如何使用WisBlock和RUI3构建NFC阅读器

描述

介绍

目前市场上常见的NFC无线读卡器都是基于WiFi或蓝牙的，功耗大，无线传输距离有限。LoRaWAN®具有传输距离远、接收灵敏度低、功耗低等特点。

因此，使用LoRaWAN®可以弥补以上两种无线设备的不足。NFC的数据传输量也比较小，非常适合LoRaWAN®传输方式。采用 LoRaWAN® 无线传输的读卡器易于安装和部署。它是电池供电的，可以使用半年以上。

该项目的主要思想是通过 WisBlock 构建一个支持 LoRaWAN® 的无线读卡器。当读卡器读取电子标签数据时，电子标签信息会自动上传到RAK7268 WisGate Edge Lite 2内置的LoRaWAN®服务器。

使用的硬件

本项目的主要硬件使用了 WisBlock 套件。MCU选用RAK4631 WisBlock Core模块，采用Nordic nRF52840 MCU，支持蓝牙5.0（蓝牙低功耗）和Semtech公司最新的LoRa®收发器SX1262 。它支持 LoRa® 和蓝牙通信模式。

RAK4631

 

NFC选用WisBlock E生态的RAK13600 NFC读卡模块，采用PN532芯片，支持ISO/ICE 14443A/B卡类型的读写。

RAK13600

 

它还配备了蜂鸣器模块RAK18001，在NFC刷卡有效时提供蜂鸣器提醒。

 

本项目软件采用RUI3开发平台。RUI3为WisBlock提供了很多API接口函数，包括传感器驱动接口和无线传输接口。只需要编写少量的应用代码就可以完成这个产品的开发。

Step 1 - 硬件电路搭建

硬件准备：

• 用于带有 LoRa SX1262 的 LoRaWAN 的 Nordic nRF52840 BLE 核心模块 | RAK4631 / RAK4631-R
• WisBlock 底板 | RAK5005-O
• NFC RFID NXP PN532 | RAK13600
• 蜂鸣器模块江苏MLT-5020 | RAK18001
• 两个 ISO/ICE 14443A/B 卡
• 统一外壳 IP65 100x75x38mm
• 3dBi SubG 天线 | （LoRa® 天线）
• 5 颗 M2.5x4 螺丝和 8 颗 M1.2x3 螺丝

 

五金组装：

将RAK4631模块固定在CPU SLOT位置，RAK13600固定在IO SLOT位置，RAK18001固定在SLOT A（或SLOT B）上，用固定螺丝固定模块。

连接 NFC 天线、LoRa® 天线、蓝牙天线，并将它们安装到外壳中。

 

这是在组装过程中指导您的示意图

 

Step 2 - 软件环境搭建

在Arduino IDE中添加RAK4631-R开发板：

• 打开 Arduino IDE 并转到File > Preferences 。

Arduino 偏好

 

• 要将 RAK4631-R WisBlock Core 添加到您的 Arduino 板列表，您需要编辑附加板管理器 URL。单击该图标。

修改其他 Board Manager URL

 

• 复制 URLhttps://raw.githubusercontent.com/RAKWireless/RAKwireless-Arduino-BSP-Index/main/package_rakwireless.com_rui_index.json并将其粘贴到字段中。如果已经有其他 URL，只需将它们添加到下一行即可。添加 URL 后，单击确定。

添加其他 Board Manager URL

 

• 重新启动 Arduino IDE。
• 从工具菜单打开板管理器。

打开 Arduino 开发板管理器

 

• 写RAK在搜索栏中。这将显示可用的 RAKwireless WisBlock 核心板，您可以将它们添加到 Arduino 板列表中。选择并安装RAKwireless RUI nRF 板

安装 RAKwireless RUI nRF 板

 

• 安装 BSP 后，选择Tools > Boards Manager > RAKWireless RUI nRF Modules > WisBlock Core RAK4631 Board 。

选择 RAKwireless WisBlock 模块

 

安装库

安装RAK13600-PN532库和Adafruit总线库：

 

 

第 3 步 - 软件开发

LoRaWAN® 部分的初始化。该函数初始化协议栈的所有参数。网络接入方式为OTAA。用户需要根据自己的频段和网络接入参数修改这个宏定义。代码中使用的频段为AS923。NFC芯片初始化代码采用IIC通信协议。初始化完成后，即可使用NFC的刷卡功能。

/*************************************

   LoRaWAN band setting:
     RAK_REGION_EU433
     RAK_REGION_CN470
     RAK_REGION_RU864
     RAK_REGION_IN865
     RAK_REGION_EU868
     RAK_REGION_US915
     RAK_REGION_AU915
     RAK_REGION_KR920
     RAK_REGION_AS923

 *************************************/
#define OTAA_BAND     (RAK_REGION_AS923) 
#define OTAA_DEVEUI   {0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88}
#define OTAA_APPEUI   {0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88}
#define OTAA_APPKEY   {0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88}

void lora_init()

蜂鸣器由 PWM 控制。蜂鸣器不用时，需要关闭输出。

pinMode(BUZZER_CONTROL,OUTPUT);
 noTone(BUZZER_CONTROL);

NFC芯片初始化代码采用IIC通信协议。初始化完成后，即可使用NFC的刷卡功能。

nfc.begin();
  uint32_t versiondata = nfc.getFirmwareVersion();
  if (! versiondata) {
    Serial.print("Didn't find PN53x board");
    while (1); // halt
  }

  // Got ok data, print it out!
  Serial.print("Found chip PN5"); Serial.println((versiondata >> 24) & 0xFF, HEX);
  Serial.print("Firmware ver. "); Serial.print((versiondata >> 16) & 0xFF, DEC);
  Serial.print('.'); Serial.println((versiondata >> 8) & 0xFF, DEC);
  // Set the max number of retry attempts to read from a card
  // This prevents us from waiting forever for a card, which is
  // the default behaviour of the PN532.
  nfc.setPassiveActivationRetries(0xFF);

  //configure board to read RFID tags
  nfc.SAMConfig();
  
  Serial.println("Waiting for an ISO14443A card");

每1s循环读取是否有NFC卡。如果 ID 读取成功，蜂鸣器响 150ms，然后将卡 ID 发送到 LoRaWAN® 服务器。

void loop(void) {
  boolean success;
  uint8_t uid[] = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };	// Buffer to store the returned UID
  uint8_t uidLength;				// Length of the UID (4 or 7 bytes dep        ending on ISO14443A card type)

  // Wait for an ISO14443B type cards (Mifare, etc.).  When one is found
  // 'uid' will be populated with the UID, and uidLength will indicate
  // if the uid is 4 bytes (Mifare Classic) or 7 bytes (Mifare Ultralight)
  success = nfc.readPassiveTargetID(PN532_MIFARE_ISO14443A, &uid[0], &uidLength);

  if (success) {
    tone(BUZZER_CONTROL,4000);
    delay(150);
    noTone(BUZZER_CONTROL);
    Serial.println("Found a card!");
    Serial.print("UID Length: "); Serial.print(uidLength, DEC); Serial.println(" byte       s");
    Serial.print("UID Value: ");
    for (uint8_t i = 0; i < uidLength; i++)
    {
      Serial.print(" 0x"); Serial.print(uid[i], HEX);
    }
    Serial.println("");

   digitalWrite(ledPin1, HIGH); // LED turn on when input pin value is HIGH
   delay(150);
   digitalWrite(ledPin1, LOW); // 

  /** Send the data package */
  if (api.lorawan.send(uidLength, (uint8_t *) & uid, 2, true, 1)) 
  {
    Serial.println("Sending is requested");
  } 
  else 
  {
    Serial.println("Sending failed");
  }
    
    // Wait 1 second before continuing
    delay(1000);
  }
  else
  {
    // PN532 probably timed out waiting for a card
    Serial.println("Timed out waiting for a card");
  }
}

使用 WisToolBox 和 WisGate Edge Lite 2 进行数据记录

通过WisToolBox查看实时串口日志

通过wistoolbox查看实时串口日志

 

RAK7268 内置 LoRaWAN®，如果您需要确认数据是否已成功发送，还有一个服务器日志。

查看服务器上的日志

 

结论

在成功构建具有 LoRaWAN 连接的 NFC 读卡器后，您有多种选择可以在多种场景中实施它，例如通过标签进行商品控制、用户进入控制、构建安全控制等许多事情，并记住我们总是说#IoTMadeEasy。

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