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RFID: Identificación por RF

RFID: Identificación por RF

 

 

    • Presentar los RFID.
    • Comprender su utilidad.
    • Conectando un sensor RFID sencillo a Arduino.

 

Material requerido.

Identificando elementos

 

Hay cosas que nos parecen tan normales que al final ni siquiera reparamos en ellas, porque nos parece que no hay otra manera de hacer las cosas, o simplemente porque no dedicamos un minuto a pensar en cosas que damos por supuestas.

Por ejemplo, nos parece normal llegar a un supermercado y que la cajera identifique los productos con un código de barras de forma inmediata y lea su precio y características, pero esto es algo que a nuestros abuelos les hubiera parecido magia (Y probablemente a la mayor parte de la gente también aunque pongan cara de seta)

Los códigos de barras (o Barcodes) están muy extendidas por todos los supermercados y otras tiendas para identificar con luz un cierto producto. Son rápidos baratos y espectaculares. Solo necesitan una etiqueta con un código extraño en forma de barras que una pistola láser identifica con rapidez.

Los códigos de barras son muy baratos, justo un papelito con barras de distinta anchura o bien impresos en la envoltura del producto, pero también tienen  unos ciertos inconvenientes. Si se rayan se tornan ilegibles y esto es relativamente frecuente y además no se pueden reescribir (¿A que no lo habías pensado?) Es tecnología pre digital.

Pero el tema de esta sesión no son los códigos de barras (Eso quizás llegue en un futuro)  sino más bien su sucesor, las etiquetas RFID (O RFID tags).

Para empezar ya estás acostumbrado a su uso, aunque quizás no te hayas dado cuenta. Son esas etiquetas que te pitan a destiempo cuando sales de las grandes superficies, o los antirrobos en prendas de las tiendas de ropa, que se identifican mediante un arco.

Hace ya mucho tiempo que los códigos de barras están obsoletos, pero son tan baratos y una tecnología tan bien resuelta y establecida que nadie quiere oír hablar de cambiarla, pero más pronto que tarde los RFID van a sustituir a los códigos de barras.

 
  • RFID son las inciales de identificacion por radio frecuencia en inglés (Radio Frequency IDentification)   

Vale, ¿Y que son los RFID? Bueno son simplemente un chip digital minúsculo de memoria, que puede contener una identificación en forma de código e incluso información de diferentes cuestiones grabados en él. Son como un pendrive pero canijo y por radio, para entendernos

¿Eso es todo? Pues sí, pero además tiene una antena que permite dos cosas poco frecuentes, una identificarlos por Radio Frecuencia (O RF)  sin contacto a distancias de entre nos pocos centímetros y varios metros, mediante un receptor adecuado, y la otra es que la propia señal de RF que usamos para identificarlos es capaz de alimentar el chip de la etiqueta RFID sin necesidad de batería ¿Qué te parece el truco?

Cuando la etiqueta RFID (O Tag según la lengua de Albión) no lleva batería, se llaman pasivas y son las más baratas, aunque también las hay con batería y se las llama activas, pero ignoraremos estas ultimas con la elegancia que nos caracteriza, estas últimas.

Normalmente los tags RFID son una especie de pegatina que lleva diseños más o menos extravagantes de pistas metálicas muy finas que hacen las veces de antena y te has hartado a verlas en ropa y otros productos pero probablemente no sabías lo que era:

Sticker

Estas son las típicas insertas en las etiquetas de la ropa como antirrobo, pero las hay con aspectos muy variados, dependiendo de la forma y diseño e la antena y el destino final de las etiquetas:

RFID_label2
flexible

Pero la idea es siempre la misma, identificar el tag mediante la emisión de ondas electromagnéticas desde un lector, que alimentan un circuito de memoria interno, para que nos envíen por RF una identificación que podamos usar para validar o identificar un producto cualquiera.

Arco y etiqueta RFID
 
  • Ya ha salido antes en algún momento la idea de transponder aunque en otro ámbito. Es un sistema electrónico que envía una identificación bajo pedido externo, y estas etiquetas RFID lo son con todos los derechos.  

Y por supuesto tienen un montón de ventajas respecto de otros sistemas como los códigos de barras:

 
  • Son pasivos en su mayoría y pueden permanecer inactivos durante años.
  • No se rayan o degradan, ni con el tiempo ni con campos magnéticos, ni con el roce.
  • No necesitan verse para realizar la identificación, porque la mayor parte de los materiales son transparentes a las ondas RF que se usan.
  • Pueden disponer de una memoria interna que contenga toda la identificación del producto o su trazabilidad. Las hay de 1K, 4k y …
  • Se pueden utilizar como llaves maestras para abrir cerraduras electrónicas, tanto como para identificar productos o personas.
  • Se pueden reescribir y leer tantas veces como quieras, e ir añadiendo su historia en la propia tarjeta. Por ejemplo en una tarjeta de pago, puedes conservar las ultimas 100 compras realizadas, por ejemplo.
  • Lo que ha retrasado la implantación masiva de estos RFID ha sido más el precio que su ventaja.  

Imagínate una tarjeta de plástico con un tag interno. Lo puedes usar para llave de una cerradura, o probablemente la tarjeta de Bus o Metro que tienes en el bolsillo sea de estas.

Puedes usar estas tarjetas para que su ID interno corresponda con tu clave de acceso al ordenador y por ello solo quien tenga tu tarjeta puede iniciar sesión en él.

O si cada producto que hay en el supermercado llevara un tag RFID anexo, podrías ir echando a la bolsa y salir tranquilamente por el arco de salida y este te leería sobre la marcha los productos que te llevas y la identificación de tu bolsillo o tarjeta de crédito, con lo que haría inventario inmediato y te cargaría la VISA sin más (Hombre convendría teclear el pin de la visa para evitar robos)

No serían necesarias cajeras, porque la factura se haría leyendo los IDs de los productos que hayas cogido y el cargo automático. Sin necesidad de parar en caja (Parecería que te ibas sin pagar, pero. Ya te habrían fichado).

Y casualidad, Arduino está perfectamente preparado para este tipo de cosas ya ves, y en nuestro kit hay un set de un lector / grabador de RFID, además de una tarjeta de identificación de plástico y un llavero con tag, para que podáis hacer pruebas.

Y a eso vamos en esta sesión.

 

Conectando el Lector RFID

 

En nuestro kit de inicio Arduino, y también en la tienda podréis encontrar un pequeño conjunto de lector grabador de tags RFID, el RC522, así como una tarjeta y un llavero con identificadores que es con lo que vamos a hacer las pruebas.

El lector está basado en el típico chip MFRC522 para lectura y escritura de tags RFID:

vista principal

El chip MFRC522. Da soporte a la lectura y escritura de los tags en diferentes condiciones y con control de errores, de una forma sencilla, aunque no puede identificar más que un tag a la vez, a diferencia de otros lectores más profesionales, y requiere que la distancia de lectura sea de una par de centímetros a lo sumo (Es lo que tienen las cosas baratas)

La tarjeta presenta un interface SPI para comunicar nuestro Arduino con el MFRC522 y no tiene más dificultad. De hecho creo que os sorprenderá ver lo fácil que resulta leer estas etiquetas RFID.

Empecemos por el lector y sus pines:

patillaje externo

Como podéis ver no hay más que los pines de control SPI y la alimentación del módulo. La conexión es trivial:

Modulo RC522Arduino
SDAD10
SCKD13
MOSID11
MISOD12
IRQ—-
GNDGND
RSTD9
3.3V3.3V
sesion 170_bb

 

Programa de control

 

Como siempre vamos a empezar por descargar una librería para controla el lector, llamada rfid-master y la instalamos siguiendo el procedimiento habitual.

Incluimos la librería RFID y la SPI, para controlar la tarjeta lectora: Prog_170_1

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

Ahora definimos los pines que vamos a usar y creamos un objeto de la clase MFRC522 para nuestro lector:

#define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9
MFRC522 rfid(SS_PIN, RST_PIN);

Tenemos que hacer ahora una cosa un poco extraña al principio. Estas tarjetas y lectores soportan una clave de encriptación de 6 bytes hexadecimales, (Que por defecto es FF FF FF FF FF FF) pero que podríamos definir a nuestro antojo por seguridad para que no lea nuestra clave cualquiera.

 
  • Ojo que no es algo muy seguro y parece que no hay mucha dificultad en reventarla, pero menos es nada y así subimos el nivel al que venga.  

Pero en cualquier caso tenemos que pasarle una clave a nuestra librería y luego la rellenamos:

MFRC522::MIFARE_Key key;

Y cuando leamos la ID de la etiqueta necesitamos almacenarla en un array por ejemplo:

byte nuidPICC[3];

En el setup() vamos a inicializar la puerta serie, el SPI y el objeto rfid, y después rellenar el valor de la clave (Al valor por defecto):

Serial.begin(9600);
SPI.begin();                        // Init SPI bus
rfid.PCD_Init();                // Init MFRC522

for (byte i = 0; i < 6; i++)
   { key.keyByte[i] = 0xFF;
   }

Para el programa principal vamos a usar un par de funciones de apoyo que viene con la librería pero cuyo único interés es ahórranos trabajo. Podéis revisarlas en el programa aporque no tienen nada raro, ni tampoco mayor interés.

Empezamos buscando un tag en el lector y si no lo encuentra, vuelta a empezar, pero si la encuentra la lee:

if ( ! rfid.PICC_IsNewCardPresent())
       return;

if ( ! rfid.PICC_ReadCardSerial())
       return;

En el programa encontrareis ahora algunas líneas un poco extrañas, que he sacado del ejemplo original, pero que son bastante sencillas conceptualmente. Primero comprobar que la tarjeta leída es de un tipo que reconocemos, y si no volvemos a empezar:

if (piccType != MFRC522::PICC_TYPE_MIFARE_MINI &&
    piccType != MFRC522::PICC_TYPE_MIFARE_1K &&
    piccType != MFRC522::PICC_TYPE_MIFARE_4K) 
   {
       Serial.println(F("Your tag is not of type MIFARE Classic."));
       return;
   }

Comprobamos el tipo de tarjeta detectada (Básicamente la cantidad de memoria disponible) e imprimimos su tipo:

if (rfid.uid.uidByte[0] != nuidPICC[0] ||
    rfid.uid.uidByte[1] != nuidPICC[1] ||
    rfid.uid.uidByte[2] != nuidPICC[2] ||
    rfid.uid.uidByte[3] != nuidPICC[3] )
     {
        Serial.println(F("A new card has been detected."));
        Serial.println(F("The NUID tag is:"));
        Serial.print(F("In hex: "));
        printHex(rfid.uid.uidByte, rfid.uid.size);
        Serial.println();
        Serial.print(F("In dec: "));
        printDec(rfid.uid.uidByte, rfid.uid.size);
        Serial.println();

        rfid.PICC_HaltA();
        rfid.PCD_StopCrypto1();
    }

Fíjate que una vez escritos los valores en la consola paramos la lectura y la encriptación en la tarjeta para ahorra energía. Recuerda que la antena emite RF intensa para alimentar el tag interno de la tarjeta y consume un tanto que conviene cortar si no está en uso

Cuando arranca, nuestro programa imprime esto:

Mensaje rfid

Y cuando pasas una tarjeta o llavero por encima del lector:

Mensaje rfid

Te presenta el ID del tag en hexadecimal y decimal. Si le pasamos ahora el llavero, por ejemplo, veras como su ID es diferente:

Mensaje rfid
 
  • Creo que hasta ahora no habíamos comentado, que estos llaveros y tarjetas sencillos que usamos para estas pruebas, viene con un numero de ID pregrabado de 11 dígitos, diferente para cada uno de ellos y os dejo la tarea de calcular la posibilidad de que dos fabricantes usen el mismo número entre 1011..   

Sería muy interesante poner un Buzzer, que emitiera un pitido cada vez que lee correctamente una tarjeta y de eso modo sabríamos que hay una identificación positiva, pero os lo dejo como deberes para el que quiera nota, porque ya me he extendido más de lo que quería.

 

Resumen de la sesión

 

 

    • Hemos presentado el concepto de los RFID y un poco como funcionan.
    • Vimos el chip MFRC522 y el modulo Modulo RC522.
    • Vimos que ARduino no tiene problema con leer RFID.
    • Presentamos un programa de ejemplo de como leer la identificacion de un tag RFID. 
  • (109) Comments

      • Kurt

      hay manera de leers tags que son alimentados con una frecuencia de 125 kHz y luego la informacion es enviada a 6.8 MHz. supongo que se requieren dos antenas distintas. gracias.

      • Kurt, la industria suministra tags de todos los tipos y colores y puede que tambien lo que tu esta buscando. Es cusetion de hablar con algun proveedor

        • gracias por responder. voy a ver si consigo un equipo existente y ver que hay dentro.

      • Manuel

      Buenas tardes, soy Manuel de Madrid, quiero activar un rele con la tarjeta y me funciona, pero quiero que el rle este activo mientras la tarjeta esta presente en el lector y que se desactive el rele cuando quite la tarjeta. He pobado con “while”, pero no funciona.
      Me puedes ayudar

      • Basta con que definas una variable global que se llame Tarjeta que este en 1 cuando se detecta y que pasa a 0 cuando dejas de detectarla ¿Vale?

    • Buenos días,

      Ya he conseguido que me funcione. El problema era que para realizar las conexiones entre el módulo RFID y la arduino DUE usaba una protoboard. Cuando he conectado las placas directamente ya ha funcionado. Me ha funcionado usando los pines SPI de la DUE (no los ICSP). Y conectando el SDA al puerto 10 y el RESET al 9.

      • Hola Alfonso, gracias por compartirlo.

      • Juan Bta Climent

      Buenos dias, he realizado un control de acceso para mi tienda que consta de timbre, lector rfid, mando de 433mh y rele para el abrepuertas, pero muchas veces el rfid no detecta y tengo que reiniciar todo, puede que sea por que los cables de todo el sistema interfieren en el modulo?

      • Hola Juan, podría ser que se te quede en algún bucle el programa y llegue a leer la tarjeta otra vez?

    • Buenos días,

      Compré el módulo RFID RC522 a través de esta web hace unos días para conectarlo a mi Arduino Due. He conectado el lector RFID a 3.3v y he usado los pines del módulo SPI de la Arduino Due. El pin SDA del RC522 lo he conectado al pin 10.
      He cargado el código de ejemplo que ofrecéis aquí para probarlo y en el monitor serie me aparece el mensaje inicial:
      “This code scan the MIFARE Classsic NUID.
      Using the following key: FF FF FF FF FF FF”

      Pero a continuación acerco la tarjeta o el llavero RFID y no parece leerlos. El mensaje inicial no cambia.
      He probado conectando el pin SDA al pin 52 y también poniendo el número de pin directamente en la funcion SPI.begin(10).
      También he probado añadir la función SPI.setClockDivider(SS_PIN, 21);
      Pero no lee.

      ¿Sabes qué puede estar pasando?

      Gracias, un saludo,

      • Joan

      Hola,

      Gracias por el post, tengo una consulta, estoy leyendo un TAG de RFID de 13.56 Mhz y con un lector por USB me da un valor concreto, luego voy a leeerlo con el Arduino y no me da datos, dice que la lectura ha sido correcta pero no muestra nada. He escrito un valor numerico en un TAG con Arduino y al leerlo con el lector RFID por USB me da un valor diferente al escrito en Arduino, pero si lo leo con el Arduino me da el mismo valor que le escribi.

      Puede ser que exista algun tipo de encriptacion que segun el tipo de lector no sea capaz de interpretar?
      Como puedo leer y escribir todos los parametros que hay en un TAG de RFID ?

      Muchas Gracias

      • Hola Joan
        El lector RFID de arduino es de esa frecuencia 13.56 mHz, no sabria darte una explicacion de tu problema sin verlo un poco mas, pero por si acaso yo probaria con otro tag a ver que pasa

      • Domingo Moreno Rodríguez

      Buenas tardes muchas gracias por este tutorial, he pasado el código a arduino y me dice que no he declarado la variable piccType
      “‘piccType’ was not declared in this scope” la he declarado como int… pero luego me dice lo mismo de printHex “‘printHex’ was not declared in this scope” seguramente estaré haciendo algo mal no estoy muy puesto en el tema, me podrías ayudar?.

      Gracias.

      • Hola Domingo, tiene pinta de que no has instalado correctamente la librería.

      • Esteban Viquez

      No tienen algun tutorial de como leer y escribir sobre la memoria eeprom de las tarjetas?

      • Hola Esteban, no tenemos, y es un tema que ya hemos retrasado demasiado. A ver si podemos meternos con ello.

      • Pedro morales

      hola, me gustaria saber si existe alguna forma de adaptarle una antena al RFID RC522 para detectar los tags desde larga distancia, ya que se me limita a solo centimetros y ocupo detectarlo a varios metros de distancia

      • No que yo sepa Pedro, Aunque existen otros lectores de mas alcance

      • Iván Mireles

      Buenas, me gustaría saber cómo puedo ampliar el alcance deks tags, que puedan ser detectados a varios metros de distancia. Ya que cuento con el RFID RC522 y su alcance se limita a centímetros.

      • No creo que sea posible por el diseño de RC522 pero hay otros lectores en el mercado que llegan hasta un metro por unos 100€ y varios metro por unos cuantos cientos de euros

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