ماژول خوانندهٔ RFID RC522

کارت‌های پارکینگ، کارت‌های بانکی بی‌تماس و کلیدهای ساختمان‌ها همه یک تکنولوژی مشترک دارند: RFID — شناسایی با فرکانس رادیویی (Radio Frequency Identification). شما کارت را نزدیک خواننده می‌گیرید، بدون تماس و بدون باتری، هویت کارت خوانده می‌شود. ماژول RC522 رایج‌ترین خوانندهٔ آموزشی این خانواده است و با آردوینو، قفل درب الکترونیکی، سیستم حضور و غیاب یا صندوق امن می‌سازد. در این درس می‌فهمید کارت بدون باتری چطور جواب می‌دهد، RC522 را با SPI سیم‌کشی می‌کنید و شناسهٔ یکتای کارت‌ها را می‌خوانید.

اصول کار: خواننده و تگ غیرفعال

سیستم RFID دو بخش دارد: خواننده (Reader) و تگ (Tag). RC522 روی فرکانس ۱۳٫۵۶ مگاهرتز کار می‌کند و استاندارد آن ISO/IEC 14443A است — همان استاندارد کارت‌های MIFARE شرکت NXP.

جادوی «کارت بدون باتری» به القای الکترومغناطیسی برمی‌گردد: خواننده یک میدان مغناطیسی متغیر می‌سازد؛ کویل کوچک داخل کارت از همین میدان انرژی می‌گیرد و با همان انرژی، تراشهٔ خودش را بیدار و شناسه‌اش را رادیویی برمی‌گرداند. به چنین تگی تگ غیرفعال (Passive Tag) می‌گویند: بی‌باتری، بی‌دست‌ساز، با عمر عملاً نامحدود — اما فقط در برد کوتاه چند سانتی‌متری.

داخل کارت دو چیز مهم هست: UID — شناسهٔ یکتا (Unique Identifier) — که هنگام ساخت کارخانه‌ای ثبت شده و در کارت‌های ساده تغییرناپذیر است؛ و حافظهٔ بخش‌بندی‌شده (Sectors) که می‌توانید دادهٔ دلخواه در آن بنویسید و با کلید محافظت کنید. در این درس فقط UID را می‌خوانیم؛ نوشتن روی حافظهٔ کارت مبحث درس‌های بعدی است.

رابط SPI

RC522 با آردوینو روی گذرگاه SPI حرف می‌زند. اگر با SPI و نقش پین‌های MOSI و MISO و SS کار نکرده‌اید، اول درس پروتکل SPI را ببینید و برگردید؛ آنجا می‌بینید که روی Uno این خطوط پین‌های ۱۱ تا ۱۳ هستند و هر دستگاه به یک خط انتخاب جداگانه (SS) نیاز دارد.

پین‌ها و سیم‌کشی

نصب کتابخانه

1. در Arduino IDE به Tools ← Manage Libraries بروید (یا آیکن کتابخانه در نوار کناری).
2. عبارت MFRC522 را جست‌وجو کنید.
3. بستهٔ MFRC522 از GithubCommunity (مخزن miguelbalboa) را نصب کنید. اگر پنجرهٔ وابستگی‌ها باز شد، Install all بزنید.
4. برای تأیید، منوی File > Examples باید مثال‌های MFRC522 را نشان دهد.

اسکچ کامل: خواندن UID کارت

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

#define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9

MFRC522 rfid(SS_PIN, RST_PIN);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  SPI.begin();
  rfid.PCD_Init();
  Serial.println("Place your card near the reader");
}

void loop() {
  // Wait for a new card
  if (!rfid.PICC_IsNewCardPresent()) return;
  if (!rfid.PICC_ReadCardSerial()) return;

  Serial.print("Card UID:");
  for (byte i = 0; i < rfid.uid.size; i++) {
    Serial.print(" ");
    if (rfid.uid.uidByte[i] < 0x10) Serial.print("0");
    Serial.print(rfid.uid.uidByte[i], HEX);
  }
  Serial.println();

  rfid.PICC_HaltA();
}

توضیح نکته‌های تازه:

1. rfid.PCD_Init() — خود خواننده راه‌اندازی می‌شود؛ PCD نام استانداردِ «خواننده» و PICC نام استانداردِ «کارت» در ISO 14443 است.
2. دو بررسی اول در loop — اگر کارت تازه‌ای جلوی خواننده نیست، بقیهٔ حلقه اجرا نمی‌شود؛ این الگوی «زود برگرد» برنامه را پاسخگو نگه می‌دارد.
3. rfid.uid.size و uidByte[i] — شناسه معمولاً ۴ بایت است؛ حلقه تک‌تک بایت‌ها را می‌گیرد و با آرگومان HEX در Serial.print به شکل شانزده‌دهی چاپ می‌کند.
4. if (uidByte[i] < 0x10) Serial.print("0"); — بایت‌های کوچک‌تر از ۱۶ با یک صفر ابتدایی چاپ می‌شوند تا عرض ستون‌ها یکنواخت بماند (مثلاً 0A به‌جای A).
5. PICC_HaltA() — کارت را برای این خواننده ساکت می‌کند تا هر کارت در هر دور حلقه فقط یک‌بار خوانده شود.

کارت را نزدیک خواننده بگیرید. خروجی سریال مانیتور چنین است (UID هر کارت یکتاست؛ این نمونه است):

هر کارت UID مخصوص خودش را دارد؛ همان رشتهٔ چاپ‌شدهٔ کارت‌تان را یادداشت کنید — در تمرین بعدی به آن نیاز دارید.

قفل کنترل دسترسی با UID

قلب هر سیستم دسترسی، مقایسهٔ UID خوانده‌شده با فهرست مجاز است:

// Allowed card UIDs
byte allowedUIDs[][4] = {
  {0xA1, 0xB2, 0xC3, 0xD4},
  {0x12, 0x34, 0x56, 0x78}
};

bool isAllowed(byte *uid) {
  for (int c = 0; c < 2; c++) {
    bool match = true;
    for (byte i = 0; i < 4; i++) {
      if (allowedUIDs[c][i] != uid[i]) { match = false; break; }
    }
    if (match) return true;
  }
  return false;
}

در loop پس از خواندن UID، به‌جای چاپ ساده این را صدا بزنید: اگر true شد پیام Access granted و در غیر این صورت Access denied چاپ شود، و خروجی یک LED یا رله را هم بدهید. حواستان باشد UID «رمز» نیست و از کارت‌های خام قابل جعل است؛ این طرح برای آموزش و قفل‌های کم‌ریسک مناسب است، نه ورود به گاوصندوق.

اشتباهات رایج و عیب‌یابی

تمرین‌ها

const int ledPin = 6;
pinMode(ledPin, OUTPUT);  // in setup()

// in loop(), after reading the UID:
if (isAllowed(rfid.uid.uidByte)) {
  Serial.println("Access granted");
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  delay(2000);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
} else {
  Serial.println("Access denied");
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    delay(150);
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    delay(150);
  }
}

::: :::

خلاصه

• RFID با میدان ۱۳٫۵۶ مگاهرتز و استاندارد ISO/IEC 14443A کار می‌کند؛ تگ غیرفعال انرژی‌اش را القایی از خواننده می‌گیرد و بی‌باتری است.
• RC522 با تراشهٔ MFRC522 روی SPI حرف می‌زند و تغذیه‌اش فقط ۳٫۳ ولت است — ۵ ولت آن را می‌سوزاند.
• کتابخانهٔ MFRC522 از GithubCommunity در Library Manager نصب می‌شود.
• UID شناسهٔ یکتای هر کارت است؛ خواندنش با PICC_IsNewCardPresent و PICC_ReadCardSerial و چاپش با آرگومان HEX انجام می‌شود.
• کنترل دسترسی یعنی مقایسهٔ UID با فهرست مجاز؛ UID رمز نیست و برای امنیت جدی کافی نیست.

کارتی که مجاز است حالا شناخته می‌شود؛ در درس بعدی با DS3231 به پروژه‌تان حافظهٔ زمان می‌دهید تا بداند «چه ساعتی» کدام کارت خوانده شده است.