如何将RFID模块与Raspberry Pi集成在一起

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如何将RFID模块与Raspberry Pi集成在一起

2020.07.09

这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。

目的

本教程旨在展示何将RFID读卡器和执行器与Raspberry Pi集成在一起。基于本文讨论的基本原理，我们还会制造一个RFID狗门。

概述

在本教程中，我将介绍如何将RC522 RFID模块与Raspberry Pi基板集成在一起。我还将展示如何集成一个执行器（本例中是一个LED），来响应RFID模块的正确读取信息。该执行器可以是电磁锁、扬声器，甚至可以是记录数据的Web界面。我还会介绍如何利用此设计实现一个RFID狗门。

设备

表1：设备

物品	链接
Raspberry Pi 3	Raspberry Pi 链接
RC522 RFID 模块	RFID 模块链接
HDMI 线	HDMI 线链接
LED	Adafruit LED链接
鼠标 + 键盘	键盘/鼠标的Amazon链接
显示器/电视机	任何带有HDMI接口的电视机或显示器
跳线	跳线的Amazon链接
Micro USB 数据线	Micro USB数据线的Amazon链接
面包板	面包板的Amazon链接

程序

1. 设计电路

我一直喜欢使用开源的原理图绘制和PCB布线软件Fritzing来制作接线图（图1：执行器为LED的电路原理图）。您可以通过以下链接（可选）下载Fritzing： https://fritzing.org/home/

第一张原理图是我正在制作的以LED作为执行器的电路。当RFID模块产生正确读取信号，LED会亮起。

第二个电路中的执行器是一个电磁锁。这个电路用于实现门锁和狗门设计。TIP120是一款达林顿功率晶体管阵列。它只允许Raspberry Pi控制电磁锁，电磁锁所需功率比Paspberry Pi的GPIO端口的输出还要大。

如何将RFID模块与Raspberry Pi集成在一起图1

图1：执行器为LED的电路原理图如何将RFID模块与Raspberry Pi集成在一起图2

图2：执行器为电磁锁的电路原理图RC522 RFID模块使用SPI（串行外围接口总线）连接到Raspberry Pi。SPI总线在嵌入式系统中应用相当普遍。读卡器应根据下表进行接线。

表2：RC522接线表

RC522 Pin	Raspberry Pi 引脚	导线颜色
3.3V	引脚 1	红
RST	引脚 22	橙
GND	引脚 6	黑
MISO	引脚 21	白
MOSI	引脚 19	灰
SCK	引脚 23	绿
SDA	引脚 24	蓝

我将执行器（一个LED）连接到了Raspberry Pi的引脚18。你也应该连接这个引脚。

2. 编写代码

a. 启用 SPI

第一步是在Raspberry Pi上启用SPI。为此，请打开命令行窗口并输入sudo raspi-config。系统会弹出Configuration Menu。选择菜单5“Interfacing Options”。现在选择“P4 SPI”。当系统问你是否要启用SPI接口时，选择“Yes”。配置菜单将显示“The SPI interface is enabled.”。要完成SPI的启用，请打开命令行终端并输入命令sudo reboot。Raspberry Pi会重启，从而完成SPI启用。

b. 安装软件包
我们要用的库是用Python 2编写的，不是Python 3。因此，第一步是安装Python 2.7。请输入sudo apt-get install python2.7-dev完成该操作。SPI PY库负责与RC522模块通信。我通过键入命令git clone https://github.com/lthiery/SPI-Py.git来克隆这个库。然后安装该库。首先，通过键入cd SPI-Py进入SPI-Py目录。然后键入sudo python setup.py install安装库。

c. 添加到 Read.py
Read.py脚本需要更改才能与RC522模块对话。编辑此脚本时，请滚动到脚本底部，然后加入注释“Authenticate”。本教程不涉及RFID的身份验证。确保在脚本头添加时间库。接下来找到标题为“#Configure LED Output Pin”的部分。这里是你配置执行器的地方。如果要将该设计应用于狗门，那么应将输出引脚配置到电磁锁。

接下来找到标题为“#Check to see if card UID read matches your card UID.”的部分。该If/Else语句检查读卡器从卡上读取的UID与您之前保存在脚本中的UID是否匹配，如果UID匹配，则执行器的输出为高。

3. 运行代码

a. 获取 UID

首次运行脚本时，您需要获取卡的UID。RFID卡的UID是与此卡相关联的唯一编号，类似于序列号。

要运行脚本，请将目录更改为保存脚本的目录。然后输入python Read.py，运行脚本。因为脚本读卡器UID，所以当你将卡放在读取器上时，它会拒绝访问。屏幕上会显示这张卡的UID。记下这个UID。编辑脚本，然后将脚本的UID更改为此值并保存。

如何将RFID模块与Raspberry Pi集成在一起图3

图3：脚本运行，显示UIDb. 运行最终脚本

输入python Read.py，再次运行脚本。现在，当你将卡放在读卡器上时，验证通过且LED会亮5秒钟。如果将你的设计应用于狗门，那么在验证通过后电磁锁会打开。

如何将RFID模块与Raspberry Pi集成在一起图4

图4：等待读卡

图5：验证通过4. 制作狗门的注意事项

1. 1. 添加第二个电磁锁，以保证两侧锁门。
2. 2. 在门上添加一个霍尔效应（磁传感器）传感器和一块磁铁，以便让Raspberry Pi在锁门之前知道门已返回到关闭位置。
3. 3. 如果你真的很有想法，那么可以围绕门设计较大的环形天线，代替在门上安装小型读卡器。你需要电磁线，而且需要将其焊接到读取模块上。这需要资深技巧，有关环形天线的信息请在这里阅读。
4. 4. 如果你是资深程序员，那么可以阅读MFRC522 数据表，更改芯片组上的固件，更好地满足自己的应用要求。

5. 其他设备选项

1. a.门锁
2. b.安全锁
3. c.支付设备
4. d.运输跟踪/物流
5. e.零售/购物

6. 附录：Read.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf8 -*-
 
import RPi.GPIO as GPIO
import MFRC522
import signal
import time
 
continue_reading = True
 
# Capture SIGINT for cleanup when the script is aborted
def end_read(signal,frame):
    global continue_reading
    print ("Ctrl+C captured, ending read.")
    continue_reading = False
    GPIO.cleanup()
 
# Hook the SIGINT
signal.signal(signal.SIGINT, end_read)
 
# Create an object of the class MFRC522
MIFAREReader = MFRC522.MFRC522()
 
# Welcome message
print ("Welcome to the MFRC522 data read example")
print ("Press Ctrl-C to stop.")
 
# This loop keeps checking for chips. If one is near it will get the UID and authenticate
while continue_reading:
    
    # Scan for cards    
    (status,TagType) = MIFAREReader.MFRC522_Request(MIFAREReader.PICC_REQIDL)
 
    # If a card is found
    if status == MIFAREReader.MI_OK:
        print ("Card detected")
    
    # Get the UID of the card
    (status,uid) = MIFAREReader.MFRC522_Anticoll()
 
    # If we have the UID, continue
    if status == MIFAREReader.MI_OK:
 
        # Print UID
        print ("Card read UID: "+str(uid[0])+","+str(uid[1])+","+str(uid[2])+","+str(uid[3])+','+str(uid[4]))  
        # This is the default key for authentication
        key = [0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF]
        
        # Select the scanned tag
        MIFAREReader.MFRC522_SelectTag(uid)
        
        #ENTER Your Card UID here
        my_uid = [61,84,4,114,31]
        
        #Configure LED Output Pin
        LED = 18
        GPIO.setup(LED, GPIO.OUT)
        GPIO.output(LED, GPIO.LOW)
        
        #Check to see if card UID read matches your card UID
        if uid == my_uid:                #Open the Doggy Door if matching UIDs
            print("Access Granted")
            GPIO.output(LED, GPIO.HIGH)  #Turn on LED
            time.sleep(5)                #Wait 5 Seconds
            GPIO.output(LED, GPIO.LOW)   #Turn off LED
            
        else:                            #Don't open if UIDs don't match
            print("Access Denied, YOU SHALL NOT PASS!")
        
##        # Authenticate
##        status = MIFAREReader.MFRC522_Auth(MIFAREReader.PICC_AUTHENT1A, 8, key, uid)
##
##        # Check if authenticated
##        if status == MIFAREReader.MI_OK:
##            MIFAREReader.MFRC522_Read(8)
##            MIFAREReader.MFRC522_StopCrypto1()
##        else:
##            print "Authentication error"