Zugangskontrolle mit RFID-RC522

In Arbeit ....
https://arduino-projekte.webnode.at/meine-projekte/zugangskontrolle-mit-rfid/


Mit RFID (Radio Frequency Identification) habe ich mich mit einem, für mich gänzlich neuem, Thema beschäftigt. Ein RFID-System besteht aus einem Transponder (RFID-Tag), der sich z.B. an oder in einem Gegenstand befindet und eine einzigartige Kennung (UID) enthält, sowie einem Schreib-/Lesegerät zum Auslesen der Kennung und von Daten und zum Beschreiben mit Daten.

(Erläuterungen zu RFID siehe z.B. de.wikipedia.org/wiki/RFID)

Aufgabenstellung:

Als erste Anwendung habe ich mir vorgenommen, eine Zugangskontrolle mit Überprüfung auf eine gültige UID-Nummer und einem über eine Tastatur einzugebenden Code, der verschlüsselt im Transponder (RFID-Tag) gespeichert ist, durchzuführen. Sind beide Bedingungen erfüllt, wird ein Mechanismus zur Freigabe (von einem Tor, einer Tür oder was auch immer) z.B. mittels Motor oder Servoantrieb betätigt. Ein Zählwert, der im RFID-Tag gespeichert ist, soll die Anzahl der Betätigungen registrieren. Natürlich muss sowohl der Tastaturcode, als auch der Schlüssel zum Verschlüsseln des Tastaturcodes veränderbar sein und auf den RFID-Tags gespeichert werden können.


Bild: RFID-Schreib-/Lesemodul mit
RFID-Tag als Schlüsselanhänger

Projektstart:
Am Anfang stand natürlich der Kauf eines RFID-Sets, bestehend aus einem RFID-Reader/Writer RC522 mit MRFC522-Chip, S50-RFID-Schlüsselanhänger (IC Key Tags) und S50-RFID-Karte (Thin Smart Card), wie es z.B. bei Ebay um ein paar Euro erhältlich ist und zusätzlich noch als "Verbrauchsmaterial" eine 10er-Packung RFID-Schlüsselanhänger.

Der nächste Schritt war die Installation einer Library (MFRC522), die die Kommunikation mit dem RFID-Reader/Writer und mit den RFID-Tags ermöglichen soll. Einen Link zu MFRC522-Library findet ihr hier: Fremd-Libraries

Dann ging es richtig los. Eine Beschreibung der einzelnen Funktionen für die MFRC522-Library habe ich bisher nicht gefunden. Also blieb mir nichts anderes übrig, als vorhandene Beispiele nachzuvollziehen, die Lib-Dateien MFRC522.h und MFRC522.cpp zu studieren und auch in den Datenblättern des MFRC522-Chips und des "MIFARE Classic - Chips", also dem Innenleben der RFID-Tags, nachzulesen. Manchmal entstanden dabei mehr neue Fragen als ich Antworten erhielt.

Datenblatt MFRC522: www.nxp.com/docs/en/data-sheet/MFRC522.pdf
Datenblatt MIFARE Classic: www.nxp.com/docs/en/data-sheet/MF1S50YYX_V1.pdf



Weitere Vorgangsweise:
Da ich noch mitten im Projekt bin, kann und möchte ich nicht, hier nur ein fertiges Projekt zeigen. Wie auch schon bei anderen Projekten auf meiner Homepage, möchte ich meinen Arbeitsfortschritt nachvollziehbar, auf mehrere Schritte aufgeteilt, mit Hilfe von Programmbeispielen und Erklärung der verwendeten Library-Funktionen vorstellen. Am Ende sollte dann aber doch ein fertiges lauffähiges Programm entstehen, dass die oben beschriebene Aufgabenstellung erfüllt.


Testaufbau:
Den nachfolgenden Testaufbau verwende ich für einige Programme, mit denen ich die Funktionalitäten der RFID-Hardware und der von mir eingesetzten Library MFRC522 teste.


Verwendete Bauteile:
1 Arduino Nano (oder Uno)
1 RFID-RC522 Modul
1 Logic-Level-Converter (8-Kanal, bidirektional)
1 LED
1 Widerstand 220 Ohm




RC522-PinOut:
Nachfolgende Tabelle zeigt die Anschlussmöglichkeiten des RC522-Moduls an die SPI-, I2C- oder UART-Schnittstelle des Arduino. Die von mir verwendete Library MFRC522 benutzt nur die SPI-Schnittstelle.

Verbindung des RC522-Moduls mit dem Arduino Nano/Uno:

RFID-Modul    Arduino Nano/Uno
3,3 V ->                  3,3 V
RST ->                   D9 (= Reset: im Programm konfigurierbar)
GND ->                  GND
IRQ ->                    Keine Verwendung
MISO ->                  D12 (nicht konfigurierbar - SPI-Schnittstelle des Arduino)
MOSI ->                  D11 (nicht konfigurierbar - SPI-Schnittstelle des Arduino)
SCK ->                    D13 (nicht konfigurierbar - SPI-Schnittstelle des Arduino)
SDA ->                    D10 (= Slave Select (SS): im Programm konfigurierbar)

Da die Versorgungsspannung des MRFC522 3,3 V beträgt und ich aus dem Datenblatt des Chips (www.nxp.com/docs/en/data-sheet/MFRC522.pdf) nicht entnehmen konnte, dass dieser mit 5 V - toleranten Ein-/Ausgängen ausgestattet ist, habe ich die 5 Datenleitungen zwischen Arduino und RFID-Modul über einen 8-fach Logic-Level-Converter geführt.

Hier geht es weiter zu: UID, SAK, Type
Mehr Infos: https://arduino-projekte.webnode.at/meine-projekte/zugangskontrolle-mit-rfid/

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Nr.19 RFID Kit | Funduino - Kits und Anleitungen für Arduino

https://www.funduinoshop.com/RFID-KIT

RFID Kit RC522 mit Reader, Chip und Card für Arduino

RFID-Kit RC522 mit MIFARE Transponder und RFID Karte für Arduino

RFID-Kit - Projekteinführung (1/3)

RFID Modul     Arduino    Funktion
3.3 V                 3.3 V          Positive Versorgungsspannung
RST               9                   Reset
GND             GND             Ground
IRQ               nicht angeschlossen
MISO             12                  Datenübertragung (Master In Slave Out)
MOSI             11                  Datenübertragung (Master Out Slave In)
SCK            13                     Datenübertragung (Clock)
SDA             10                   Datenübertragung (Data)

Quelle:

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RFID-Kit - Lesen und Schreiben (2/3)

Unser heutiger Blogpost ist der zweite Teil mit dem Thema "Lesen und Schreiben mit dem RFID-Kit" in der dreiteiligen Reihe zu unserem RFID-Kit:

Am Ende dieser 3 Tage wirst du wissen:
- Was unser RFID-Kit kann und wie du es einrichtest
- Wie du mit unserem RFID-Kit schreiben und lesen kannst
- Wie es mit unserem RFID-Kit möglich ist, eine Computerzugangsberechtigung zu installieren

 

RFID Lesen und Schreiben

Die grundlegenden Operationen bei der Verwendung eines RFID Moduls sind das Auslesen von Daten aus einem RFID Transponder und das Schreiben von ebendiesem.

In diesem Post werden wir beides Schritt für Schritt durchführen und erklären.

Die Grundlagen zur RFID Technik, das Anschließen des Moduls und die Installation der hier verwendeten Library erklärt der inhaltlich vorhergehende Blog Post RFID-Einführung.

 

Sowohl für das Lesen, als auch für das Schreiben wird ein RFID Transponder benötigt. Das bei uns erhältliche RFID Kit wird mit zweien geliefert, einem Chip und einer Schlüsselkarte. Welchen du verwendest spielt für die Programmierung keine Rolle.

 

Vor der Setup-Funktion des Lese-Sketches importieren wir die benötigten Libraries und definieren einige der angeschlossenen Pins (nämlich die, die frei gewählt werden können).

 

#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>

const uint8_t RST_PIN = 9; // reset pin
const uint8_t SS_PIN = 10; // serial data pin

Anschließend legen wir ein MFRC522 Objekt an. Dieses repräsentiert im Programm das angeschlossene RFID Modul.

MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); // create MFRC522 instance
In der Setup Funktion wird die serielle Verbindung zum PC aufgebaut, das RFID Modul initialisiert und die SPI (Serial Peripheral Interface Bus) Verbindung hergestellt.

void setup() {
Serial.begin(9600); // start serial connection
SPI.begin(); // start SPI bus
mfrc522.PCD_Init(); // init RFID module
}

Card ID Lesen

Code: Simsso/Arduino-Examples/RFID/ReadUID

Die einfachste Operation ist das Auslesen des unique identifiers (UID) des RFID Transponders. Damit das RFID Modul überhaupt nach Transpondern sucht und deren UID liest, müssen in der Loop-Funktion die Aufrufe

 mfrc522.PICC_IsNewCardPresent();

 mfrc522.PICC_ReadCardSerial();

gemacht werden. Erst danach kann die UID verwendet werden. Bei der UID handelt es sich um ein Byte Array, das bei der Identifikation eines Transponders hilft. Das Array hat die Länge 4, sodass insgesamt über vier Milliarden unterschiedliche UIDs existieren können. Im Serial Monitor kann die ID des zuletzt detektierten Transponders mit den folgenden Codezeilen im Hex-Format ausgegeben werden.

for (int i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) {
Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX);
Serial.print(" ");
}

Die Ausgabe sieht zum Beispiel so aus: 14 86 6E 7B

Hauptspeicher Lesen

Code: Simsso/Arduino-Examples/RFID/ReadStorage

Der Hauptspeicher unserer Transponder besteht aus 16 Sektoren mit je 4 Blöcken. Jeder dieser Blöcke enthält 16 Byte Speicher. Der Gesamtspeicherplatz beträgt 16·4·16 = 1024 Byte (1 kByte). Ein Sektor lässt sich mit der Codezeile

mfrc522.PICC_DumpMifareClassicSectorToSerial(&(mfrc522.uid), &key, sector);

einfach formatiert ausgeben, wobei die Variable sector der Index des Sektors ist, also Ganzzahlenwerte von 0 bis 15 annehmen kann. Der Key wird vorher erzeugt (siehe Beispielcode im Link). Die (im SerialMonitor angezeigte) Ausgabe sieht zum Beispiel so aus:

  0      3   00 00 00 00  00 00 FF 07  80 69 FF FF  FF FF FF FF  [ 0 0 1 ]

         2   00 00 00 00  00 00 00 00  00 00 00 00  00 00 00 00  [ 0 0 0 ]

         1   00 00 00 00  00 00 00 00  00 00 00 00  00 00 00 00  [ 0 0 0 ]

         0   B5 A3 2B 1B  26 08 04 00  62 63 64 65  66 67 68 69  [ 0 0 0 ]

 

Der Inhalt eines einzelnen Blockes kann mit der folgenden Codezeile ausgelesen werden.

mfrc522.MIFARE_Read(blockAddress, buffer, &size);

Die Block-Adresse ist dabei eine Zahl von 0 bis 63. Der Buffer ist ein Array mit 16+2 Byte Speicherkapazität, in das eine Zeile der obigen gespeichert wird. Der letzte Parameter size ist ein Pointer auf eine Variable die gleich der Größe des übergebenen buffer Arrays ist.

Daten Schreiben

Code: Simsso/Arduino-Examples/RFID/WriteFloat

Das Schreiben von Daten auf den Transponder ist dem Lesen sehr ähnlich. Der Funktionsaufruf

mfrc522.MIFARE_Write(blockAddress, dataBlock, 16);

schreibt das Byte Array dataBlock, das die Länge 16 hat, in den Block mit der Nummer blockAddress. Eine Sektornummer kommt hier deshalb nicht vor, weil die Block Adresse diese impliziert. Die Block Adresse wird nämlich kontinuierlich hochgezählt, liegt also zwischen 0 und 63. Vor dem Schreiben muss man sich analog zum Lesen authentifizieren, das sind weitere sechs Zeilen Code, die Sie dem Code Beispiel entnehmen können.

In diesem Absatz wird abschließend noch gezeigt, wie man -- etwas praxisnäher -- eine Float-Variable abspeichern kann. Sowohl Float-, als auch Double-Variablen bestehen beim Arduino aus 4 Byte (Referenz https://www.arduino.cc/en/Reference/Double). Im Code wird eine Float-Variable dazu mit einem beliebigen Wert initialisiert. Anschließend wird ein Byte Pointer angelegt, der auf die Adresse des Wertes (zum Beispiel von einem Sensor) zeigt. Die vier Bytes der Float Variable werden dann in ein Byte-Array der Länge 16 (Größe eines Blocks) kopiert. Dieses wird mit der oben genannten Funktion in den fünften Block des Transponderspeichers geschrieben.

float temperature = 15.09f;
byte *tempBytes = (byte *)&temperature;
byte dataBlock[16] = { 0 }; // initialize block buffer with zeros
for (uint8_t i = 0; i < sizeof(float); i++) {
dataBlock[i] = tempBytes[i]; // copy byte from float variable into buffer
}
status = (MFRC522::StatusCode) mfrc522.MIFARE_Write(5, dataBlock, 16);

Mit dem oben erwähnten ReadStorage Sketch kann jetzt ausgelesen werden, dass die ersten vier Byte im Block 5 gesetzt wurden. Diese Werte entsprechen im 32-bit IEEE 754 Format dem Wert 15,09.

5   A4 70 71 41  00 00 00 00  00 00 00 00  00 00 00 00  [ 0 0 0 ]

In unserem inhaltlich nachfolgenden Blog Post erklären wir, wie man mit unserem RFID-Kit eine Computerzugangsberechtigung bauen kann.Du findest das Tutorial dazu ab morgen auf unserem Blog unter az-delivery.de, also am besten täglich neu vorbeischauen um täglich spannende Tutorials und tolle Projekte zu finden!

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Bausatz RFID-Reader

https://www.pollin.de/p/bausatz-rfid-reader-810252

https://www.pollin.de/p/bausatz-rfid-reader-810252

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Impressum: Fritz Prenninger, Haidestr. 11A, A-4600 Wels, Ober-Österreich, mailto:[email protected]
ENDE

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