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基于 Arduino Uno 和 RFID-RC522 的 RFID 卡号读取技术详解

article 2025/3/3 17:24:59

引言

射频识别（RFID）技术因其非接触式、高效性和低成本的特点，广泛应用于门禁系统、物流管理和智能设备等领域。本文将通过 Arduino Uno 和 MFRC522 RFID 模块，手把手教你实现 RFID 卡号的读取，并提供完整的代码解析和硬件配置指南。

第一部分：硬件介绍

1.1 Arduino Uno

Arduino Uno 是一款基于 ATmega328P 微控制器的开源开发板，具备 14 个数字 I/O 引脚和 6 个模拟输入引脚，是快速原型开发的理想选择。其兼容性强，支持 SPI、I2C 等多种通信协议。

1.2 RFID-RC522 模块

MFRC522 是基于 NXP 芯片的 RFID 读卡器模块，支持 ISO/IEC 14443A 标准的 RFID 卡和标签。

工作频率：13.56 MHz
通信接口：SPI（默认）、I2C、UART
有效读取距离：3~5 cm

第二部分：工作原理

2.1 RFID 技术基础

RFID 系统由读卡器（Reader）和标签（Tag）组成。读卡器通过天线发射电磁波激活标签，标签返回存储的数据（如唯一 UID）。

UID：每张 RFID 卡的唯一标识符（4~7 字节）。

2.2 SPI 通信协议

RC522 模块默认使用 SPI 协议与 Arduino 通信。SPI 的优点是高速、全双工，需要以下引脚：

SCK（时钟）、MOSI（主机输出）、MISO（主机输入）、SS（片选）。

第三部分：实现步骤

3.1 所需材料

Arduino Uno ×1
RFID-RC522 模块 ×1
RFID 卡片或标签 ×1
杜邦线若干

3.2 硬件连接

按照下表连接 Arduino 与 RC522 模块：

RC522 引脚	Arduino Uno 引脚
SDA	10 (SS)
SCK	13
MOSI	11
MISO	12
GND	GND
RST	9
3.3V	3.3V

注意事项：

RC522 必须使用 3.3V 电源，否则可能损坏模块！
确保 SPI 引脚（10~13）未被其他设备占用。

3.3 安装依赖库

在 Arduino IDE 中安装 MFRC522 库：

点击 工具 → 管理库，搜索 MFRC522。
选择最新版本并安装。

第四部分：代码解析

4.1 完整代码

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

#define RST_PIN 9    // 复位引脚
#define SS_PIN 10     // 片选引脚

MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);  // 创建 RC522 实例

void setup() {
  Serial.begin(9600);   // 初始化串口
  SPI.begin();          // 初始化 SPI 总线
  mfrc522.PCD_Init();   // 初始化 RC522
  delay(4);             // 等待模块稳定
  Serial.println("RFID Reader Ready!");
}

void loop() {
  // 检测是否有新卡片
  if (!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) {
    return;
  }

  // 读取卡片 UID
  if (!mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) {
    return;
  }

  // 输出 UID 到串口
  Serial.print("Card UID:");
  dumpByteArray(mfrc522.uid.uidByte, mfrc522.uid.size);
  Serial.println();

  // 停止卡片通信
  mfrc522.PICC_HaltA();
}

// 辅助函数：以十六进制格式输出字节数组
void dumpByteArray(byte *buffer, byte bufferSize) {
  for (byte i = 0; i < bufferSize; i++) {
    Serial.print(buffer[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
    Serial.print(buffer[i], HEX);
  }
}

实物展示：

通过串口监视器查看卡号：

4.2 关键代码解析

初始化阶段
- SPI.begin()：启动 SPI 总线通信。
- mfrc522.PCD_Init()：配置 RC522 的寄存器，使其进入工作状态。
卡片检测逻辑
- PICC_IsNewCardPresent()：通过天线检测是否有新卡片进入磁场范围。
- PICC_ReadCardSerial()：读取卡片的 UID 和 SAK（选择应答）信息。
UID 输出
- uid.uidByte：存储卡片 UID 的字节数组（例如 0x01 0xFE 0xA3 0x1B）。
- dumpByteArray()：将字节数组转换为十六进制字符串，便于人类阅读。

第五部分：应用场景

5.1 门禁系统

将合法卡片的 UID 存储在 Arduino 的 EEPROM 中，当读取到匹配的 UID 时，控制继电器打开电磁锁。

5.2 资产追踪

结合 LCD 屏幕和 SD 卡模块，记录 RFID 标签的扫描时间和位置。

5.3 交互式项目

制作一个“魔法书”道具，当特定 RFID 卡片靠近时，触发音效或灯光效果。

第六部分：常见问题与解决

6.1 无法读取卡片

检查电源：确保 RC522 使用 3.3V 供电。
调整距离：卡片需贴近读卡器（<5cm）。
验证接线：重点检查 SDA（SS）、SCK、MOSI、MISO 是否接触良好。

6.2 串口输出乱码

确认串口波特率设置为 9600。
检查是否有多个程序占用串口。

6.3 扩展多张卡片

在代码中添加 UID 比对逻辑：

byte authorizedUID[4] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04}; // 合法卡片 UID
if (memcmp(mfrc522.uid.uidByte, authorizedUID, 4) == 0) {
  Serial.println("Access Granted!");
}

通过本文，您已经掌握了使用 Arduino Uno 和 RC522 模块读取 RFID 卡号的核心技术。此项目不仅适合物联网入门学习，还可作为更复杂系统（如智能家居控制、仓储管理）的基础模块。下一步可以尝试结合 Wi-Fi 模块（如 ESP8266）将 UID 数据上传到云端，或设计基于 UID 的个性化交互逻辑。

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