RFID-KIT mit Mifare RC522 Empfänger
| Autor: | Niklas Reeker |
| Studiengang: | Business and Systems Engineering |
| Modul: | BSE-M-2-1.03, Hausarbeit in Angewandte Informatik gehalten von Prof. Dr.-Ing. Schneider |
| Semester: | Sommersemester 2024 |
| Abgabetermin: | 28.07.2024 |
Einführung
In diesem Artikel wird die Verwendung des RFID-KITs mit einem Mifare RC522 Empfänger näher erläutert. RFID (Radio Frequency Identification) ist eine Technologie zur drahtlosen Identifikation und Authentifizierung von Objekten mittels Radiowellen. Das Mifare RC522 Modul ermöglicht es, RFID-Tags zu lesen und zu schreiben, und wird häufig in Zugangskontrollsystemen, Bibliothekssystemen und bei der Verfolgung von Gegenständen eingesetzt.
Der Artikel gibt einen Überblick über die grundlegenden Komponenten des RFID-KITs, erklärt die Funktionsweise des Mifare RC522 Empfängers und beschreibt detailliert, wie das Modul in verschiedenen Projekten integriert und programmiert werden kann. Ziel ist es, dem Leser dieses Artikels eine umfassende Anleitung zur erfolgreichen Implementierung von RFID-Lösungen mit dem Mifare RC522 zu bieten.
Aufgabenstellung
Lesen Sie mit dem RFID Lesegerät die Daten der RFID Karte und des RFID-Tags aus.
| Anforderungen | |||||||||||||||||||||
|
- Thema/Fragestellung: Bestimmen des Messbereichs und Identifikation von RFID-Tags mit dem RFID-KIT und Mifare RC522 Empfänger.
- Hypothese: Die Identifikation und Authentifizierung von RFID-Tags erfolgt im Bereich von 4 cm bis 10 cm zuverlässig und fehlerfrei.
- Einordnung in den Lehrplan: Die Anwendung des RFID-KITs mit Mifare RC522 Empfänger ist relevant für den Bereich der drahtlosen Kommunikation und Automatisierung in der Informatik. Sie bietet praktische Erfahrungen in der Implementierung von RFID-Technologie, die in modernen Zugangskontrollsystemen und Inventarverfolgungssystemen weit verbreitet ist. Anhand dieses Praxisbeispiels werden in der Lernveranstaltung "Angewandte Informatik" folgende Lernziele vermittelt:
- mit der Versionskontrolle SVN nachhaltig Quelltext entsprechend der Programmierrichtlinien schreiben, sichern, kollaboriert bearbeiten und Konflikte lösen.
- in einer mathematisch orientierten Systax (z. B. MATLAB®) mit Vektoren und Matrizen rechnen, Programmteile in Funktionen auslagern, Zweige und Scheifen programmieren, Daten importieren und visualisieren.
- die Mikrocontrollerplattform Arduino modellbasiert mit Simulink programmieren, so dass Sensoren eingelesen und Aktoren angesteurt werden können.
Des Weiteren wird ein tiefes Verständnis für die Sensortechnologie und ein Aufbau von einer Schaltung mit dieser gelehrt.
Projektbeschreibung
Ein RFID-Empfänger besteht aus einer Kupferspule, die ein magnetisches Feld erzeugt. Der RFID-Tag, der ebenfalls eine Kupferspule enthält, nutzt dieses Magnetfeld, um eine Spannung zu induzieren, die den integrierten Chip im Tag aktiviert. Der aktivierte Chip sendet dann einen einzigartigen Code per Funk aus. Da der Tag die Energie aus dem Magnetfeld des Empfängers bezieht, benötigt er keine eigene Stromversorgung. Diese Technik ermöglicht eine einfache und wartungsfreie drahtlose Identifikation und Authentifizierung von Objekten.
Im nachfolgenden ist eine Liste mit den zum Aufbau der Schaltung benötigten Komponenten dargestellt:
| # | Anzahl | Material |
|---|---|---|
| 1 | 1 | PC mit MATLAB/Simulink R2023b |
| 2 | 1 | RFID-KIT mit Mifare RC522 Empfänger |
| 3 | 1 | LCD Modul 16x02 I2C |
| 4 | 1 | Arduino Uno R3 |
| 5 | 1 | Streckbrett |
| 6 | 5 | Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm |
Beschreibung Funktionsweise der verwendeten Hard- und Software
- Arduino Uno R3
- RFID-KIT mit Mifare RC522 Empfänger
- Simulink R2023b
Technische Daten
| Messbereich | 0 ° .. 180 ° |
| PWM-Modulation | analog |
| PWM-Pulszykluszeit | 20 ms |
| PWM-Pulsweite | 500-2400 ms |
| Versorgungsspannung | 4.0 V .. 7.2 V |
| Versorgungsstrom | 20 mA |
| Geschwingigkeit | 0,12 s/60 ° (@4,8 V, lastfrei) |
| Drehmoment | 1,5 kg/cm (@4,8 V) |
| Gewicht | 9 g |
| Getriebe | Kunststtoff |
| Arbeitstemperatur | 0 °C .. +55 °C |
| Abmessungen | 22,2 mm x 11,8 mm x 31 mm |
Pinbelegung
| Pin | Belegung | Signal |
|---|---|---|
| 1 | Versorgungsspannung VCC | 5 V |
| 2 | Triggereingang | TTL-Pegel |
| 3 | Echo, Ausgang Messergebnis | TTL-Pegel |
| 4 | Masse (GND) | 0 V |
Versuchsaufbau und Durchführung
Versuchsaufbau
Der Versuchsaufbau wird durch einen Schaltplan (Abb. 2), Anschlussplan (Abb. 3) und Foto des Aufbaus (Abb. 4) dokumentiert.
Versuchsdurchführung
Das Modell zur Datenverarbeitung wurde gemäß Abb. 5 in Simulink aufgebaut. Die Messdaten wurden aufgezeichnet. Ein Video der Versuchsdurchführung findet sich hier.
Modelleinstellungen: Arduino Uno, Solver: Fixed-step, discrete, Abtastrate: 0,001 s
Versuchsbeobachtung
Das Signal des Sensors weist alle 40 ms systematische Ausreisser auf (vgl. Abb. 6, rote Kurve).
Auswertung
Die Messhypothese wurde verworfen. Der Sensor weist systematische Messwertausreisser auf.
Die Ausreisser lassen sich mit einem Signalfilter eliminieren. Hierzu eignet sich ein Rangordnungsfilter (z. B. Median-Filter). Das Filter wird hierzu auf eine Fensterbreite von 30 Werten eingestellt. Das zufriedenstellende Filterergebnis für statische Werte zeigt Abb. 6 als blaue Kurve. Es konnte mit dynamische Werten verifiziert werden (vgl. Abb. 7). Das Datenblatt ([2, S. 6]) belegt die Messungen und bezeichnet die Messausreisser als "instabile Ausgabe" für maximal 5 ms alle 40 ms. Mit 50 Werten erhöht sich die Filterwirkung, es entsteht jedoch ein Delay von 10 ms. Mit 10 Werten ist die Filterwirkung zu gering.
Zusammenfassung und Ausblick
- Zusammenfassung der Kapitel 1-4
- Diskussion der Ergebnisse
- Ausblick
- Selbstreflexion/Lessons learned
Ergebnisvideo
Binden Sie hier Ihr Ergebnisvideo ein.
Anleitung: Videos im Wiki einbinden
Lernzielkrontrolle
Beantworten Sie in Ihrem Artikel die Lernzielkontrollfragen.
| Lernzielkontrollfragen |
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Literatur
Zitieren Sie nach DIN ISO 690:2013-10.
Anhang
- Datenblätter
- Simulink-Modell
- Originaldateien (PAP, Schaltplan,... )
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