【基于 Arduino 的 RFID门锁】
- 1. 概述
- 2. 射频识别的工作原理
- 3. RFID 和 Arduino
- 4. Arduino RFID门锁门禁项目
- 5. 源代码
在本教程中，我们将了解什么是 RFID，它是如何工作的以及如何制作基于 Arduino 的 RFID 门锁。您可以观看以下视频或阅读下面的书面教程以获取更多详细信息。
1. 概述
RFID代表射频识别，它是一种非接触式技术，广泛用于许多行业，用于人员跟踪，访问控制，供应链管理，图书馆书籍跟踪，收费站系统等任务。
2. 射频识别的工作原理
RFID系统由两个主要组件组成，一个应答器或位于我们要识别的物体上的标签，以及一个收发器或阅读器。
RFID阅读器由射频模块，控制单元和产生高频电磁场的天线线圈组成。另一方面，标签通常是一个无源元件，仅由天线和电子微芯片组成，因此当它接近收发器的电磁场时，由于感应，其天线线圈中会产生电压，该电压用作微芯片的电源。
现在，当标签通电时，它可以从阅读器中提取传输的消息，并且为了将消息发送回阅读器，它使用一种称为加载操作的技术。打开和关闭标签天线上的负载将影响读取器天线的功耗，这可以测量为电压降。电压的这种变化将被捕获为一和零，这就是数据从标签传输到读取器的方式。
在读取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，该电磁场将被阅读器的天线拾取。
3. RFID 和 Arduino
所以这是基本的工作原理，现在让我们看看如何将RFID与Arduino一起使用并构建我们自己的RFID门锁。我们将使用基于MIFARE协议和MFRC522 RFID阅读器的标签，其成本仅为几美元。
这些标签具有1kb的内存，并具有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 厘米，具体取决于天线的几何形状。如果我们将这些标签之一放在光源前面，我们可以注意到我们之前谈到的天线和微芯片。
至于RFID阅读器模块，它使用SPI协议与Arduino板进行通信，这是我们需要如何连接它们。请注意，我们必须将模块的VCC连接到3.3V，至于其他引脚，我们不必担心，因为它们具有5V容限。
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示例，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，如果我们运行串行监视器并将标签靠近模块，阅读器将开始读取标签，标签中的所有信息将显示在串行监视器上。
在这里，我们可以注意到标签的UID编号以及实际上分为1个扇区的16 KB内存，每个扇区分为4个块，每个块可以存储2个字节的数据。在本教程中，我们不会使用标签的任何内存，我们只使用标签的 UID 编号。
4. Arduino RFID门锁门禁项目
在我们浏览RFID门锁项目的代码之前，让我们看一下该项目的组件和电路原理图。
除了RFID模块外，我们还将使用接近传感器来检查门是关闭还是打开，用于锁定机构的伺服电机和字符显示。
您可以从以下链接获取此Arduino教程所需的组件：
- MFRC522 无线射频识别模块
- 伺服电机
- 液晶显示器
- Arduino Board
- 面包板和跳线
- 接近传感器
该项目具有以下工作流程：首先我们必须设置一个主标签，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，但如果扫描主站，我们将进入程序模式，从中我们可以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，门会自动锁定。如果我们想从系统中删除标签，我们只需要再次进入程序模式，扫描 know 标签，它就会被删除。
5. 源代码
现在让我们看一下代码。 因此，首先我们需要包括RFID模块，显示器和伺服电机的库，定义以下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
Code language: Arduino (arduino)
在设置部分，首先我们初始化模块，并将伺服电机的初始值设置为锁定位置。然后我们将初始消息打印到显示屏上，并使用以下“while”循环等待，直到扫描主标签。getID（） 自定义函数获取标签 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();
}
Code language: Arduino (arduino)
让我们来看看 getID（） 自定义函数。首先，它检查阅读器附近是否放置了新标签，如果是，我们将继续进入“for”循环，该循环将获取标签的UID。我们使用的标签有 4 字节的 UID 编号，这就是为什么我们需要用这个循环进行 4 次迭代，并使用 concat（） 函数将 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，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;
}
Code language: Arduino (arduino)
在我们进入主循环之前，在设置部分结束时，我们还调用 printNormalModeMessage（） 自定义函数，该函数在显示屏上打印“访问控制”消息。
void printNormalModeMessage() {
delay(1500);
lcd.clear();
lcd.print("-Access Control-");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" Scan Your Tag!");
}
Code language: Arduino (arduino)
在主循环中，我们从读取接近传感器的值开始，它告诉我们门是否关闭。
int proximitySensor = analogRead(A0);
Code language: Arduino (arduino)
因此，如果门关闭，使用我们在 getID（） 自定义函数中描述的相同行，我们将扫描并获取新标签的 UID。我们可以在这里注意到，由于“if”语句中的“return”行，在我们扫描标签之前，代码不会继续。
扫描标签后，我们会检查该标签是否是我们之前注册的主标签，如果这是真的，我们将进入程序模式。在这种模式下，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，它将作为授权添加到系统中。
// 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;
}
}
}
Code language: Arduino (arduino)
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等于任何注册的标签，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，然后我们锁定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();
}
Code language: Arduino (arduino)
所以这几乎是所有内容，这是项目的完整代码：
/*
* Arduino Door Lock Access Control Project
*
* by Dejan Nedelkovski, www.HowToMechatronics.com
*
* Library: MFRC522, https://github.com/miguelbalboa/rfid
*/
#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
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();
}
void loop() {
int proximitySensor = analogRead(A0);
// If door is closed...
if (proximitySensor > 200) {
if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) { //If a new PICC placed to RFID reader continue
return;
}
if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) { //Since a PICC placed get Serial and continue
return;
}
tagID = "";
// The MIFARE PICCs that we use have 4 byte UID
for ( uint8_t i = 0; i < 4; i++) { //
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
correctTag = false;
// 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;
}
}
}
successRead = false;
// 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();
}
}
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;
}
void printNormalModeMessage() {
delay(1500);
lcd.clear();
lcd.print("-Access Control-");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" Scan Your Tag!");
}
Code language: Arduino (arduino)
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翻译地址：https://howtomechatronics.com/tutorials/arduino/rfid-works-make-arduino-based-rfid-door-lock/
视频地址：https://youtu.be/QSx778Gr6Y4
