() {
   
2.   delay(1500);
   
3.   lcd.clear();
   
4.   lcd.print("-Access Control-");
   
5.   lcd.setCursor(0, 1);
   
6.   lcd.print(" Scan Your Tag!");
   
7. }

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在主循环中，我们首先读取接近传感器的值，它告诉我们门是否关闭。

1. int proximitySensor = analogRead(A0);

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因此，如果门是关着的，使用与我们在getID()自定义函数中描述的相同的行，我们将扫描并获取新标记的UID。 我们在这里可以注意到，由于“if”语句中的“return”行，在我们扫描标签之前代码将不再继续。

1. // Checks whether the scanned tag is the master tag
   
2.     if (tagID == myTags[0]) {
   
3.       lcd.clear();
   
4.       lcd.print("Program mode:");
   
5.       lcd.setCursor(0, 1);
   
6.       lcd.print("Add/Remove Tag");
   
7.       while (!successRead) {
   
8.         successRead = getID();
   
9.         if ( successRead == true) {
   
10.           for (int i = 0; i < 100; i++) {
    
11.             if (tagID == myTags[i]) {
    
12.               myTags[i] = "";
    
13.               lcd.clear();
    
14.               lcd.setCursor(0, 0);
    
15.               lcd.print("  Tag Removed!");
    
16.               printNormalModeMessage();
    
17.               return;
    
18.             }
    
19.           }
    
20.           myTags[tagsCount] = strdup(tagID.c_str());
    
21.           lcd.clear();
    
22.           lcd.setCursor(0, 0);
    
23.           lcd.print("   Tag Added!");
    
24.           printNormalModeMessage();
    
25.           tagsCount++;
    
26.           return;
    
27.         }
    
28.       }
    
29.     }

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一旦我们扫描了标签，我们检查该标签是否是我们之前注册的主标签，如果确实如此，我们将进入程序模式。 在此模式下，如果我们扫描已经授权的标签，它将从系统中删除，或者如果标签未知，它将被授权添加到系统中。

1. // Checks whether the scanned tag is the master tag
   
2.     if (tagID == myTags[0]) {
   
3.       lcd.clear();
   
4.       lcd.print("Program mode:");
   
5.       lcd.setCursor(0, 1);
   
6.       lcd.print("Add/Remove Tag");
   
7.       while (!successRead) {
   
8.         successRead = getID();
   
9.         if ( successRead == true) {
   
10.           for (int i = 0; i < 100; i++) {
    
11.             if (tagID == myTags[i]) {
    
12.               myTags[i] = "";
    
13.               lcd.clear();
    
14.               lcd.setCursor(0, 0);
    
15.               lcd.print("  Tag Removed!");
    
16.               printNormalModeMessage();
    
17.               return;
    
18.             }
    
19.           }
    
20.           myTags[tagsCount] = strdup(tagID.c_str());
    
21.           lcd.clear();
    
22.           lcd.setCursor(0, 0);
    
23.           lcd.print("   Tag Added!");
    
24.           printNormalModeMessage();
    
25.           tagsCount++;
    
26.           return;
    
27.         }
    
28.       }
    
29.     }

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在程序模式之外，通过下一个“for”循环，我们检查扫描的标签是否与任何已注册的标签相同，我们要么解锁门，要么拒绝访问。 在“else”语句的最后，我们等到门关闭，然后我们锁门并再次打印正常模式消息。

1. // Checks whether the scanned tag is authorized
   
2.     for (int i = 0; i < 100; i++) {
   
3.       if (tagID == myTags[i]) {
   
4.         lcd.clear();
   
5.         lcd.setCursor(0, 0);
   
6.         lcd.print(" Access Granted!");
   
7.         myServo.write(170); // Unlocks the door
   
8.         printNormalModeMessage();
   
9.         correctTag = true;
   
10.       }
    
11.     }
    
12.     if (correctTag == false) {
    
13.       lcd.clear();
    
14.       lcd.setCursor(0, 0);
    
15.       lcd.print(" Access Denied!");
    
16.       printNormalModeMessage();
    
17.     }
    
18.   }
    
19.   // If door is open...
    
20.   else {
    
21.     lcd.clear();
    
22.     lcd.setCursor(0, 0);
    
23.     lcd.print(" Door Opened!");
    
24.     while (!doorOpened) {
    
25.       proximitySensor = analogRead(A0);
    
26.       if (proximitySensor > 200) {
    
27.         doorOpened = true;
    
28.       }
    
29.     }
    
30.     doorOpened = false;
    
31.     delay(500);
    
32.     myServo.write(10); // Locks the door
    
33.     printNormalModeMessage();
    
34.   }

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以上就是本篇文章的全部内容，如果有任何问题，欢迎在本帖下面进行回复。

sky

Arduino 驱动显示编译有误

fenghanjie

请问id存在eeprom中没呢？