查看: 79427 | 回复: 2

发表于: 2018-11-14 22:12:34 | 显示全部楼层

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。

Arduino-and-MFRC522-RFID-Reader-Module-Circuit-Schematic.png

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。

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

复制代码

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。

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

复制代码

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。

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

复制代码

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。

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

复制代码

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。

int proximitySensor = analogRead(A0);

复制代码

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。

// Checks whether the scanned tag is the master tag
if (tagID == myTags[0]) {
lcd.clear();
lcd.print("Program mode:");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Add/Remove Tag");
while (!successRead) {
successRead = getID();
if ( successRead == true) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (tagID == myTags[i]) {
myTags[i] = "";
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" Tag Removed!");
printNormalModeMessage();
return;
}
}
myTags[tagsCount] = strdup(tagID.c_str());
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" Tag Added!");
printNormalModeMessage();
tagsCount++;
return;
}
}
}

复制代码

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。

// Checks whether the scanned tag is the master tag
if (tagID == myTags[0]) {
lcd.clear();
lcd.print("Program mode:");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Add/Remove Tag");
while (!successRead) {
successRead = getID();
if ( successRead == true) {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (tagID == myTags[i]) {
myTags[i] = "";
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" Tag Removed!");
printNormalModeMessage();
return;
}
}
myTags[tagsCount] = strdup(tagID.c_str());
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" Tag Added!");
printNormalModeMessage();
tagsCount++;
return;
}
}
}

复制代码

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。

// Checks whether the scanned tag is authorized
for (int i = 0; i < 100; i++) {
if (tagID == myTags[i]) {
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" Access Granted!");
myServo.write(170); // Unlocks the door
printNormalModeMessage();
correctTag = true;
}
}
if (correctTag == false) {
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" Access Denied!");
printNormalModeMessage();
}
}
// If door is open...
else {
lcd.clear();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" Door Opened!");
while (!doorOpened) {
proximitySensor = analogRead(A0);
if (proximitySensor > 200) {
doorOpened = true;
}
}
doorOpened = false;
delay(500);
myServo.write(10); // Locks the door
printNormalModeMessage();
}

复制代码

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。

电梯直达

RFID如何工作以及如何制作基于Arduino的RFID门锁 [复制链接]

相关帖子

Arduino专区

精彩推荐