Ir para o conteúdo

RFID e NFC

RFID é identificação por radiofrequência. NFC é uma tecnologia relacionada para alcance muito curto, geralmente na frequência 13.56 MHz.

Em um simples dispositivo DIY, é uma forma de ler um cartão, chaveiro, adesivo ou etiqueta sem contato com fio. Por exemplo, um usuário traz uma etiqueta de carretel de filamento e o dispositivo seleciona o perfil do material.

O principal erro é pensar que “RFID” significa compatibilidade universal. Na prática, você precisa de correspondência de frequência, tipo de tag, microchip leitor, biblioteca, interface, potência e posicionamento da antena, tudo para se alinhar.

Onde é usado

Em projetos do tipo iDryer, RFID/NFC pode ser usado para:

  • identifying a filament spool;
  • selecting a material profile;
  • vincular configurações a uma tag;
  • service access;
  • user action confirmation;
  • consumable tracking;
  • experimenta etiquetas em recipientes, carretéis ou cassetes.

Para a seleção do perfil do material, muitas vezes basta ler o UID do tag e armazenar uma tabela UID -> material. Mas essa abordagem deve ter um substituto manual: se a tag não for lida, o usuário ainda poderá escolher manualmente o perfil.

RFID e NFC em termos simples

RFID é um termo amplo. Inclui diferentes frequências, padrões, faixas e tipos de tags.

NFC geralmente significa comunicação de campo próximo no 13.56 MHz, compatível com parte do ecossistema RFID. NFC é conhecido por cartões bancários, telefones, adesivos NTAG e cartões MIFARE, mas isso não significa que qualquer leitor NFC leia qualquer cartão e quaisquer dados.

Para pequenos dispositivos DIY, os módulos 13.56 MHz são mais comuns:

  • RC522 / MFRC522;
  • PN532;
  • ready-made USB/UART RFID/NFC readers;
  • Módulos NFC com SPI, I2C ou UART.

Existem outros sistemas RFID, como cartões de acesso 13.56 MHz ou RFID UHF. Eles não são compatíveis com módulos NFC 13.56 MHz.

RC522

RC522 é um módulo 13.56 MHz barato e comum para cartões e tags. É frequentemente usado com Arduino e ESP32.

Pros:

  • cheap;
  • many examples;
  • adequado para leitura simples de UID;
  • geralmente se conecta via SPI.

Cons:

  • geralmente funciona apenas com potência e lógica 3.3V;
  • cheap module quality varies;
  • o alcance de leitura é pequeno;
  • o suporte ao tipo de cartão é limitado;
  • fixar SS na placa geralmente significa CS/SDA para SPI, não I2C SDA.

O RC522 funciona se você precisar apenas ler o UID de cartões ou chaveiros do tipo MIFARE a curta distância. Para tarefas NFC mais amplas, o PN532 geralmente é mais conveniente.

PN532

PN532 é um controlador NFC/RFID mais flexível. Muitos módulos PN532 podem funcionar através de:

  • SPI;
  • I2C;
  • UART.

Mas a interface escolhida geralmente precisa ser configurada fisicamente na placa: jumpers, chaves DIP ou solda. Você não pode conectar um módulo via I2C se estiver configurado no modo SPI.

O PN532 é frequentemente escolhido se você precisar de:

  • more interface options;
  • better NFC scenario support;
  • trabalhar com diferentes tipos de tags;
  • Python/CircuitPython/Raspberry Pi scenarios;
  • better documented module.

Mas o PN532 também não é um leitor mágico universal. Você precisa verificar tipos de cartão, biblioteca e modo de funcionamento específicos.

Frequência e tipo de tag

A tag deve corresponder ao leitor.

Antes de comprar tags, verifique:

  • frequency: 13.56 MHz, 125 kHz or other;
  • type: MIFARE Classic, NTAG213/215/216, ISO14443A or other;
  • se você só precisa ler o UID;
  • se você precisa ler/gravar dados personalizados;
  • se a biblioteca escolhida oferece suporte às operações necessárias;
  • se você pode colocar fisicamente a etiqueta em um carretel ou caixa.

Se a tarefa é selecionar um perfil de material, normalmente apenas ler o UID e armazenar o perfil separadamente é mais simples. Escrever dados dentro da tag complica o projeto: você precisa pensar no formato dos dados, compatibilidade, proteção contra gravação e erros de gravação.

UID - Not Security

O UID de um cartão ou etiqueta é conveniente para usar como identificador. Mas o UID não é uma proteção confiável.

Para um perfil em spool, isso é normal: se o UID for conhecido, selecione o perfil. Um erro não é crítico porque o usuário pode verificar o material manualmente.

Para acesso a funções perigosas, modos de serviço ou desbloqueio de um aquecedor, o UID por si só é fraco. Alguns UIDs podem ser copiados ou falsificados e alguns cartões têm limites de segurança conhecidos.

Practical rule:

  • UID é bom para conveniência e identificação de consumíveis;
  • O UID não deve ser a única proteção para modos perigosos;
  • para aquecedores e peças de energia, sempre são necessárias verificações de segurança separadas.

Níveis de potência e lógica

Muitos módulos RFID/NFC são classificados para lógica 3.3V. Isto é especialmente importante para módulos breakout RC522 e PN532.

Verifique:

  • module power voltage;
  • nível lógico em SPI/I2C/UART;
  • se o conselho possui regulador;
  • whether signal lines have level matching;
  • se são necessários resistores pull-up I2C;
  • se é necessário um terreno comum com o controlador.

A presença do pino 5V em uma placa de módulo nem sempre significa que as linhas de sinal toleram 5V. Alguns módulos podem ser alimentados pelo 3.3V através de um regulador, mas a lógica permanece 3.3V.

Connection Interface

An RFID/NFC module can connect via SPI, I2C or UART.

SPI:

  • rápido e comum;
  • requires SCK, MOSI, MISO, CS;
  • no RC522, o pino CS geralmente significa CS;
  • importante não confundir MISO e MISO.

I2C:

  • usa SCL e SCL;
  • pode compartilhar barramento com outros dispositivos;
  • needs correct pull-up resistors;
  • importante verificar o endereço e o modo do módulo selecionado.

UART:

  • usa RX e RX;
  • RX de um dispositivo vai para RX de outro;
  • conveniente para alguns leitores prontos;
  • precisa de velocidade e protocolo correspondentes.

A conexão RC522 SPI detalhada está na seção prática: Conectando um leitor RFID.

Antena e Estojo

RFID/NFC funciona através de uma antena. Em módulos pequenos, geralmente está impresso diretamente no quadro.

A leitura é afetada por:

  • antenna size;
  • tag orientation;
  • distance;
  • case plastic;
  • metal nearby;
  • fios e linhas de energia próximas;
  • module power;
  • tag type;
  • onde o usuário traz o cartão.

O metal próximo à antena pode piorar drasticamente a leitura. Se o leitor for montado próximo à estrutura metálica, parafusos, tela, fonte de alimentação ou painel de alumínio da impressora, o alcance pode ser muito pior.

Para o caso, é melhor deixar uma zona clara: “traga a etiqueta aqui”. Não espere que a etiqueta em um carretel sempre faça a leitura automática de plástico, ar, eixo, suporte e peças próximas.

Device Logic

A RFID deve melhorar a conveniência e não quebrar o controle.

Lógica normal para um carretel:

  1. User brings a tag.
  2. O dispositivo lê o UID.
  3. O UID é consultado na tabela de perfis.
  4. Se o UID for encontrado, o perfil do material será sugerido.
  5. User can confirm or change profile.
  6. Se o UID não for encontrado ou não for lido, a seleção manual estará disponível.

Bad logic:

  • o dispositivo não pode ser iniciado sem uma tag;
  • unknown tag selects random profile;
  • erro de leitura mantém silenciosamente o perfil antigo;
  • alterações de perfil sem confirmação do usuário;
  • UID é a única proteção para um modo de serviço.

Para um aquecedor, é especialmente importante que a seleção do perfil não ignore os limites de temperatura, sensores e proteção de emergência.

O que verificar antes de comprar

Antes de comprar, verifique:

  • module frequency;
  • supported tag types;
  • interface: SPI, I2C, UART, USB;
  • power voltage;
  • logic levels;
  • disponibilidade de correspondência de nível;
  • disponibilidade de documentação e pinagem;
  • como a interface é selecionada no quadro;
  • se existe uma biblioteca para o seu controlador;
  • antenna size;
  • tipo e tamanho da etiqueta;
  • intervalo esperado em um caso real;
  • se a seleção manual de fallback é possível.

Para um primeiro projeto, escolha um módulo com boa documentação e exemplos, não o mais barato sem esquema.

Erros típicos

  • comprei cartão 13.56 MHz para leitor 13.56 MHz;
  • conectou 5V RC522 à alimentação ou lógica 5V;
  • peguei o pino SDA em RC522 para I2C SDA;
  • misturou MISO e MISO;
  • forgot CS/SS in SPI;
  • configure uma interface no PN532 com jumpers, mas conecte uma diferente;
  • não colocou pull-ups I2C onde necessário;
  • put antenna near metal;
  • testei a leitura na bancada, mas não testei no caso;
  • tornou o RFID a única maneira de selecionar o perfil;
  • use UID como proteção de acesso confiável;
  • não lidou com a situação de "tag não lida".

Ponto Principal

RFID/NFC é útil para identificação de carretel, seleção de perfil de material e entrada simples de serviço. Mas não é um leitor universal para nenhum cartão e nem um sistema de segurança confiável por si só.

Primeiro escolha a frequência e os tipos de tag, depois o módulo, a interface, a potência e a localização da antena. Em seguida, teste a leitura em um caso real e definitivamente mantenha a seleção manual de substitutos.

Reference Materials