Rfid модуль что это
Что такое RFID
Современная технология RFID быстро развивается и занимает все более важное место в жизни людей. Где она применяется, как работает, нужно знать всем.
Технология rfid — что это такое, как работает, где используется? Эта аббревиатура расшифровывается как Radio Frequency Identification. В переводе с английского данная фраза означает радиочастотная идентификация. Применяется rfid технология для обмена данными. Она основана на использовании радиочастотного электромагнитного излучения. С ее помощью производится автоматическая идентификация, ведется учет объектов.
RFID – это система однонаправленной связи. Данные из метки передаются к бесконтактному считывателю. Для этого часто используется rfid антенна, она улавливает электромагнитные волны от передатчика. Многие путают rfid и nfc технологии. У них есть различия.
Какие у rfid и nfc отличия? Это две похожие беспроводные технологии обмена данными. NFC только начинает появляться повсеместно, в отличие от нее rfid сегодня уже достаточно известна и распространена во всем мире. Современная NFC технология позволяет получать данные с расстояния всего в 10 сантиметров. Она отличается тем, что поддерживает двухстороннюю связь. У rfid радиус действия может быть намного большим.
Как работает RFID?
Технология rfid что это такое, как работает? Метка, карта, брелок, посылает уникальный код путем модулирования несущей частоты. У технологии rfid принцип работы не очень сложный, его легко понять. Карта взаимодействует со считывателем. В его конструкции есть двухсторонний радиопередатчик.
Приемопередатчик необходим для того чтобы передать закодированный радиосигнал для взаимодействия с меткой. Радиосигнал пробуждает или активирует ее. Приемоответчик метки преобразует радиосигнал в полезную мощность и отвечает считывателю. Пи проходе в метро, на работу люди часть используют технологию rfid даже не подозревая об этом.
Где используется технология?
Сегодня внедрение rfid в жизнь людей набирает обороты. Данную технологию используют в различных сферах бизнеса и экономики. Чаще всего применение rfid можно встретить:
Применяется радиочастотная идентификация rfid и для контроля подлинности лекарств, продуктов питания, косметики и многого другого. Сегодня это востребованная технология, позволяющая автоматизировать многие производственные процессы на самых разных предприятиях.
Применение RFID комплексным образом значительно влияет на внутрипроизводственные процессы. Благодаря ее внедрению улучшаются результаты работы всего предприятия, увеличивается прибыль.
Некоторые ученые используют RFID метки, которые были разработаны для маркировки животных, для того чтобы вживлять, имплантировать людям. Они вводят под кожу желающим микрочипы. Их невозможно извлечь, не нарушив стеклянной защитной оболочки. Если попытаться сделать это, то тяжелых последствий человеку не избежать.
Что такое RFID метки
Таги или rfid метки содержат антенну. В специальном чипе хранятся данные. Чтобы их прочитать требуется RFID считыватель. Метки встраиваются в товары. С их помощью облегчается процесс инвентаризации. Ими маркируется скот, в них содержатся данные о ветеринарном осмотре. С их помощью идентифицируют транспортные средства, отслеживают багаж в аэропорту.
Современная rfid технология, это полезный помощник человеку во многих сферах жизнедеятельности. Она позволяет получать данные с большого расстояния. Ее используют на картах метро. Активные метки имеют большой радиус действия, размеры, питаются от батарейки. Они могут представлять собой сложное устройство. В них можно встроить термометр, гигрометр, чип GPS-позиционирования.
RFID-метки не перестают работать и после того, как товар куплен и вынесен из магазина. Поэтому они могут быть использованы для слежки и других неблаговидных целей, несвязанных с инвентаризационной функцией. Их делят на несколько основных категорий. В зависимости от источника питания они могут быть:
У технологии rfid частоты бывают самые разные. По этому показателю метки делят на три вида:
По назначению они выпускаются для металлических объектов, не содержащих сталь, универсальные. По виду исполнения производят метки наклейки, встроенные, например, бирка, КиЗ, этикетка, и помещенные в корпус. Сфера их применения постоянно расширяется.
Пассивная метка может хранить 1024 байтов данных или один килобайт. Этого достаточно для того, чтобы сохранить полное имя, идентификационный номер, дату рождения, SSN, информацию о кредитной карте и многое другое. В аэрокосмической промышленность применяются пассивные сверхвысокочастотные RFID-метки, у которых размер памяти 8 КБ. Они нужны для отслеживания истории деталей. Они могут хранить и передавать очень большое количество данных.
По способу записи информации RFID метки делятся на три вида. Есть такие, которые позволяют производить многократное чтение и запись, однократную запись и многократное считывание, поддерживающие только одну функцию чтения. Они могут быть среднечастотные, низкочастотные, высокочастотные.
Наиболее популярными сегодня являются rfid протоколы ISO 14443 (A), ISO 15693, SO 18000. Они отличаются радиусом действия и характеристиками. При использовании RFID ворот человеку не обязательно подносить карту к считывателю. Метки могут применяться для предотвращения хищений. При попытке вынести что-то через ворота будет подан сигнал тревоги.
РФИД карты
Популярными сегодня становятся rfid карты, они бывают пассивные и активные. Они применяются в системах контроля доступа, учета рабочего времени. Выпускаются и широко применяются дисконтные и платежные карты. Активные виды могут быть считаны с расстояния в 200 метров, потому что они имеют встроенную батарею.
Пассивные карты работают на различной частоте. Они бывают разного размера. В них встраивается rfid чип, в него записывается и в нем хранится информация. В них есть антенна, передающая сигнал считывателю. Выпускаются и Rfid браслеты, брелоки. Производят бесконтактные карты из пластика, в процессе изготовления чип запекается между его слоями. Они недорого стоят и доступны всем, особенно сделанные с применением бумаги, картона.
Карты имеют различные rfid стандарты, например, закрытые MIFARE / MIFARE+, и открытый CIPURSE. Чтобы они долго и надежно работали необходимо следить за тем чтобы они не сгибались, нельзя их очищать при помощи моющих средств. Нужно избегать контакта карты с органическими растворителями.
Их нельзя нагревать выше +80 градусов. Карта может перестать работать из-за механического повреждения. Желательно не носить ее в кармане вместе с ключами, монетами и другими твердыми предметами, потому что это приведет к ее повреждению. Сегодня какой-либо вид карты rfid есть практически у каждого.
РФИД ключ, система контроля доступа
Ключ RFID и система контроля доступа сегодня широко используется повсеместно. Она может быть установлена на входе в подъезд. С ее помощью можно легко контролировать порядок на любом объекте. Системы доступа просты в управлении, при необходимости их можно расширять. Некоторые из них защищены от копирования ключей. Популярностью пользуются бесконтактные карты.
Современный ключ rfid сигнал может передавать на расстояние в 15 сантиметров. Но обычно им прикасаются к считывателю. Ключи делятся на несколько видов. Есть мастер-ключ, который может управлять режимами работы контроллера. С его помощью программируют данное устройство. Простой ключ позволяет получить доступ в помещение, используя его можно пройти куда-либо через турникет. Исполнительное устройство моментально открывается при его поднесении к считывателю.
Автономные системы контроля доступа отличаются по функциональности. В некоторые их виды допускается подключение электрического замка, магнитного или механического. Допускается использование турникетов, есть кнопка выход. Существуют и более сложные системы. СКУД работает автономно. Она может быть независима от компьютера, программируется мастер картой.
Сетевая СКУД имеет контроллер. Он работает с интерфейсом RS485, Ethernet, WiFi, GPRS. Контроллеров может быть использовано сразу несколько. Они часто объединяются в одну сеть и управляются специальным ПО. Такая система позволяет вести мониторинг событий в реальном времени. С ее помощью можно быстро менять права доступа в помещения. Она может производить учет рабочего времени.
Есть СКУД построенные на основе терминалов. Они представляют собой микрокомпьютер. Он объединяет контроллер и считыватель. Интеллектуальные более сложные IP системы позволяют не только контролировать доступ. Они могут работать совместно с видеонаблюдением, охранной и пожарной сигнализацией.
Технология rfid смартфон делает телефон еще более универсальным устройством. Бесконтактная форма идентификации очень удобная. В телефон можно установить Apple Pay или другую подобную платежную систему. В магазине можно купить отдельный rfid модуль, предназначенный для системы доступа, автоматической идентификации. Его могут использовать робототехники, он может применяться для отслеживания вещей.
Сегодня rfid технологии уже достаточно широко распространены. В будущем они будут пользоваться еще большей популярностью. Если RFID-метку встроить в пакет кефира, она может содержать данные о его стоимости, сроке годности. Данную информацию сможет прочитать смартфон. На выходе из магазина можно установить считыватель меток, и он будет суммировать цену всех продуктов, которые нужно купить в магазине.
Деньги автоматически спишутся со счета покупателя. Если продукты с меткой RFID положить в умный холодильник, он будет отслеживать их наличие и следить за сроком годности. Кода товар выбросят его перемещение также можно будет отследить. Рынок сбыта США находится на пороге широкого применения RFID-технологии, системы расчетов, построенной на ее основе, и многого другого. С уверенностью можно сказать, что RFID в будущем будет только развиваться.
Что такое RFID? Как это работает? Взаимодействие RFID модуля RC522 с Arduino
Давно прошли те времена, когда люди стояли и ждали в длинных кассовых очередях в продуктовом магазине. Но теперь, благодаря технологии радиочастотной идентификации (RFID, Radio Frequency IDentification), с помощью решений на базе RFID вы можете заполнить корзину и выйти прямо за дверь. Вам больше не придется ждать, пока кассир пробьет каждый товар в вашей корзине по отдельности. Вместо этого RFID метки, прикрепленные к предметам, будут связываться с RFID считывателем, который будет обнаруживать каждый товар в корзине и пробивать его практически мгновенно.
Что такое RFID? Как это работает? Взаимодействие RFID модуля RC522 с Arduino
Для большинства наших проектов на Arduino отличным выбором будет RFID модуль чтения/записи RF522. Он обладает низким энергопотреблением, низкой стоимостью, он довольно прочный, прост для взаимодействия и безумно популярен среди любителей.
Что такое технология RFID и как она работает?
RFID или система радиочастотной идентификации состоит из двух основных компонентов: транспондера или метки, прикрепленной к идентифицируемому объекту, и приемопередатчика, также известного как интеррогатор (interrogator) или считыватель.
Рисунок 1 – Как работает технология RFID
Считыватель состоит из радиочастотного модуля и антенны, которая генерирует высокочастотное электромагнитное поле. Метка, напротив, обычно является пассивным устройством, то есть она не содержит батареи. Вместо этого она содержит микрочип, который хранит и обрабатывает информацию, и антенну для приема и передачи сигнала.
Для считывания информации, закодированной в метке, она размещается в непосредственной близости от считывателя (она не обязательно должна находиться в пределах прямой видимости от считывателя). Считыватель генерирует электромагнитное поле, которое заставляет электроны проходить через антенну метки и обеспечивать чип питанием.
Рисунок 2 – Как работает технология RFID
Обеспеченная питанием микросхема внутри метки затем отвечает отправкой своей сохраненной информации обратно считывателю в виде другого радиосигнала. Это называется обратным рассеянием (backscatter). Обратное рассеяние или изменение электромагнитной/радиочастотной волны обнаруживается и интерпретируется считывателем, который затем отправляет данные на компьютер или микроконтроллер.
RFID модуль RC522 на основе микросхемы MFRC522 от NXP – это один из самых недорогих вариантов RFID, который вы можете найти в интернете менее чем за четыре доллара. Обычно он поставляется с картой RFID метки и брелоком с объемом памяти 1 КБ. И что лучше всего, он может записать метку, чтобы вы могли хранить в ней свое секретное сообщение.
Модуль считывателя RFID RC522 предназначен для создания электромагнитного поля на частоте 13,56 МГц, которое он использует для связи с метками RFID (стандартные метки ISO 14443A). Считыватель может взаимодействовать с микроконтроллером через 4-контактный последовательный периферийный интерфейс (SPI) с максимальной скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Он также поддерживает связь по протоколам I2C и UART.
У модуля имеется вывод прерывания. Это удобно потому, что вместо того, чтобы постоянно опрашивать RFID модуль «есть ли карта в поле зрения?», модуль сам предупредит нас, когда метка окажется рядом.
Рабочее напряжение модуля составляет от 2,5 до 3,3 В, но хорошая новость заключается в том, что логические выводы допускают напряжение 5 вольт, поэтому мы можем легко подключить его к Arduino или любому микроконтроллеру с 5-вольтовой логикой без использования какого-либо преобразователя логических уровней.
| Частотный диапазон | 13,56 МГц, ISM диапазон |
| Интерфейс | SPI / I2C / UART |
| Рабочее напряжение питания | от 2,5 В до 3,3 В |
| Максимальный рабочий ток | 13-26 мА |
| Минимальный ток (отключение питания) | 10 мкА |
| Логические входы | допускают 5 В |
| Расстояние считывания | 5 см |
Распиновка RFID модуля RC522
Модуль RC522 имеет всего 8 контактов, соединяющих его с внешним миром.
Рисунок 4 – Распиновка RFID модуля считывателя RC522
VCC обеспечивает питание для модуля. Напряжение питания может быть в диапазоне от 2,5 до 3,3 вольт. Вы можете подключить его к выходу 3.3V вашей платы Arduino. Помните, что подключение его к выводу 5V, скорее всего, выведет модуль из строя!
RST – вход для сброса и отключения питания. Когда на этот вывод подается низкий логический уровень, запускается жесткое отключение питания. Оно отключает всех внутренних потребителей тока, включая генератор, и входные выводы отключаются от внешних цепей. Во время нарастающего фронта на этом выводе модуль сбрасывается.
GND вывод земли, должен быть подключен к выводу GND на Arduino.
IRQ – вывод прерывания, который может предупредить микроконтроллер, когда поблизости будет RFID метка.
Вывод MISO / SCL / Tx действует либо как Master-In-Slave-Out (вход ведущего – выход ведомого) при включенном интерфейсе SPI, либо как последовательный тактовый сигнал при включенном интерфейсе I2C, либо как выход последовательных данных при включенном интерфейсе UART.
MOSI (Master Out Slave In) – вход SPI для модуля RC522.
SCK (Serial Clock) принимает тактовые импульсы, предоставляемые мастером на шине SPI, то есть Arduino.
Вывод SS / SDA / Rx действует либо как вход, когда включен интерфейс SPI, либо как линия последовательных данных, когда включен интерфейс I2C, либо как вход последовательных данных, когда включен интерфейс UART. Этот вывод обычно помечается заключением в квадрат, чтобы его можно было использовать в качестве опорной точки для идентификации других выводов.
Подключение RFID модуля RC522 к Arduino UNO
Теперь, когда мы знаем всё о модуле, мы можем подключить его к нашей плате Arduino!
Теперь у нас остаются выводы, которые используются для связи по SPI. Поскольку модуль RC522 требует передачи больших данных, то наилучшая производительность будет обеспечена при использовании аппаратного модуля SPI в микроконтроллере. Использование выводов аппаратного SPI модуля намного быстрее, чем «дергание битов» в коде при взаимодействии через другой набор выводов.
Обратите внимание, что у плат Arduino выводы SPI различаются. Для плат Arduino, таких как UNO/Nano V3.0, это цифровые выводы 13 (SCK), 12 (MISO), 11 (MOSI) и 10 (SS).
Если у вас Arduino Mega, выводы отличаются! Вы должны использовать цифровые выводы 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK) и 53 (SS). В таблице ниже приведен список выводов для связи по SPI для разных плат Arduino.
| MOSI | MISO | SCK | CS | |
|---|---|---|---|---|
| Arduino Uno | 11 | 12 | 13 | 10 |
| Arduino Nano | 11 | 12 | 13 | 10 |
| Arduino Mega | 51 | 50 | 52 | 53 |
В случае если вы используете плату Arduino, отличную от приведенных выше, рекомендуется проверить официальную документацию Arduino, прежде чем продолжить.
Рисунок 5 – Подключение модуля RFIDсчитывателя RC522 к Arduino UNO
Как только вы всё подключите, вы готовы к работе!
Код Arduino. Считывание RFID метки
Связь с RFID модулем RC522 – это сложная работа, но, к счастью для нас, есть библиотека MFRC522, которая упрощает чтение и запись в RFID меток. Спасибо Мигелю Бальбоа. Сначала скачайте библиотеку, посетив репозиторий GitHub, или просто нажмите на кнопку ниже, чтобы скачать архив:
Рисунок 6 – Скетч DumpInfo библиотеки MFRC522
Этот скетч не будет записывать какие-либо данные в метку. Он просто сообщает вам, удалось ли ему прочитать метку, и отображает некоторую информацию о ней. Это может быть очень полезно, прежде чем опробовать любую новую метку!
Перейдите к началу скетча и убедитесь, что RST_PIN инициализирован правильно, в нашем случае мы используем цифровой вывод 5, поэтому измените его на 5!
Рисунок 7 – Изменение вывода RST в примере скетча
Хорошо, теперь загрузите скетч в Arduino и откройте монитор последовательного порта. Как только вы приблизите метку к модулю, вы, вероятно, получите что-то вроде следующего. Не двигайте метку, пока не отобразится вся информация.
Рисунок 8 – Вывод скетча DumpInfo
Он отображает всю полезную информацию о метке, включая уникальный идентификатор (UID) метки, объем памяти и содержание всей памяти в 1 КБ.
Распределение памяти MIFARE Classic 1K
Память метки 1 КБ организована в 16 секторов (от 0 до 15). Каждый сектор дополнительно делится на 4 блока (блоки 0–3). Каждый блок может хранить 16 байтов данных (от 0 до 15).
Это говорит нам, что у нас точно
16 секторов x 4 блока x 16 байтов данных = 1024 байта = 1 КБ памяти
Весь 1 килобайт памяти с секторами, блоками и данными показан ниже.
Рисунок 9 – Вывод скетча DumpInfo. Структура памяти 
Рисунок 10 – Трехмерное представление структуры памяти MIFARE Classic 1K
Блок 3 каждого сектора называется Sector Trailer и содержит информацию, называемую Access Bits (биты доступа), для предоставления доступа на чтение и запись к остальным блокам в секторе. Это означает, что в каждом секторе на самом деле для хранения данных доступны только 3 нижних блока (блоки 0, 1 и 2), а это означает, что в 64 байтовом секторе у нас есть только 48 байтов, доступных для нашего собственного использования.
Блок 0 сектора 0 также известен как Manufacturer Block / Manufacturer Data содержит данные производителя микросхемы и уникальный идентификатор (UID). Блок производителя выделен ниже красным цветом.
Рисунок 11 – Вывод скетча DumpInfo. Блок производителя
Предупреждение: перезаписывать блок производителя очень рискованно, и это может навсегда заблокировать карту.
Код Arduino. Запись в RFID метку
Учитывая, что вы успешно прочитали RFID метку, пора перейти к следующему эксперименту. В следующем скетче будет показана простая демонстрация записи пользовательских данных в RFID метку. Протестируйте скетч, прежде чем мы начнем его подробный разбор.
Вывод в мониторе последовательного порта будет выглядеть следующим образом.
Рисунок 12 – Вывод скетча записи RFID метки с помощью RC522
Объяснение кода:
Скетч начинается с включения библиотек MFRC522 и SPI, определения выводов Arduino, к которым подключен RC522, и создания объекта считывателя MFRC522.
Далее нам нужно определить блок, в котором мы собираемся хранить наши данные. Здесь выбран сектор 0, блок 2. Помните, никогда не выбирайте блок 3 в любом секторе. Запись в блок Sector Trailer может сделать блок непригодным для использования.
В функции loop() мы сначала сканируем, есть ли поблизости карта, если да, эта карта выбирается для записи и чтения.
Наконец, мы печатаем содержимое массива readbackblock с помощью цикла for и отображаем его в мониторе последовательного порта.
Проект на Arduino
RFID система контроля доступа для дверного замка
Давайте создадим небольшой проект на Arduino, чтобы продемонстрировать, как простой модуль RFID считывателя RC522 можно использовать для создания RFID системы контроля доступа для дверного замка. Наша программа будет сканировать уникальный идентификатор каждой RFID метки, когда она достаточно близко, чтобы запитываться от считывателя RC522. Если UID метки соответствует предопределенному значению ( MasterTag ), которое хранится в памяти Arduino, доступ будет предоставлен. И если сканируем любую неизвестную метку, доступ будет запрещен. Круто! Так ведь?
Так выглядит результат.
Рисунок 13 – Демонстрация работы RFID системы контроля доступа для дверного замка
Конечно, этот проект можно привязать к открытию дверей, включению реле, включению светодиода или к чему-то еще.
Если вы не знакомы с символьными LCD дисплеями размером 16×2, то взгляните на эту статью.
Прежде чем мы перейдем к загрузке кода и сканированию меток, давайте посмотрим на принципиальную схему проекта.
Рисунок 14 – RFID система контроля доступа для дверного замка. Подключение RFID считывателя RC522 и LCD дисплея к Arduino
Всё! Теперь попробуйте приведенный ниже скетч в работе.
Программа довольно проста. Сначала мы включаем необходимые библиотеки, определяем выводы Arduino, создаем объекты LCD и MFRC522 и определяем главную метку.
В функции setup() мы инициализируем интерфейс SPI, объект MFRC522 и LCD дисплей. После этого мы печатаем на LCD дисплее приветственное сообщение.