För att integrera en NFC-modul med ESP32 för projekt som kräver kontaktlös interaktion, som till exempel åtkomstkontroll, mobila betalningar eller IoT-enheter för dataöverföring, krävs det en förståelse för hur man kopplar ihop dessa två enheter och hur man programmerar dem för att arbeta effektivt tillsammans.

För att börja, måste vi etablera en korrekt fysisk anslutning mellan PN532 NFC-läsaren och ESP32. Följande anslutningar behövs för att koppla ihop enheterna via SPI-kommunikation:

  • SCK: Anslut till GPIO 14

  • MISO: Anslut till GPIO 12

  • MOSI: Anslut till GPIO 13

  • SS: Anslut till GPIO 15

  • GND: Anslut till GND på ESP32

  • VCC: Anslut till VIN eller 3.3V på ESP32

När anslutningarna är klara, kan vi börja ställa in kommunikationsprotokollet. PN532-modulen stödjer SPI, I2C eller UART, och rätt protokoll kan väljas genom att justera de inbyggda brytarna på modulen. För att använda SPI måste du se till att brytare 1 och 2 är ställda enligt följande:

  • Switch 1: 0

  • Switch 2: 1

När denna konfigurering är gjord, kan vi börja skriva kod för att skanna RFID-kort och visa det unika kort-ID:t på en seriell monitor. Den nödvändiga koden kan hittas på GitHub, men det första steget i koden innebär att inkludera bibliotek för SPI-kommunikation och för att kunna använda PN532-modulens funktioner.

Exempel på bibliotek som måste inkluderas:

cpp
#include <SPI.h>


#include <Adafruit_PN532.h>

Därefter definieras de pinnar på ESP32 som används för SPI-kommunikation:

cpp
#define PN532_SCK (14)
#define PN532_MOSI (13)
#define PN532_SS (15)
#define PN532_MISO (12)

Med dessa inställningar kan vi skapa ett objekt av Adafruit_PN532-klassen, som kommer att hantera kommunikationen mellan ESP32 och NFC-läsaren:

cpp
Adafruit_PN532 nfc(PN532_SCK, PN532_MISO, PN532_MOSI, PN532_SS);

I setup()-funktionen initieras seriell kommunikation och NFC-modulen. Vi kontrollerar att firmwareversionen för modulen kan hämtas korrekt, vilket säkerställer att modulen fungerar som förväntat. Om det inte går att hämta versionen kommer ett felmeddelande att visas på den seriella monitorn:

cpp
void setup(void) {


  Serial.begin(115200);
  nfc.begin();
  uint32_t versiondata = nfc.getFirmwareVersion();
  if (!versiondata) {
    Serial.print("Didn't find PN53x board");
    while (1); // halt
  }
  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);
  Serial.println("Waiting for a Card ...");
}

I loop()-funktionen försöker programmet kontinuerligt att läsa ett RFID-kort och om ett kort hittas, skrivs dess UID (unik identifierare) ut på den seriella monitorn. Om UID:t är 4 bytes långt, antas det vara ett Mifare Classic-kort, och en 32-bitars kortidentifierare extraheras:

cpp
void loop(void) {


  uint8_t success;
  uint8_t uid[] = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };
  uint8_t uidLength;
  success = nfc.readPassiveTargetID(PN532_MIFARE_ISO14443A, uid, &uidLength);
  if (success) {
    Serial.println("Found a card");
    Serial.print("UID Length: ");
    Serial.print(uidLength, DEC);
    Serial.println(" bytes");
    Serial.print("UID Value: ");
    nfc.PrintHex(uid, uidLength);
    if (uidLength == 4) {
      uint32_t cardid = uid[0];
      cardid <<= 8;
      cardid |= uid[1];
      cardid <<= 8;
      cardid |= uid[2];
      cardid <<= 8;
      cardid |= uid[3];
      Serial.print("Seems to be a Mifare Classic card #");
      Serial.println(cardid);
    }
    Serial.println("");
  }
}

När koden har laddats upp till ESP32 och den seriella monitorn öppnas, kan man nu scanna ett RFID- eller NFC-kort, och resultatet kommer att visas på monitorn.

För att detta ska fungera korrekt krävs det en god förståelse för SPI-kommunikation, samt hur man integrerar och programmerar moduler som PN532 för att skapa kontaktlösa interaktioner. NFC och RFID-läsare, som PN532, kan användas för att skapa säkra åtkomstkontrollsystem, vilket gör det möjligt att autentisera användare och enheter i IoT-baserade projekt.

Förutom att förstå hur man implementerar själva SPI-kommunikationen är det också viktigt att känna till de olika enheter som kan anslutas till ESP32 via SPI. Vanliga enheter som använder SPI inkluderar TFT LCD-skärmar, SD-kortmoduler, RFID-läsare och många olika sensorer, såsom accelerometrar, trycksensorer och temperatursensorer.

Det är också värdefullt att förstå de potentiella tillämpningarna för NFC och RFID i IoT-applikationer. Förutom åtkomstkontroll kan dessa teknologier användas för att effektivt spåra tillgångar och hantera lager i olika sammanhang som logistik, tillgångshantering och inventering. NFC och RFID kan även användas för att säkerställa säker och kontaktlös dataöverföring i ett brett spektrum av användningsområden.

För att utveckla ännu mer komplexa system kan det vara bra att gå vidare med att utforska hur man ansluter andra enheter till ESP32 och hanterar flera kommunikationsprotokoll samtidigt.

Hur kan ESP32 utöka sin anslutning bortom Wi-Fi och BLE?

När man arbetar med ESP32 och dess anslutningsmöjligheter, blir det snabbt uppenbart att Wi-Fi och BLE är de mest använda protokollen, men dessa är inte alltid tillräckliga för alla IoT-applikationer. Därför kan det vara nödvändigt att utforska ytterligare alternativ som LoRaWAN och cellulära nätverk för att förbättra räckvidd och batteritid i vissa projekt. Dessa alternativ tillåter ESP32 att utvidga sin kommunikationskapacitet och är särskilt användbara i sammanhang där lång räckvidd och låg energiförbrukning är viktiga faktorer.

LoRaWAN är en långdistansprotokoll som använder sig av låg energi för att möjliggöra kommunikation över stora avstånd. Det fungerar på icke-licensierade industriella, vetenskapliga och medicinska (ISM) frekvensband och kräver inte mobilabonnemang för att fungera globalt. Den största styrkan hos LoRaWAN är dess förmåga att erbjuda lång räckvidd samtidigt som det håller dataöverföringshastigheten låg och energiförbrukningen extremt låg. Detta gör det till ett utmärkt val för IoT-applikationer inom områden som smarta städer, jordbruk, spårning av tillgångar och miljöövervakning. LoRaWAN använder en stjärn-struktur där enheter kommunicerar med en eller flera gateways, som sedan vidarebefordrar data till en central nätverksserver.

För att implementera LoRaWAN på ESP32 behöver du några specifika komponenter: en LoRa-modul som stöder LoRaWAN-protokollet och en antenn för LoRa-modulen. Du måste också registrera dig hos en LoRaWAN-nätverksleverantör som The Things Network eller ChirpStack och konfigurera enheten på deras plattform. När hårdvaran är korrekt ansluten och konfigurerad kan du använda bibliotek som LMIC för LoRaWAN för att skriva den kod som behövs för att konfigurera parametrarna, som frekvens, datahastighet och krypteringsnycklar.

Förutom LoRaWAN kan det vara användbart att implementera cellulära nätverk som 4G eller NB-IoT för IoT-applikationer där enheten behöver kommunicera över mycket större avstånd, eller när tillgången till andra nätverk är begränsad. ESP32 kan ansluta till cellulära nätverk via externa moduler som BG95, och du kan använda AT-kommandon för att konfigurera modulen för att utföra uppgifter som att skicka och ta emot data, göra HTTP-förfrågningar och mer.

Det är viktigt att förstå att varje nätverksprotokoll kommer med sina egna fördelar och nackdelar när det gäller räckvidd, datahastighet och strömförbrukning. När du väljer vilket protokoll du ska använda för ett specifikt projekt, måste du överväga de krav och mål du har för ditt projekt. Till exempel, om du arbetar med ett projekt där du behöver lång räckvidd och låg strömförbrukning, kan LoRaWAN vara det bästa alternativet. Å andra sidan, om du behöver högre dataöverföringshastigheter och din applikation har tillgång till Wi-Fi, kan det vara mer praktiskt att använda Wi-Fi.

För att få en bättre förståelse för hur olika nätverksprotokoll jämförs med varandra kan vi titta på några nyckelfaktorer:

  • Wi-Fi erbjuder höga datahastigheter men har begränsad räckvidd, vilket gör det bra för lokala nätverk där hög hastighet och internetåtkomst är viktiga.

  • BLE är en lågenergiteknologi som är idealisk för enheter som inte behöver överföra mycket data, som wearables eller närhetstjänster.

  • LoRaWAN har lång räckvidd och låg energiåtgång, vilket gör det lämpligt för applikationer där enheter är utspridda över stora geografiska områden och där batteritid är avgörande.

  • Cellulära nätverk (4G, NB-IoT) erbjuder mycket bra täckning och internetåtkomst, men kräver externa moduler och abonnemang.

Genom att förstå dessa grundläggande egenskaper kan du välja det nätverksprotokoll som bäst passar din applikations behov och ge din ESP32-projekt den optimala uppkopplingen för att uppnå dina mål.

Vilka är de största utmaningarna för utbildningen i framtiden?
Hur långsamkokaren förvandlar dina matlagningserfarenheter
Hur kan moduler och plattformar användas för att optimera produktutveckling?