如何使用WisBlock和RUI3構(gòu)建NFC閱讀器

描述

介紹

目前市場上常見的NFC無線讀卡器都是基于WiFi或藍(lán)牙的，功耗大，無線傳輸距離有限。LoRaWAN?具有傳輸距離遠(yuǎn)、接收靈敏度低、功耗低等特點。

因此，使用LoRaWAN?可以彌補以上兩種無線設(shè)備的不足。NFC的數(shù)據(jù)傳輸量也比較小，非常適合LoRaWAN?傳輸方式。采用 LoRaWAN? 無線傳輸?shù)淖x卡器易于安裝和部署。它是電池供電的，可以使用半年以上。

該項目的主要思想是通過 WisBlock 構(gòu)建一個支持 LoRaWAN? 的無線讀卡器。當(dāng)讀卡器讀取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)時，電子標(biāo)簽信息會自動上傳到RAK7268 WisGate Edge Lite 2內(nèi)置的LoRaWAN?服務(wù)器。

使用的硬件

本項目的主要硬件使用了 WisBlock 套件。MCU選用RAK4631 WisBlock Core模塊，采用Nordic nRF52840 MCU，支持藍(lán)牙5.0（藍(lán)牙低功耗）和Semtech公司最新的LoRa?收發(fā)器SX1262 。它支持 LoRa? 和藍(lán)牙通信模式。

RAK4631

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NFC選用WisBlock E生態(tài)的RAK13600 NFC讀卡模塊，采用PN532芯片，支持ISO/ICE 14443A/B卡類型的讀寫。

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RAK13600

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它還配備了蜂鳴器模塊RAK18001，在NFC刷卡有效時提供蜂鳴器提醒。

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本項目軟件采用RUI3開發(fā)平臺。RUI3為WisBlock提供了很多API接口函數(shù)，包括傳感器驅(qū)動接口和無線傳輸接口。只需要編寫少量的應(yīng)用代碼就可以完成這個產(chǎn)品的開發(fā)。

Step 1 - 硬件電路搭建

硬件準(zhǔn)備：

• 用于帶有 LoRa SX1262 的 LoRaWAN 的 Nordic nRF52840 BLE 核心模塊 | RAK4631 / RAK4631-R
• WisBlock 底板 | RAK5005-O
• NFC RFID NXP PN532 | RAK13600
• 蜂鳴器模塊江蘇MLT-5020 | RAK18001
• 兩個 ISO/ICE 14443A/B 卡
• 統(tǒng)一外殼 IP65 100x75x38mm
• 3dBi SubG 天線 | （LoRa? 天線）
• 5 顆 M2.5x4 螺絲和 8 顆 M1.2x3 螺絲

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五金組裝：

將RAK4631模塊固定在CPU SLOT位置，RAK13600固定在IO SLOT位置，RAK18001固定在SLOT A（或SLOT B）上，用固定螺絲固定模塊。

連接 NFC 天線、LoRa? 天線、藍(lán)牙天線，并將它們安裝到外殼中。

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這是在組裝過程中指導(dǎo)您的示意圖

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Step 2 - 軟件環(huán)境搭建

在Arduino IDE中添加RAK4631-R開發(fā)板：

• 打開 Arduino IDE 并轉(zhuǎn)到File > Preferences 。

Arduino 偏好

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• 要將 RAK4631-R WisBlock Core 添加到您的 Arduino 板列表，您需要編輯附加板管理器 URL。單擊該圖標(biāo)。

修改其他 Board Manager URL

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• 復(fù)制 URLhttps://raw.githubusercontent.com/RAKWireless/RAKwireless-Arduino-BSP-Index/main/package_rakwireless.com_rui_index.json并將其粘貼到字段中。如果已經(jīng)有其他 URL，只需將它們添加到下一行即可。添加 URL 后，單擊確定。

添加其他 Board Manager URL

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• 重新啟動 Arduino IDE。
• 從工具菜單打開板管理器。

打開 Arduino 開發(fā)板管理器

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• 寫RAK在搜索欄中。這將顯示可用的 RAKwireless WisBlock 核心板，您可以將它們添加到 Arduino 板列表中。選擇并安裝RAKwireless RUI nRF 板

安裝 RAKwireless RUI nRF 板

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

選擇 RAKwireless WisBlock 模塊

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安裝庫

安裝RAK13600-PN532庫和Adafruit總線庫：

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第 3 步 - 軟件開發(fā)

LoRaWAN? 部分的初始化。該函數(shù)初始化協(xié)議棧的所有參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)接入方式為OTAA。用戶需要根據(jù)自己的頻段和網(wǎng)絡(luò)接入?yún)?shù)修改這個宏定義。代碼中使用的頻段為AS923。NFC芯片初始化代碼采用IIC通信協(xié)議。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()

蜂鳴器由 PWM 控制。蜂鳴器不用時，需要關(guān)閉輸出。

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

NFC芯片初始化代碼采用IIC通信協(xié)議。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循環(huán)讀取是否有NFC卡。如果 ID 讀取成功，蜂鳴器響 150ms，然后將卡 ID 發(fā)送到 LoRaWAN? 服務(wù)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 進行數(shù)據(jù)記錄

通過WisToolBox查看實時串口日志

通過wistoolbox查看實時串口日志

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RAK7268 內(nèi)置 LoRaWAN?，如果您需要確認(rèn)數(shù)據(jù)是否已成功發(fā)送，還有一個服務(wù)器日志。

查看服務(wù)器上的日志

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結(jié)論

在成功構(gòu)建具有 LoRaWAN 連接的 NFC 讀卡器后，您有多種選擇可以在多種場景中實施它，例如通過標(biāo)簽進行商品控制、用戶進入控制、構(gòu)建安全控制等許多事情，并記住我們總是說#IoTMadeEasy。

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