代码收藏家技术教程 2023-10-26

智能门禁项目中的物联网射频识别与RFID开发

补充：学习路径

一。项目介绍及需求分析

1.酒店智能门禁使用场景介绍

1.客人入住

        客人在前台办理入住手续，前台管理员通过门禁管理系统为客户开一张门禁卡

        客户持卡到相应客房，用IC
卡刷卡开门

        客人过了入住时间后，卡自动失效，刷卡不能再次开门

2.酒店管理

        客房服务需要一张没有时间限制，且能打开多个房门的卡

        酒店经理需要一张没有时间限制，且能打开所有房间的卡

2.酒店智能门禁需求

需要两个器件，客房门禁读写器需求、前台读写器分析需求。

1.客房门禁读写器需求分析

        普通客房卡：根据房间号和时间判断是否允许开锁

        客房服务卡：所在楼层所有房门允许开锁

        酒店经理卡：所有房门无条件开锁

        开锁超过一定时间，房门关闭状态下，自动上锁

        开锁后，检测到门打开又关闭后，自动上锁

        读写器的房间号（含楼层）由授权卡和普通客房卡设置

        读写器的时间由时间卡设置

        黑名单：由黑名单设置卡设置，对名单中的卡一律不响应（可选）

        低功耗的需求

2.前台读写器需求分析

        可以发出带房号和入住截至时间的普通客房卡

        可以发出酒店经理卡、客房服务卡等管理卡

        可以发出门锁时间设置卡、授权卡、黑名单设置卡等功能卡

        所有发卡信息均来自上位机

二。项目实现方案（门禁读写器）

1.硬件实现方案

首先需要读写器（天线，对鞋芯片），需要实时时钟（RTC），需要存储数据（flash存储），需要一些响应（指示灯，蜂鸣器），需要一些差错的管理（闭门检测）。

        嵌入式MCU
选主流的通用
MCU
即可，比如
STM32F103
，
STM3F051
系列等，内部带
RTC
， FLASH，如果考虑电池供电特点，最理想的是
STM32
的低功耗系列。

        RFID读写芯片，有很多选择，比如
NXP
的
RC531
、
RC522
、
CLRC663
、
PN532
等，
ST
公司的 ST25R3911B，国产的
FM17550
、
Si522
等，因为卡使用的是
NXP
的
Mifare S50
，选性价比比较高的RC522
或
Si522
即可，结合课程提供的硬件，选用
RC522
，天线使用
PCB
板载天线。

        开锁装置为驱动舵机实现，0
度上锁，
90
度开锁。

        闭门检测，使用一个到位开关即可，结合课程提供的硬件，使用使用一个按键模拟。

2.软件实现方案（方案流程图）

（1）主流程

（2）读写任务流程（对卡的读写）

（3）门锁控制任务流程（门应答卡的操作）

三。项目实现方案（前台读写器）

1.硬件实现方案

2.软件实现方案

3.前台读写器串口通信协议（通信约定）

1.通信约定

（1）波特率：115200bps

（2）数据格式：8，n，1

2.数据基本格式

帧头：
PC
到读写器为
55h
，读写器应答为
AAh
。

长度：长度字段之后所有数据字节数

ECC
校验：前面所有字节异或和

3.PC机先发送，读写器应答

4.命令列表

块数据解析

        房间编号：6
字节
ASCII
码格式，前
2
字节为楼层号，后
4
字节为房间号，比如
3
层
18
号房间， “030018”，对应
ASCII
码：
303330303138h

        时间：BCD(
二进制编码的十进制
)
码，格式：
YYMMDDhhmmss
，例如
2030
年
5
月
24
日
15:32:00
，

        编码为：300524153200h

        授权卡默认密码：FFh FFh FFh FFh

        校验和：前面15
字节的异或和

4.S50卡存储规划

        存储区：第1
扇区的第
0
块，块编号：
04

        密钥使用方案：KeyA
认证，将块
7
的控制字修改成
011b
，
KeyB
可修改，
(
实验保险起见，
KeyB
仍保持默认)

        修改密钥和存取权限

        统一密钥方案：KeyA
统一修改为一个固定密钥，如
75767778797Ah(
实验中采用的方式
)

        一卡一密方案：KeyA
统一使用
4
字节卡
UID
扩展成
6
字节与特殊
6
字节数按字节异或

        块7
控制字：
75767778797A 7F078869 FFFFFFFFFFFF

四。RC522驱动（我对驱动的了解不多，目前只能对寄存器做一些操作）

1.RC522简介

（1）MFRC522
是一款高度集成的
13.56MHz
非接触通信读写
IC

   1.支持ISO/IEC 14443 A/MIFARE
和
NTAG

   2.典型的操作距离可达50 mm

   3.支持I2C, SPI, UART
三种接口

4.与卡最高的传输速率可达848kbps

5.有64
字节
FIFO
缓冲区用于收发

   6.内部灵活的中断模式

7.硬件复位和低功耗模式

8.有软件模式的低功耗

9.可编程的定时器

10.CRC协处理器

   11.2.5V到
3.3V
供电

（2）硬件结构图

2.RC522Demo板接口介绍

硬件原理图

PB15 对应SPI2_MISO

PB14 对应SPI2_MOSI

PB13 对应SPI2_SCK

PB12 对应SPI2_NSS

3.RC522的SPI接口介绍

SPI接口：

1.工作在从模式

2.最高通信速率：10Mbit/s

3.字节序：MSB
（高位在先）

4.数据上升沿稳定，下降沿可变，上升沿采样（对应STM32 SPI
极性模式
0
，相位模式：第一个边沿采样）

5.SPI读时序

4.RC522的寄存器

寄存器总结

        CommandReg
启动和停止命令的执行

        ComlEnReg, DivIEnReg 中断使能设置

        ComIrqReg
, DivIrqReg
中断请求标志

        ErrorReg
错误标志，指示执行的上个命令的错误状态

        Status1Reg, Status2Reg
包含各种状态标志

        FIFODtataReg
64
字节
FIFO
缓冲区的输入和输出数据

        FIFOLevelReg
指示
FIFO
中存储的字节数

        WaterLevelReg FIFO水位寄存器

        ControlReg
控制定时器等寄存器

        BitFramingReg 面向位的帧的调节

        CollReg RF 接口上检测到的第一个位冲突的位的位置

        ModeReg 定义发送和接收的常用模式

        CRCResultReg 储存
CRC
运算结果，高
8
位和低
8
位
2
个

        TModeReg 设置定时器模式和预分频系数的高
4
位

        TxASKReg 发送调制设置

        TPrescalerReg 定时器预分频系数的低
8
位

        TReloadReg 定时器重载寄存器，有高
8
位和低
8
位
2
个

        TCounterValReg 存放定时器的当前值，有高
8
位和低
8
位
2
个

补充：对部分寄存器的介绍

（1）CommandReg寄存器

RcvOff:
模拟接收部分是否关闭，
0
不关闭，
1
关闭

PowerDown:
进入
/
退出软件掉电模式，
0
退出，
1
进入

Command: 4bit
命令字

（2）ComIEnReg寄存器

IRqInv: IRQ
引脚上的信号是否和
Status1Reg
中的
IRq
位相反

TxIEn~TimerIEn: 1
使能中断，对应的中断是否反应到
IRQ
引脚上

（3）DivlEnReg寄存器

IRQPushPull: 1 IRQ
引脚是标准
CMOS
输出，
0 IRQ
引脚开漏输出

MfinActIEn: 1
使能中断，允许
MFIN
活动中断反应到
IRQ
引脚

CRCIEn: 1
使能中断，允许
CRC
中断反应到
IRQ
引脚

（4）ComlrqReg寄存器

Set1:
写入时，设置选中的位的状态，
0
被选中的位复位，
1
被选中的位置位

TxIRq~TimerIRq:
对应的中断是否发生，
0
否，
1
是

（5）DivlrqReg寄存器

Set2:
写入时，设置选中的位的状态，
0
被选中的位复位，
1
被选中的位置位

MfinActIRq: 1 MFIN
是活动的

CRCIRq: 1 CalcCRC
命令运行且所有的数据已经被处理

（6）ErrorReg寄存器

WrErr:
认证时向
FIFO
中写数据，引发此错误，
1
表示出错，
0
未出错，下同

TempErr:
过热（芯片温度超过
125
℃）报警

BufferOvfl: FIFO
溢出错

CollErr:
检测到位冲突

CRCErr:
接收数据的
CRC
错

ParityErr:
接收数据的奇偶校验错

ProtocolErr:
帧格式错

（7）Status1Reg寄存器

CRCOk: 1 CRC
结果为
0
，发送和接收对
CRC
的验证，通过
ErrorReg
的
CRCErr
位指示，这个状

态位只用于指示
CRC
运算过程，计算结果正确置
1

CRCReady: CRC
计算完成

IRq:
有被使能的中断发生，使能中断见：
ComIEnReg
和
DivIEnReg
寄存器

TRunning: 1
定时器在运行

HiAlert: 1 FIFO
缓冲区中的数据字节数大于等于
(64-
水位字节数
)
报警

LoAlert: 1 FIFO
缓冲区中的数据字节数小于等于水位字节数报警

（8）Status2Reg寄存器

TempSensClear:
为
1
时，芯片温度在
125
℃以下会自动清除过热报警
TempErr

I2CForceHS : I2C
输入过滤设置

MFCrypto1On :
指示
MIFARE Crypto1
单元开启，在认证命令成功后置位

ModemState[2:0] :
指示当前发送接收状态

（9）FIFODataReg寄存器

（10）FIFOLevelReg寄存器

FlushBuffer:
写入
1
，清除
FIFO
中的数据

FIFOLevel[6:0]: FIFO
中数据字节数

（11）WaterLevelReg寄存器

WaterLevel[5:0]:
定义水位字节数

（12）ControlReg寄存器

TStopNow:
写入
1
，定时器立刻停止

TStartNow:
写入
1
，定时器立刻启动

RxLastBits[2:0]:
接收的最后
1
字节数据有效位，如果时
000b
，则整个字节有效

（13）BitFrameingReg寄存器

StartSend:
写入
1
，开始数据发送，仅在
Transceive
命令有效

RxAlign[2:0]:
基于位防冲突帧中接收的第一位的位置

TxLastBits[2:0]:
发送最后
1
字节的位数，
000b
意味着发送所有位

（14）CollReg寄存器

ValuesAfterColl: 0
所有接收到的位在发生冲突后被清零

CollPosNotValid: 1
没有发生冲突或者发生冲突的位置超出
CollPos[4:0]
的范围

CollPos[4:0]:
第一个发生位冲突的位置。例如
00h
表示在
32
位发生位冲突，
08h
表示在第
8
位

发生位冲突

（15）ModeReg寄存器

MSBFirst: 1 CRC
计算时，
MSB
在先

TxWaitRF: 1
仅在
RF
场产生后才发送

PolMFin:
定义
MFIN
脚有效极性，
0
低有效，
1
高有效

CRCPreset[1:0]:
定义
CRC
协处理器预置值，
00b
表示
0000h,
01b
表示
6363h, 10b
表示
A671h
，
11b
表示
FFFFh

（16）CRCResultReg寄存器

CRC
计算结果的高、低两个字节，仅在
Status1Reg
寄存器的
CRCReady
位置
1
时有效

（17）TModeReg寄存器

TAuto: 1
在发送完成后，定时器自动启动

TGated[1:0]:
定时器工作在何种门模式设定，
00b
不启动门模式，
01b
由
MFIN
脚启动门模

式，
10b
由
AUX1
脚启动门模式，
11
保留

TAutoRestart: 1
当定时器倒计时到
0
以后，自动重新按重载寄存器中的值计数；
0
定时器倒

计时到
0
后，
ComIrqReg
寄存器的
TimerIRq
位置
1

TPrescaler_Hi[3:0]:
预分频值的高
4bit
，与
TPrescalerReg
寄存器中的
8bit
，组成
12bit
的预

分频值
TPreScaler
。当
DemodReg
寄存器的
TPrescalEven
位为
0
，则定时器的分频后频率

为：
ftimer = 13.56 MHz / (2
TPreScaler+1)
，如果
TPrescalEven
位为
1
，则
ftimer = 13.56

MHz / (2
TPreScaler+2)

（18）TxASKReg寄存器

Force100ASK: 1
强制
100% ASK
调制

（19）TPrescalerReg寄存器

（20）TReloadReg寄存器

（21）TReloadReg寄存器

5.RC522的命令

RC522主要命令介绍：

1.IDLE
命令，
MFRC522
处于空闲模式。该命令也用来终止实际正在执行的命令。

2.CALCCRC
命令，
FIFO
的内容被传输到
CRC
协处理器并执行
CRC
计算这个命令必须通过向命令寄存器写入任何一个命令（如空闲命令）来软件清除。

3.TRANSMIT
命令，发送
FIFO
的内容。在发送
FIFO
的内容之前必须对所有相关的寄存器进行设置。该命令在 FIFO
变成空后自动终止。

4.RECEIVE
命令，该命令在接收到的数据流结束时自动终止。

5.TRANSCEIVE
命令，该循环命令重复发送
FIFO
的数据，并不断接收
RF
场的数据。第一个动作是发送，发送结束后命令变为接收数据流。

6.MFAUTENT
命令，该命令用来处理
Mifare
认证以使能到任何
Mifare
普通卡的安全通信。在命令激活前以下数据必须被写入 FIFO
：认证命令码，块地址，秘钥，序列号。该命令在
Mifare
卡被认证且 Status2Reg
寄存器的
MFCrypto1On
位置位时自动终止。

7.SOFTRESET
命令，所有寄存器都设置成复位值。命令完成后自动终止。

6.RC522的操作方法

1.
清除相关的状态位和错误标记位

2.
待发送的数据放入
FIFO

3.
如果最后
1
字节不是全部发送，设置发送位的数目

4.
启动
TRANSCEIVE
命令

5.
查询状态，等待接收结束

6.
从
FIFO
中取出卡反馈的数据

五。RC522如何操作S50卡

1.Mifare S50卡操作回顾

首先响应数据，之后防冲突，选卡，最后数据的传输。

补充：S50卡操作命令

2.RC522的驱动组成

使用分层结构，用户使用的是卡操作命令接口

1.14443-A命令，MF1卡命令

2.RC522命令

3.通用寄存器读写

4.SPI驱动：收发数据

3.RC522操作实例

1.Cubemx配置

时钟，SPI接口，打印串口

2.寄存操作驱动分析

3.底层命令驱动分析

PcdComMF522（）函数

4.应用层操作接口函数分析

PcdRequest（）函数

PcdAnticoll（）函数

总之：

在keil工程中，使用公司提供的库，调用。

根据上述设定的流程图，书写代码

六。PN532驱动

1.PN532简介

1.一款基于
8051
单片机核心，高度集成的非接触式收发模块

2.它支持
6
个不同的操作模式：
(
手机既能做读卡器也能模拟卡的秘密
)

        ISO/IEC14443A/MIFARE 读
/
写器

        FeliCa 读
/
写器

        ISO/IEC 14443B 读
/
写器

        ISO/IEC14443A MIFARE卡模拟模式

        FeliCa卡模拟模式

        ISO/IEC 18092 ECMA 340点对点

3.对外支持3
种接口：

        I2C

        SPI

        HSU, (Serial High Speed UART) 高速
UART
口

原理图

2.PN532操作Mifare卡的正确方法

HSU交互的帧格式

1.前序，
PREAMBLE 1
字节，
00h

2.开始码，
START CODE 2
字节，
00h FFh

3.数据长度，
LEN
，
1
字节，数据区字节数
(TFI and PD0 to PDn)
，最大
255

4.长度校验，
LCS
，
1
字节，
LEN
的校验和，
[LEN + LCS] = 00h

5.帧
ID
，
TFI
，
1
字节，根据消息方向取值

D4h 表示主机
==>PN532

D5h 表示
PN532 ==>
主机
DATA

6.包数据，
Package Data
，
LEN-1
字节的包数据，
PD0
是命令码

7.数据校验码，
DCS
，
1
字节，
[TFI + PD0 + PD1 + … + PDn + DCS] = 00h, 尾序，POSTAMBLE
，
1
字节，
00h