V reviji Svet Elektronike (številka SE-237) smo predstavili serijsko UART povezavo Bluetooth vmesnika z razvojno ploščo STM32F4-Discovery. Uporabili smo cenovno ugoden vmesnik JY-MCU z različico strojne kode HC-05. Modul je mogoče konfigurirati z AT komandami, tako da ustreza izbranemu režimu delovanja. Dodatno k programu razvojne plošče smo izdelali tudi enostavno Android aplikacijo, s katero je dejansko mogoče pošiljati in sprejemati znakovne nize med razvojno ploščo in mobilno platformo. Sprejeti tekst se vrstično izpisuje na namenskem LCD zaslonu vse dokler je na njem prostora za novo vrstico.
V tokratni izdaji revije Svet Elektronike pa bomo predstavili osnove delovanja RFID tehnologije, ki je dandanes prisotna tako rekoč povsod. V ta namen bomo uporabili NXP-jev MFRC522 čip, ki deluje na frekvenci 13,56 MHz in podpira vse MIFARE protokole. Da si olajšamo delo, bomo preko Interneta naročili vmesnik z že umerjeno anteno (kar ni enostavna naloga), in sicer nosi ime RFID-RC522. Ta modul ima povezano SPI vodilo, ki smo ga v naši odisejadi že dodobra spoznali (čip podpira še UART in I2C).
V prvem delu spoznavanja z RFID tehnologijo bomo uporabili RFID čitalnik, da bomo prebrali serijsko številko z namenske kartice in jo izpisali na zaslon. Pri tem si bomo pomagali s pametnim telefonom, ki ima vgrajeno tehnologijo NFC in lahko potrdi te podatke (ne more pa zapisovati nanje). Pri delovanju aplikacije bomo uporabili metodo konstantnega spraševanja po RFID kartici in vsako pravilno branje kartice označili z vklopom modre LED diode.
Strojna oprema
RFID ali radio-frekvenčna identifikacija
RFID se je pričel razvijati v štiridesetih letih prejšnjega stoletja, predvsem v identifikacijskih sistemih vojske. Razvoj se je naslanjal na že poznano delovanje radarskih sistemov, in sicer z zamislijo, da bi z usmerjenim radarskim snopom dobili prepoznaven povratni signal, podobno kot so z radarskim presekom prepoznavali tipe letal. Še dandanes pasivni RFID sistemi delujejo po enakem principu, in sicer čitalnik je »radarska antena«, medtem ko si lahko kartico predstavljamo kot tarčo. Ker radarski signal nosi določeno energijo, ta v anteni sprejemnika inducira napetost, ki zbudi mikročip, le-ta pa se odzove na vhodno polje in čitalnik lahko interpretira povraten signal v obliki spremenjenega RF polja. Oznake so se začele pojavljati v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja in se nenehno izpopolnjujejo že 30 let.
Radio-frekvenčna identifikacija (ang. Radio Frequency IDentification, kratica RFID) predstavlja brezžični prenos podatkov med čitalnikom in elektronsko napravo (tag oz. oznaka, kartica, nalepka, itd.) za potrebe identifikacije, plačevanja in podobno. V oznako ali kartico je vgrajen majhen mikročip, ki je povezan z anteno, s to pa mikročip demodulira ali modulira radijski signal. Ta signal sprejema RFID čitalnik, z njegovo interpretacijo pa je mogoče opravljati identifikacijo, plačevanje, itd.
Na trgu obstaja več različnih RFID sistemov, a se navadno delijo glede na vrsto napajanja (aktivni in pasivni), kot tudi po načinu prenosa informacij (induktivni in magnetni):
Pasivni RFID element smo na kratko že predstavili, a če ponovimo, je pasiven člen sestavljen iz mikročipa in antene. Energijo, potrebno za delovanje mikročipa, pridobimo s pomočjo inducirane napetosti v anteni. Zaradi enostavnosti so ti elementi zelo majhni in sila poceni.
Aktivni RFID element pasivnemu dodaja še lastno napajanje. Prednosti vidimo predvsem pri izgradnji lastnega polja, kar poveča domet in izhodno moč, a na račun višje cene in večjih dimenzij.
Induktivni RFID se pri prenosu podatkov naslanja na znan fizikalen pojav magnetne indukcije. Podobno, kot pri transformatorju, imamo dve induktivno sklopljeni tuljavi, kjer tok skozi prvo tuljavo povzroči spreminjajoči se magneti fluks, ki na priključnih sponkah sekundarne tuljave inducira napetost. Čez palec je dolžina delovanja tega sistema 0,16 kratnik valovne dolžine, kar pomeni, da z večanjem frekvence polja, pada tudi razdalja oz. odmaknjenost kartice od čitalnika. Podatki se prenašajo s spreminjanjem bremena na sekundarni tuljavi oz. z uporabo bremenske modulacije.
Elektromagnetni RFID pri komunikaciji uporablja elektromagnetne valove. Čitalnik oddaja EM valove, a RFID element začne (ko se zbudi) frekvenčno spreminjati odbiti signal. Na ta način dobimo moduliran signal, pojav pa imenujemo modulacijski odboj. Konkretno za naš primer se pri oddajanju uporablja ASK modulacija (modificiramo Milerjevo kodiranje), medtem ko se odziv RFID čipa povratno prenese na čitalnik s spremembo bremena ali t.i. bremenske modulacije BPSK.
RFID-RC522
Za potrebe članka sem izbral MIFIRE RC522 RFID [1] čitalnik kartic in oznak, katerega brezstična komunikacija uporablja frekvenco 13,56 MHz. NXP je dizajniral mikrokontroler kot nizko-cenovni, kompaktni bralno-pisalni čip, z nizko porabo energije, torej predstavlja dobro izbiro pri razvoju prenosnih naprav. Slika 1 prikazuje izbrani RFID čitalnik.
PSTM32F4-Discovery – Od začetnika do poznavalca (14) – RFID čitalec_(1)
2016_SE246_41
