RFID считыватель своими руками
В прошлом материале мы изучили суть RFID технологии, а теперь пришло время всеми любимой практики. Предлагаемый самодельный считыватель RFID работает с метками 125 кГц в карточках и с брелоками 125 кГц. Используется протокол EM4100.
Если приближаете RFID-метку достаточно близко (5 см) к катушке считывателя (L1), тот считывает 10-значный уникальный идентификатор метки и передает его в виде символов ASCII через последовательный выход со скоростью 2400 бит в секунду. Схема включает также зуммер, который издает звуковой сигнал при успешном чтении.
Схема считывателя меток
Вот как работает RFID устройство. МК ATtiny13 использует функцию ШИМ для создания прямоугольного сигнала 125 кГц. Этот сигнал поступает с вывода PB0. На заднем фронте PB0 (логический 0) T1 не проводит. Таким образом, катушка L1 получает питание от R1 (100 Ом) с +5 В. Когда вывод PB0 поднимается (логическая 1), T1 проводит, а одна сторона L1 переходит на GND.
Катушка L1 подключается параллельно с C2, создавая LC-генератор. Эти переходы L1 в логическую «1» и логический «0» выполняются 125000 раз в секунду (125 кГц).
Считыватель RFID обеспечивает энергией транспондер (метку), создавая электромагнитное поле. Передача энергии между считывателем RFID и меткой такая же, как и трансформаторы преобразовывают напряжение из сети переменного тока 220 В в переменное 12 В на основе магнитного поля, которое создает первичную катушку.
В данном случае первичная катушка – это считыватель RFID, а вторичная – это RFID-метка. Единственное отличие состоит в том, что в схемах RFID между двумя катушками нет железного сердечника (одна катушка находится на стороне считывателя, а другая – в метке RFID). Компоненты D1, C3 и R5 составляют демодулятор AM-сигнала (AM = амплитудная модуляция).
Обмен данными между меткой и считывателем
Как RFID-метка взаимодействует с считывателем? Идея простая: когда метка хочет отправить считывающему устройству логический «0», он «нагружает» свою линию питания, чтобы запросить у считывателя больше мощности.
Это приведет к небольшому падению напряжения на стороне считывателя RFID. Этот уровень напряжения равен логическому «0».
Одновременно, пока считыватель передает сигнал 125 кГц, он считывает напряжение передаваемого сигнала через фильтры D1, C3 и R5, C1. Когда метка понижает напряжение, считыватель считывает это падение напряжения как логический «0». Когда метке не требуется дополнительная мощность, она не вызывает падения напряжения. Это логическая «1».
Длина «единиц» или «нулей» зависит от скорости последовательной передачи данных. Но для несущей частоты 125 кГц нет передачи данных 125000 бит в секунду. Реальная передача к считывателю варьируется от 500 до 8000 бит в секунду.
Проверка данных выполняется из ATtiny13 путем вычисления бита четности каждой строки и каждого столбца с битами четности, которые были получены из данных, переданных меткой RFID.
Выше пример расшифровки RFID-метки. Тут используется RFID-метка с серийным номером 0010016317.
Изготовление катушки
Катушка имеет диаметр 120 мм и 58 витков. На всякий случай оставьте больше медного провода на дополнительные 2-3 витка настройки. Для достижения максимального расстояния между RFID-меткой и считывателем (между меткой и антенной-катушкой считывателя) необходимо откалибровать катушку. Если подключите осциллограф к точке C2, D1 и L1, то увидите помеченное красным пятно шума на изображении. Это признак того, что L1 необходимо откалибровать.
Как откалибровать L1? Включите RFID-считыватель и делайте следующее:
- После подключения щупа осциллографа к точке подключения C2, D1 и L1 попробуйте медленно удалить или добавить витков к катушке, пока шум не исчезнет.
- Если нет осциллографа, попробуйте переместить RFID-метку ближе к L1, пока она не будет распознана считывателем. Если она будет распознана на расстоянии 2 см от L1, попробуйте добавить больше витков к L1, чтобы увидеть, будет ли на этот раз распознаваться с большего расстояния (например 3 см).
Попробуйте то же самое, удалив витки от L1 пока не достигнете максимальной дальности обнаружения.
В данном экземпляре сделана L1 диаметром 120 мм и 58 витков, но для достижения меньшего размера сложили катушку пополам, чтобы получилась «восьмерка» (форма похожа на число 8), и снова провели калибровку. Поэтому катушка L1 на фото кажется меньше 120 мм. В итоге L1 имеет диаметр 60 мм и почти 116 витков.
Программирование ATtiny13
Нужно установить фузы ATtiny13 на: High Fuse: 0x1F и Low Fuse: 0x7A. Эти настройки устанавливают ATtiny13 для работы с внутренним генератором 9,6 МГц. Параметр системный таймер разделенный на 8 отключен.
Прошивка имеет размер 1024 байта и занимает 100% флэш-памяти ATtiny13. Возможно переход на любой другой 8-контактный AVR, такой как ATtiny85, будет хорошей идеей, если надо добавить больше функций в исходный код.
Программирование ATtiny85
Нужно установить фузы ATtiny85 на: High Fuse: 0xDD и Low Fuse: 0xE2.
Эти настройки устанавливают ATtiny85 для работы с внутренним генератором 8 МГц. Параметр системный таймер разделенный на 8 отключен.
Можно скачать исходный код, шестнадцатеричный файл, схему и изображения RFID-считывателя в общем архиве.
Радиочастотный датчик или RFID считыватель меток своими руками
Много разговоров в последнее время ведется вокруг использования радиочастотных меток, причем в обсуждениях высказываются даже предположения, что при желании люди с определенными навыками владения компьютером могут взломать вашу домашнюю систему и получить полную информацию о ваших вещах.
Я решил сам разобраться в этой технологии. Для этого я заказал нужные компоненты и собрал RFID считыватель своими руками.
В данной статье я расскажу, как собрать работающий считыватель RFID-меток.
Шаг 1
В одной из прочитанных мною статей автор говорил, что его мобильный RFID считыватель работал только на частоте 13,56 МГц (короткая волна), но на частоте 1,25 кГц (длина волны ниже границы АМ-диапазона) не работал.
Я же сделал считыватель, работающий на стандартной для всей этой отрасли частоте 125 кГц. Это значит, что для моего считывателя нужна другая комбинация антенны и конденсатора. Это иллюстрируют базовая схема и базовая формула. Чтобы получить нужное значение, выберите соответствующую формулу, подставьте ваши значения и с помощью калькулятора получите результат.
Список компонентов:
- Около 12 м тонкой проволоки, от 22 до 30 калибра (я использовал 30 калибр).
- Любой диод (я использовал красный).
- Один 0,005 мкФ конденсатор или два дисковых конденсатора 0,01 мкФ, соединенных последовательно.
- 2-5 дисковых конденсатора 100 пФ.
- Основание для катушки (любое основание, диаметр катушки должен быть 10 см).
- Печатная плата для прототипирования, для пробных сборок.
- Печатная плата для аккуратной и точной сборки.
- Возможность доступа к считывателю, чтобы снимать показания приемника.
- Элементы питания не потребуются, так как приемник питается беспроводным способом от считывателя.
Шаг 2
Сначала я намотал проволоку на основу примерно 10 см в диаметре (я больше чем уверен, что пара сантиметров плюс-минус роли не сыграют).
Когда проволока была намотана на основание, я сравнил катушку с другими катушками, которые у меня уже были. Так я примерно оценил индуктивность новой катушки – у меня вышло около 330 мкгн.
Я подставил значение 330 мкгн в формулу и полученный результат значил, что для этой катушки нужен 0,005 мкФ конденсатор, чтобы пара катушка-конденсатор «резонировала» на частоте 125 кГц, а тока было достаточно для питания диода.
Прежде чем приступить к пайке, я сделал предварительную сборку на макетной плате.
Шаг 3
На макетной плате сначала соединяем катушку, диод и два дисковых 0,01 мкФ конденсатора (соединены последовательно друг с другом, а затем параллельно с диодом, что дает общую емкость 0,005 мкФ (5000 пФ)), затем включаем считыватель радиометок. При положении считывателя на расстоянии около 10 см от катушки горит диод.
Затем я добавил 100 пФ (0,0001 мкФ) конденсатор параллельно электросхеме, это увеличило радиус действия считывателя. Затем я выяснил, что добавив второй такой же конденсатор параллельно всей схеме я еще больше увеличу радиус действия считывателя. А добавление третьего конденсатора, напротив, уменьшило этот радиус. Таким образом, я установил, что емкость 5200 пФ является оптимальной для моей катушки (иллюстрация третьей попытки).
Мой приемник срабатывал бы на 10 см при использовании 0,005 мкФ конденсатора в параллельном соединении с катушкой и диодом, но макетная плата позволила использовать дополнительные конденсаторы и, тем самым, увеличила расстояние до 12,5 см.
Шаг 4
Фотографии наглядно показывают, как увеличивается яркость свечения диода по мере приближения катушки к считывателю.
Это маленькое устройство работает на частоте 125 кГц. Его достаточно просто собрать, используя более-менее подходящие материалы.
Шаг 5
Все компоненты, использованные в пробной сборке на макетной плате, я собрал на печатной плате и спаял их. Потом я приклеил схему к катушке, чтобы все устройство можно было перемещать с места на место просто в руке, без лишних проводов или соединений. Устройство работает нормально. Я ожидал, что оно будет реагировать на все считыватели радиометок в пределах 7-12 см и работающие на частоте 125 кГц.
Шаг 6
Так как я знаю, что максимальное свечение диода на заданном расстоянии достигается при емкости 0, 0052 мкФ, я вставил это значение вместе с длиной волны 125 кГц в соответствующую формулу и получил значение индуктивности 312 мкгн, вместо 330 мкгн, на которые я рассчитывал.
Математические расчёты здесь не играют огромной роли, хотя именно благодаря им я вычислил емкость конденсаторов, подходящих к моей катушке. Это, конечно, можно было выяснить методом проб и ошибок, но на это ушло бы много времени.
Как создать собственную самодельную RFID-карту с помощью Arduino
Технология радиочастотной идентификации (RFID) — это система, способная идентифицировать объекты с помощью уникального идентификатора (UID).
Система RFID состоит из двух основных компонентов: метки RFID и считывателя RFID.
Метка RFID имеет разные форматы. Это может быть наклейка наподобие той, что наклеивается на продукты в супермаркетах для предотвращения кражи, на пластиковую карту, на брелок, а может даже проникать под кожу, как у животных.
Имеются RFID-метки только для чтения. Эти этикетки выгравированы с идентификатором в процессе производства. После создания метки RFID только для чтения UID больше нельзя изменить.
Однако существуют и другие типы меток RFID, которые считываются и записываются. Такая метка может изменить вашу информацию благодаря считывателям RFID, таким как RC522, которые позволяют считывать и записывать метки RFID этого типа. На самом деле этот компонент не только считывает информацию, но и способен излучать радиочастотный сигнал.
Как работает RFID Источник: Replica Sistemi Мощность считывателя RFID и метки RFID различна. Для работы такой модуль, как RC522, должен быть подключен к электрической сети.
Но как насчет RFID-меток? Как вы кормите эти типы карт?
Загрузите наше мобильное приложение
Типичные RFID-наклейки, которые есть на многих продуктах, не имеют батарей или блоков питания. Как и карты контроля доступа на основе RFID.
Основным принципом работы, на котором они основаны, является индукция. Эти типы меток RFID известны как пассивные.
Чтобы прочитать информацию, закодированную на пассивной RFID-метке, вам необходимо снять электромагнитное поле, которое заставляет электроны двигаться через антенну метки, а затем подать питание на чип.
Когда это происходит, микросхема с питанием может отправлять информацию, хранящуюся в метке RFID, по радиочастоте. Это называется обратным рассеянием.
Обратное рассеяние обнаруживается и интерпретируется считывателем RFID, который затем отправляет данные на компьютер или микроконтроллер, например, с Arduino.
Типы RFID Так же, как радио должно быть настроено на разные частоты для прослушивания разных каналов, метки RFID и считыватели должны быть настроены на одну и ту же частоту для связи.
Система RFID может использовать несколько частот в пределах радиочастотного спектра. Спектр радиочастот находится между диапазоном крайне низких частот (ELF) и инфракрасным диапазоном.
Источник: Resource Label GroupСуществует три типа систем в зависимости от используемой частоты.
- Низкая частота или НЧ (125–134 кГц)
- Высокая частота или ВЧ (13,56 МГц)
- Ультравысокая частота или УВЧ (433, 860 и 960 МГц)
Радиоволны ведут себя по-разному при все частоты радиоспектра. Это заставляет нас выбирать частоту в зависимости от приложения, которое мы хотим построить.
Низкочастотные системы RFID или LFRFID-системы, использующие низкочастотные или LF, имеют большую длину волны и могут лучше проникать в тонкие и металлические объекты. Кроме того, системы RFID, использующие LF, идеально подходят для считывания объектов с высоким содержанием воды, таких как фрукты и напитки.
Однако диапазон низких частот ограничен несколькими сантиметрами.
Память на метках RFID очень ограничена из-за низкой скорости передачи данных и высокой стоимости производства.
Типичные области применения RFID с использованием низких частот включают контроль доступа и маркировку животных.
Высокочастотные RFID или ВЧ системыЭти высокочастотные системы очень хорошо работают с металлическими предметами и изделиями со средним и высоким расходом воды.
Как правило, эти системы RFID работают в диапазоне сантиметров, хотя максимальное показание составляет около метра.
Они используют глобальные стандарты и протоколы, такие как NFC, с большими вариантами памяти, хотя дальность считывания по-прежнему мала, а скорость передачи данных низкая.
Ультравысокочастотные RFID- или УВЧ-системы RFID-системы, основанные на сверхвысокочастотных, обычно обеспечивают больший диапазон, чем НЧ- и ВЧ-системы. Мы говорим от нескольких сантиметров до более чем 20 метров. Еще одно отличие состоит в том, что они могут считывать данные быстрее — несколько меток в секунду.
Эта технология используется для наблюдения за товарами на складах, для подсчета людей, для контроля гонок, когда бегуны пересекают финишную черту, а также для оплаты проезда и контроля доступа на парковки.
Считыватель RFID с Arduino RC522Модуль считывателя RFID RC522 основан на интегральной схеме MFRC522.
Обычно он сопровождается меткой RFID в формате кредитной карты и меткой RFID в формате цепочки для ключей.
Карты могут иметь 1К или 4К памяти, разделенной на сектора и блоки. Модуль считывания RFID RC522 также используется для записи RFID-меток.
Источник: ShutterstockСчитыватель RFID RC522 использует высокочастотный ВЧ, создающий электромагнитное поле 13,56 МГц. Теоретически максимальная дальность составляет 35 сантиметров.
Очень интересно, что этот модуль имеет очень полезный контакт прерывания. Он используется для того, чтобы вместо того, чтобы снова и снова спрашивать у считывателя RFID RC522, есть ли поблизости метка RFID, модуль предупредит нас через штырь, когда метка RFID приблизится, и, таким образом, сможет активировать микроконтроллер.
Рабочее напряжение от 2,5 до 3,3 В. Это означает, что он совместим с большинством микроконтроллеров на рынке, таких как те, которые используются Arduino.
Хорошей новостью является то, что, несмотря на питание от 3,3 В, логические уровни совместимы с 5 В, что делает его совместимым с любым Arduino или микроконтроллером, работающим от 5 В.
Это будут полные спецификации, взятые из технического листа данных:
| . от 5 В до 3,3 В | |
| Макс. ток | 13-26 мА |
| Мин. ток | 10 мкА |
| Логические уровни | 5V y 3V3 |
| Досягаемость | 5 см |
- VCC : Контакт питания считывателя RFID RC522. Он поддерживает напряжение питания от 2,5 В до 3,3 В.
- RST : это контакт для включения и выключения модуля. Пока контакт находится в состоянии LOW, он останется выключенным с небольшим потреблением. Когда состояние меняется на HIGH, RC522 перезапускается.
- IRQ: вывод прерывания , который предупреждает микроконтроллер, когда метка RFID приближается к считывателю RFID RC522.
- MISO/SCL/TX : Этот контакт имеет три функции. Когда интерфейс SPI включен, он функционирует как подчиненный выход и ведущий вход.
- MOSI: запись в интерфейсе SPI.
- SCK: тактовый сигнал интерфейса SPI.
- SS / SDA / RX: Контакт действует как сигнальный вход, когда интерфейс SPI включен.
Когда состояние меняется на HIGH, RC522 перезапускается. Связь между Arduino и считывателем RFID RC522 довольно сложна на уровне программирования. К счастью, у нас есть готовые к использованию инструменты Arduino, такие как Grove Beginner Kit для Arduino, универсальная плата, совместимая с Arduino, с 10 датчиками и 12 проектами, которые, несомненно, помогут нам сэкономить драгоценное время.
Сначала мы запустим DumpInfo. Эта программа не записывает никаких данных в метку RFID. Просто прочитайте метку RFID, если можете, и отобразите информацию на последовательном мониторе.
Давайте посмотрим на код. Это зависит от назначения RFID
:
Как сделать считыватель RFID-карт без использования Arduino
