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RFID Montageanleitung

Mit diesem Projekt wird ein RFID-Kartenleser (RFID=radio frequency identification) für eine Zugangskontrolle eingesetzt. Zunächst muss der RFID-Transponder oder die RFID-Karte ausgelesen werden. Der ausgelesene "Code" wird im Hauptprogramm für den Zugang verwendet und z.B. ein Türschloss geöffnet.
Die Grüne LED zeigt blinkend die Verwendung des korrekten Transponder an, die rote LED zeigt blinkend einen ungültigen Transponder an. Ein Ausgang ist für einen Relais-Anschluss für ein Türschloss vorgesehen.

Hardware

Die Stückliste für die RFID-Zugangskontrolle:

  • 1 x ESP32 oder Arduino NANO
  • 1 x RFID-RC522 Modul
  • 1 x Transponder mit Schlüsselring
  • 1 x Transponder im Kartenformat
  • 1 x Relais für den Türöffner (optional)
  • 1 x rote LED mit 100R Vorwiderstand
  • 1 x grüne LED mit 100R Vorwiderstand
  • 1 x Relais für den Türöffner (optional)
  • Kleinmaterial, Schaltdraht

Verdrahtung ESP32

esp32-rfid.png

ESP32

  • ESP GPIO 32 -> rote LED
  • ESP GPIO 33 -> grüne LED
  • ESP GPIO 25 -> Relais

Verdrahtung NANO

anschlussplan-nano.png

Die LED

led.png

PINout NANO

pinout-nano.png

NANO Shield

nano-shield.png

Software

Die Software wird mit der Arduino IDE in den ESP32/NANO geladen.

Mit dem Programm 1 wird die RFID-ID aus dem Transponder oder Karte ausgelesen.
Das Programm 2 ist das Hauptprogramm für die Zugangskontrolle.

ESP32 Programm

/*************************************************************************************************
                                      PROGRAMMINFO
**************************************************************************************************
Funktion: RFID-Transponder auslesen
**************************************************************************************************
Version: 21.06.2022
**************************************************************************************************
Board: ESP32 Dev
**************************************************************************************************
Libraries:
https://github.com/espressif/arduino-esp32/tree/master/libraries
V3
**************************************************************************************************
C++ Arduino IDE V1.8.19
**************************************************************************************************
Einstellungen:
https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json
http://dan.drown.org/stm32duino/package_STM32duino_index.json
http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json
**************************************************************************************************/

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

#define SS_PIN  5  // ESP32 pin GIOP5
#define RST_PIN 27 // ESP32 pin GIOP27

MFRC522 rfid(SS_PIN, RST_PIN);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  SPI.begin(); // init SPI bus
  rfid.PCD_Init(); // init MFRC522

  Serial.println("Tap an RFID/NFC tag on the RFID-RC522 reader");
}

void loop() {
  if (rfid.PICC_IsNewCardPresent()) { // new tag is available
    if (rfid.PICC_ReadCardSerial()) { // NUID has been readed
      MFRC522::PICC_Type piccType = rfid.PICC_GetType(rfid.uid.sak);
      Serial.print("RFID/NFC Tag Type: ");
      Serial.println(rfid.PICC_GetTypeName(piccType));

      // print UID in Serial Monitor in the hex format
      Serial.print("UID:");
      for (int i = 0; i < rfid.uid.size; i++) {
        Serial.print(rfid.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
        Serial.print(rfid.uid.uidByte[i], HEX);
      }
      Serial.println();

      rfid.PICC_HaltA(); // halt PICC
      rfid.PCD_StopCrypto1(); // stop encryption on PCD
    }
  }
}

RAW code

RFID-Code mit dem Seriellen Monitor auslesen

rfidauslesen.png


C++ Code: Hauptprogramm RFID-Zugangskontrolle

/*************************************************************************************************
                                      PROGRAMMINFO
**************************************************************************************************
Funktion: RFID Zugangskontrolle
**************************************************************************************************
Version: 21.06.2022
**************************************************************************************************
Board: ESP32 Dev
**************************************************************************************************
Libraries:
https://github.com/miguelbalboa/rfid

**************************************************************************************************
C++ Arduino IDE V1.8.19
**************************************************************************************************
Einstellungen:
https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json
http://dan.drown.org/stm32duino/package_STM32duino_index.json
http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json
**************************************************************************************************/
//einbinden der Bibliotheken fuer das
//ansteuern des MFRC522 Moduls
#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>

//definieren der Pins  RST & SDA fuer den ESP32
#define RST_PIN     27
#define SS_PIN      5

#define ledRot 32
#define ledGruen 33
#define oc_PIN 25 //Open Close PIN

//erzeugen einer Objektinstanz
MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);

//Variable zum speichern der bereits gelesenen RFID-ID
String lastRfid = "";

//Anzahl der zulässigen RFID-IDs im Array
const int NUM_RFIDS = 1;
//Array mit RFID-IDs welche zulässig sind
String rfids[NUM_RFIDS] = {" E9 C3 02 A4"};

void setup() {
  //beginn der seriellen Kommunikation mit 115200 Baud
  Serial.begin(115200);
  //eine kleine Pause von 50ms.
  delay(50);

  pinMode(ledRot, OUTPUT);
  pinMode(ledGruen, OUTPUT);
  pinMode(oc_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(oc_PIN, LOW);

  //begin der SPI Kommunikation
  SPI.begin();
  //initialisieren der Kommunikation mit dem RFID Modul
  mfrc522.PCD_Init();
}

void loop() {

  //Wenn keine neue Karte vorgehalten wurde oder die serielle Kommunikation
  //nicht gegeben ist, dann...
  if ( !mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) {
    //Serial.println("!PICC_IsNewCardPresent");
    return;
  }

  if (!mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) {
    //Serial.println("!PICC_ReadCardSerial");
    return;
  }


  String newRfidId = "";
  for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) {
    newRfidId.concat(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
    newRfidId.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX));
  }

  //alle Buchstaben in Großbuchstaben umwandeln
  newRfidId.toUpperCase();

  //Wenn die neue gelesene RFID-ID ungleich der bereits zuvor gelesenen ist,
  //dann soll diese auf der seriellen Schnittstelle ausgegeben werden.
  if (!newRfidId.equals(lastRfid)) {
    //überschreiben der alten ID mit der neuen
    lastRfid = newRfidId;
  }


  bool zugangOk = false;
  //prüfen ob die gelesene RFID-ID im Array mit bereits gespeicherten IDs vorhanden ist
  for (int i = 0; i < NUM_RFIDS; i++) {
    //wenn die ID an der Stelle "i" im Array "rfids" mit dem gelesenen übereinstimmt, dann
    if (rfids[i].equals(newRfidId)) {
      zugangOk = true;
      //Schleife verlassen
      break;
    }
  }

  //Wenn die Variable "zugangOk" auf True ist, dann...
  if (zugangOk) {
    digitalWrite(oc_PIN, HIGH); //Türschloss öffnen
    Serial.println("Tuerschloss oeffnen");
    delay(500);
    digitalWrite(oc_PIN, LOW);
    Serial.println("Tuerschloss schliessen");

    blinkLed(ledGruen);
    Serial.println("RFID-ID [" + newRfidId + "] OK!, Zugang wird gewährt");


  } else {
    //Wenn nicht dann...
    blinkLed(ledRot);
    Serial.println("RFID-ID [" + newRfidId + "] nicht OK!, Zugang wird nicht gewährt");
  }

  Serial.println();
}

//Blinken einer LED am Pin "pin"
void blinkLed(int pin) {
  //Schleife von 0 bis 5
  for (int a = 0; a < 5; a++) {
    //LED aktivieren
    digitalWrite(pin, HIGH);
    //eine Pause von 125 ms.
    delay(125);
    //LED deaktivieren
    digitalWrite(pin, LOW);
    //eine Pause von 125 ms.
    delay(125);
  }
}

RAW code

RFID-Zugansinformationen mit dem Seriellen Monitor auslesen

esp32-rfid-z.png


C++ Code: Hauptprogramm RFID-Zugangskontrolle für drei Transponder

/*************************************************************************************************
                                      PROGRAMMINFO
**************************************************************************************************
Funktion: RFID 3 Transponder mit LED-Anzeige
**************************************************************************************************
Version: 21.06.2022
**************************************************************************************************
Board: ESP32 Dev Module
**************************************************************************************************
Libraries:
https://github.com/espressif/arduino-esp32/tree/master/libraries

**************************************************************************************************
C++ Arduino IDE V1.8.19
**************************************************************************************************
Einstellungen:
https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json
http://dan.drown.org/stm32duino/package_STM32duino_index.json
http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json
**************************************************************************************************/
#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>

//definieren der Pins  RST & SDA für den ESP32
#define RST_PIN     27
#define SS_PIN      5

#define led1 32
#define led2 33
#define led3 25

bool led1_status = false;
bool led2_status = false;
bool led3_status = false;

MFRC522 rfid(SS_PIN, RST_PIN);

String rfid_nuids[] = {"e9c3 02a4", "c53acb23", "f73f9339"};

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  SPI.begin();
  rfid.PCD_Init();

  pinMode(led1, OUTPUT);
  pinMode(led2, OUTPUT);
  pinMode(led3, OUTPUT);

  digitalWrite(led1, LOW);
  digitalWrite(led2, LOW);
  digitalWrite(led3, LOW);
}

void loop() {
  if ( !rfid.PICC_IsNewCardPresent() || !rfid.PICC_ReadCardSerial()) {
    return;
  }

  String nuid = readHex(rfid.uid.uidByte, rfid.uid.size);
  Serial.println(nuid);

  if (nuid == rfid_nuids[0]) {
    Serial.println("Zugang Karte 1");
    led1_status = !led1_status;
    digitalWrite(led1, led1_status ? HIGH : LOW);
  } else if (nuid == rfid_nuids[1]) {
    Serial.println("Zugang Karte 2");
    led2_status = !led2_status;
    digitalWrite(led2, led2_status ? HIGH : LOW);
  } else if (nuid == rfid_nuids[2]) {
    Serial.println("Zugang Karte 3");
    led3_status = !led3_status;
    digitalWrite(led3, led3_status ? HIGH : LOW);
  }

  rfid.PICC_HaltA();
  rfid.PCD_StopCrypto1();
}

String readHex(byte *buffer, byte bufferSize) {
  String result = "";
  for (byte i = 0; i < bufferSize; i++) {
    String* hex[] = {};
    result = result + String(buffer[i] < 0x10 ? " 0" : "");
    result = result + String(buffer[i], HEX);
  }
  return result;
}

RAW code

RFID-Zugansinformationen für drei RFID-Transponder mit dem Seriellen Monitor auslesen

esp32-rfid-3.png


NANO Programm RFID auslesen

/*************************************************************************************************
                                      PROGRAMMINFO
**************************************************************************************************
Funktion: RFID auslesen
**************************************************************************************************
Version: 21.06.2022
**************************************************************************************************
Board: NANO
**************************************************************************************************
Libraries:
https://github.com/espressif/arduino-esp32/tree/master/libraries
C:\Users\User\Documents\Arduino
D:\gittemp\Arduino II\A156_Wetterdaten_V3
**************************************************************************************************
C++ Arduino IDE V1.8.19
**************************************************************************************************
Einstellungen:
https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json
http://dan.drown.org/stm32duino/package_STM32duino_index.json
http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json
**************************************************************************************************/

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

#define SS_PIN  10  // ESP32 pin GIOP5 
#define RST_PIN 9   // ESP32 pin GIOP27 


MFRC522 rfid(SS_PIN, RST_PIN);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  SPI.begin(); // init SPI bus
  rfid.PCD_Init(); // init MFRC522

  Serial.println("Lege den RFID-Chip auf das RFID-Lesegerät");
}

void loop() {
  if (rfid.PICC_IsNewCardPresent()) { // new tag is available
    if (rfid.PICC_ReadCardSerial()) { // NUID has been readed
      MFRC522::PICC_Type piccType = rfid.PICC_GetType(rfid.uid.sak);
      Serial.print("RFID/NFC Typ: ");
      Serial.println(rfid.PICC_GetTypeName(piccType));

      // drucke das UID auf den Seriellen Monitor im Hex-Format
      Serial.print("UID:");
      for (int i = 0; i < rfid.uid.size; i++) {
        Serial.print(rfid.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
        Serial.print(rfid.uid.uidByte[i], HEX);
      }
      Serial.println();

      rfid.PICC_HaltA(); // Halt PICC
      rfid.PCD_StopCrypto1(); // Stopp Verschlüsselung
    }
  }
}

NANO Hauptprogramm LED-Anzeige und Türe öffnen

/*************************************************************************************************
                                      PROGRAMMINFO
**************************************************************************************************
Funktion: RFID LED ansteuern
**************************************************************************************************
Version: 21.06.2022
**************************************************************************************************
Board: NANO
**************************************************************************************************
Libraries:
https://github.com/miguelbalboa/rfid
https://github.com/espressif/arduino-esp32/tree/master/libraries
**************************************************************************************************
C++ Arduino IDE V1.8.19
**************************************************************************************************
Einstellungen:
https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json
http://dan.drown.org/stm32duino/package_STM32duino_index.json
http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json
**************************************************************************************************/
//einbinden der Bibliotheken für das
//ansteuern des MFRC522 Moduls
#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>

//definieren der Pins  RST & SDA für den NANO
#define RST_PIN     9
#define SS_PIN      10

#define ledRot 3
#define ledGruen 2
#define oc_PIN 5 //Open Close PIN

//erzeugen einer Objektinstanz
MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);

//Variable zum speichern der bereits gelesenen RFID-ID
String lastRfid = "";

//Anzahl der zulässigen RFID-IDs im Array
const int NUM_RFIDS = 1;
//Array mit RFID-IDs welche zulässig sind
String rfids[NUM_RFIDS] = {" E9 C3 02 A4"};

void setup() {
  //beginn der seriellen Kommunikation mit 115200 Baud
  Serial.begin(115200);
  //eine kleine Pause von 50ms.
  delay(50);

  pinMode(ledRot, OUTPUT);
  pinMode(ledGruen, OUTPUT);
  pinMode(oc_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(oc_PIN, LOW);

  //begin der SPI Kommunikation
  SPI.begin();
  //initialisieren der Kommunikation mit dem RFID Modul
  mfrc522.PCD_Init();
}

void loop() {

  //Wenn keine neue Karte vorgehalten wurde oder die serielle Kommunikation
  //nicht gegeben ist, dann...
  if ( !mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) {
    //Serial.println("!PICC_IsNewCardPresent");
    return;
  }

  if (!mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) {
    //Serial.println("!PICC_ReadCardSerial");
    return;
  }


  String newRfidId = "";
  for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) {
    newRfidId.concat(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
    newRfidId.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX));
  }

  //alle Buchstaben in Großbuchstaben umwandeln
  newRfidId.toUpperCase();

  //Wenn die neue gelesene RFID-ID ungleich der bereits zuvor gelesenen ist,
  //dann soll diese auf der seriellen Schnittstelle ausgegeben werden.
  if (!newRfidId.equals(lastRfid)) {
    //überschreiben der alten ID mit der neuen
    lastRfid = newRfidId;
  }


  bool zugangOk = false;
  //prüfen ob die gelesene RFID-ID im Array mit bereits gespeicherten IDs vorhanden ist
  for (int i = 0; i < NUM_RFIDS; i++) {
    //wenn die ID an der Stelle "i" im Array "rfids" mit dem gelesenen übereinstimmt, dann
    if (rfids[i].equals(newRfidId)) {
      zugangOk = true;
      //Schleife verlassen
      break;
    }
  }

  //Wenn die Variable "zugangOk" auf True ist, dann...
  if (zugangOk) {
    digitalWrite(oc_PIN, HIGH); //Türschloss öffnen
    Serial.println("Tuerschloss oeffnen");
    delay(500);
    digitalWrite(oc_PIN, LOW);   
    Serial.println("Tuerschloss schliessen");

    blinkLed(ledGruen);
    Serial.println("RFID-ID [" + newRfidId + "] OK!, Zugang wird gewährt");

    
  } else {
    //Wenn nicht dann...
    blinkLed(ledRot);
    Serial.println("RFID-ID [" + newRfidId + "] nicht OK!, Zugang wird nicht gewährt");
  }

  Serial.println();
}

//Blinken einer LED am Pin "pin"
void blinkLed(int pin) {
  //Schleife von 0 bis 5
  for (int a = 0; a < 5; a++) {
    //LED aktivieren
    digitalWrite(pin, HIGH);
    //eine Pause von 125 ms.
    delay(125);
    //LED deaktivieren
    digitalWrite(pin, LOW);
    //eine Pause von 125 ms.
    delay(125);
  }
}


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