Arduino Uno + STONE串口屏+ 通过MFRC522读取显示数据

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  • Arduino Uno项目介绍

    由于个人兴趣，我接触了Arduino UNO和STONE LCD模块项目的开发已有两周时间，发现Arduino非常简单、方便且实用。因此我想用Arduino做一个简单的演示。我家中有一块 MFRC522 模块，曾在大学时使用过，但当时是通过 STM32 与 MFRC522 模块进行通信，因此需要自行编写 MFRC522 模块的驱动程序，这相当复杂。

    Arduino自带MFRC522库文件，因此无需自行编写驱动程序，这将大大简化使用流程。

    Arduino Uno连接STONE LCD

    我需要制作一个演示项目，能够读取MI卡数据并将其显示在STONE串口屏上。

    根据上述需求，所需材料如下：

    1. Arduino开发板
    2. MFRC522模块
    3. 串口屏
    4. MI卡

    STONE 串口屏连接Arduino UNO项目硬件

    该项目中包含3个电子模块，我将逐一介绍。

    串口屏（ STONE STVC050WT-01）

    在本项目中，我计划使用STONE STVC050WT-01显示屏模块来显示MFRC522读取的卡数据。

    驱动芯片已集成在显示屏内部，并提供可供用户使用的开发软件。用户只需通过电脑在设计好的UI图片中添加按钮和文本框，然后生成配置文件并下载到显示模块中。

    STVC050WT-01通过UART-TTL信号与MCU进行通信。

    STONE LCD开发步骤

    STONE显示屏开发的三步流程：

    1. 使用STONE TOOL软件设计显示逻辑和按钮逻辑，并将设计文件下载到显示模块。
    2. MCU通过串口与STONE 串口屏进行通信。
    3. 基于步骤2获取的数据，MCU执行其他操作。

    STONE TOOLBox（图形用户界面设计软件）

    • 从官网下载最新版本的STONE TOOL软件（当前版本为TOOL2019），并安装。
    • 安装完成后，将打开以下界面：
    • 点击左上角的“文件”按钮创建新项目，具体操作将在后续章节中详细说明。

    How-to-Display-data-read-by-MFRC522-through-LCD-with-Arduino

How-to-Display-data-read-by-MFRC522-through-LCD-with-Arduino

MFRC522是NXP推出的低电压、低成本、小型非接触式读写卡芯片，是智能电表及便携式手持设备开发的理想选择。

采用先进的调制和解调技术，MFRC522在13.56MHz频率下完全集成了所有类型的被动式非接触通信模式和协议。支持ISO14443A的多层应用。内部发射器部分驱动读卡器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答器进行通信，无需额外电路。接收部分提供强大的解调和解码电路，用于处理符合ISO14443A标准的应答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶校验和CRC）。MFRC522支持MIFARE高速非接触式通信，双向数据传输速率可达424kbit/s。

MFRC522 模块特点

  • 高集成度调制与解调电路；
  • 支持 ISO/IEC 14443 Type A 和 MIFARE 通信协议；
  • 在读卡器模式下，与 ISO 14443A/MIFARE 的通信距离可达 50mm，具体取决于天线长度。
  • 支持ISO 14443的更高传输速率：212kbit/s和424kbit/s。
  • SPI接口，传输速率达10Mbit/s。
  • 64字节发送和接收FIFO缓冲区；
  • 内置温度传感器，当芯片温度过高时自动停止射频发射；
  • 采用独立多组电源供应，避免模块间干扰并提升工作稳定性。
  • CRC和奇偶校验功能。
  • 内部振荡器连接至27.12MHz晶体；
  • 2.5-3.3V低电压及低功耗设计；
  • 工作温度范围：-30℃至+85℃；
  • 超小型尺寸：5mm×5mm×0.85mm。

MFRC522模块应用

MFRC522适用于基于ISO/IEC 14443A标准的各种应用，要求低成本、小型化、高性能及单电源非接触式通信。

  1. 公共交通终端
  2. 便携式手持设备
  3. 非接触式公共电话
  4. 门锁

Arduino UNO

How-to-Display-data-read-by-MFRC522-through-LCD-with-Arduino

开发人员无需关注单片机编程的繁琐细节，提供易于使用的套件。Arduino UNO 还简化了微控制器的工作流程，但与其他系统相比，Arduino 在许多方面更具优势，特别适合教师、学生和业余爱好者：

  1. 便宜 — Arduino 开发板与其他平台相比价格非常低廉。最便宜的 Arduino UNO 版本可自行组装，即使购买成品也无需超过 $30。
  2. 简单编程环境——Arduino 编程环境易于初学者学习使用，同时能为高级用户提供足够的先进应用。
  3. 软件开源且可扩展——Arduino 软件开源，可由经验丰富的程序员扩展。Arduino 编程语言可通过 C++ 库进行扩展，
  4. 开源且可扩展的硬件——Arduino 开发板基于 Atmel 的 ATMEGA8 和 ATMEGA168/328 微控制器。Arduino 采用 Creative Commons 许可证，因此经验丰富的电路设计师可以设计自己的模块来扩展或改进功能。即使对于一些相对缺乏经验的用户，也可以制作测试板来理解 Arduino 的工作原理，从而节省时间和成本。

Arduino 基于 AVR 平台，对 AVR 库进行了两次编译和封装。端口已打包，寄存器、地址指针等无需额外处理。这大大降低了软件开发难度，适合非专业爱好者使用。

Arduino UNO开发环境

Arduino IDE对初学者非常友好，且具有高度灵活性。Arduino语言基于Wiring语言开发，是AVR-GCC库的二次封装。它不需要过多的SCM或编程基础，因此在简单学习后即可快速开发。

Arduino 开发环境是 Arduino IDE，可从互联网下载。

安装 Arduino IDE 后，打开软件将出现以下界面：

How-to-Display-data-read-by-MFRC522-through-LCD-with-Arduino

Arduino IDE 默认创建两个函数：setup 函数和 loop 函数。

互联网上有大量 Arduino 教程。若不理解，可自行查阅相关资料。

Arduino串口屏项目实现过程

硬件连接

为了确保后续编写代码的顺利进行，我们必须首先验证硬件连接的可靠性。

本项目仅使用了三块硬件：

How-to-Display-data-read-by-MFRC522-through-LCD-with-Arduino

    1. Arduino UNO开发板
    2. STONE STVC050WT-01 TFT-LCD 显示屏
    3. MFRC522模块

    Arduino UNO开发板与STVC050WT-01TFT-串口屏通过UART接口连接，Arduino UNO开发板与MFRC522模块通过SPI接口连接。经过仔细规划，我们可以绘制出以下接线图：

How-to-Display-data-read-by-MFRC522-through-LCD-with-Arduino

具体引脚连接如下：

How-to-Display-data-read-by-MFRC522-through-LCD-with-Arduino

确保硬件连接无误后，继续进行下一步操作。

TFT LCD用户界面设计

首先，我们需要设计一张图片，可使用PhotoShop或其他图像设计工具进行设计。设计完成后，将图片保存为JPG格式。

打开STONE TOOL软件并创建新项目：

How-to-Display-data-read-by-MFRC522-through-LCD-with-Arduino

How-to-Display-data-read-by-MFRC522-through-LCD-with-Arduino

删除新项目中默认加载的图像，并添加我们设计的UI图像。

添加文本显示组件，设计显示数字和小数点，获取文本显示组件在显示屏中的存储位置。

效果如下：

How-to-Display-data-read-by-MFRC522-through-LCD-with-Arduino

STONE 人机交互界面生成配置文件

UI设计完成后，可生成配置文件并下载至STVC050WT-01显示屏，具体操作详见STONE开发资料。

首先执行步骤1，然后将USB闪存盘插入电脑，磁盘图标将显示出来。然后点击“下载到U盘”将配置文件下载到USB闪存盘，再将USB闪存盘插入STVC050WT-01完成升级。

MFRC522模块

无需对MFRC522模块进行编程。只需确保硬件连接可靠。

带完整代码的Arduino库文件

打开Arduino IDE并找到以下按钮：

How-to-Display-data-read-by-MFRC522-through-LCD-with-Arduino

安装完成后，可在Arduino的LIB库文件夹中找到MFRC522的示例代码：

双击文件打开。

此示例可直接测试。编译并将代码下载到Arduino开发板后，若硬件连接无误，可在串口调试工具中看到MFRC522的数据。

Double-click the file to open it.

This

MFRC522模块

无需对MFRC522模块进行编程。只需确保硬件连接可靠。

带完整代码的Arduino库文件

打开Arduino IDE并找到以下按钮：

 * --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 * Example sketch/program showing how to read new NUID from a PICC to serial.
 * --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 * This is an MFRC522 library example; for further details and other examples see: https://github.com/miguelbalboa/rfid
 *
 * Example sketch/program showing how to the read data from a PICC (that is: an RFID Tag or Card) using an MFRC522 based RFID
 * Reader on the Arduino SPI interface.
 *
 * When the Arduino and the MFRC522 module are connected (see the pin layout below), load this sketch into Arduino IDE
 * then verify/compile and upload it. To see the output: use Tools, Serial Monitor of the IDE (hit Ctrl+Shft+M). When
 * you present a PICC (that is: an RFID Tag or Card) at reading distance of the MFRC522 Reader/PCD, the serial output
 * will show the type, and the NUID if a new card has been detected. Note: you may see "Timeout in communication" messages
 * When removing the PICC from reading distance too early.
 *
 * @license Released into the public domain.
 *
*/
#include
#include
#define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9
MFRC522 rfid(SS_PIN, RST_PIN); // Instance of the class
MFRC522::MIFARE_Key key;
// Init array that will store new NUID
byte nuidPICC[4];
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  SPI.begin(); // Init SPI bus
  rfid.PCD_Init(); // Init MFRC522
  for (byte i = 0; i < 6; i++) {
    key.keyByte[i] = 0xFF;
  }
  Serial.println(F("This code scan the MIFARE Classsic NUID."));
  Serial.print(F("Using the following key:"));
  printHex(key.keyByte, MFRC522::MF_KEY_SIZE);
}
void loop() {
  // Reset the loop if no new card present on the sensor/reader. This saves the entire process when idle.
  if ( ! rfid.PICC_IsNewCardPresent())
    return;
  // Verify if the NUID has been readed
  if ( ! rfid.PICC_ReadCardSerial())
    return;
  Serial.print(F("PICC type: "));
  MFRC522::PICC_Type piccType = rfid.PICC_GetType(rfid.uid.sak);
  Serial.println(rfid.PICC_GetTypeName(piccType));
  // Check is the PICC of Classic MIFARE type
  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;
  }
  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."));
    // Store NUID into nuidPICC array
    for (byte i = 0; i < 4; i++) {
      nuidPICC[i] = rfid.uid.uidByte[i];
    }
    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();
  }
  else Serial.println(F("Card read previously."));
  // Halt PICC
  rfid.PICC_HaltA();
  // Stop encryption on PCD
  rfid.PCD_StopCrypto1();
}
/**
 * Helper routine to dump a byte array as hex values to Serial.
 */
void printHex(byte *buffer, byte bufferSize) {
  for (byte i = 0; i < bufferSize; i++) {
    Serial.print(buffer[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
    Serial.print(buffer[i], HEX);
  }
}
/**
 * Helper routine to dump a byte array as dec values to Serial.
 */
void printDec(byte *buffer, byte bufferSize) {
  for (byte i = 0; i < bufferSize; i++) {
    Serial.print(buffer[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
    Serial.print(buffer[i], DEC);
  }
}

双击文件打开。

打开Arduino串口监听器，你可以看到以下输出：

这段代码非常简单，我相信你一眼就能看懂。我不得不说，Arduino的模块化编程非常方便，甚至不需要理解UART和SPI驱动程序的实现细节。

当然，上述代码是官方示例，我仍需进行一些修改以将数据显示到 STONE 的显示屏上。

通过Arduino UNO将数据显示到STONE显示屏

首先，我们需要获取STONE显示屏中显示MFRC522数据的组件地址：

在我的项目中，地址如下：

MFRC522检测结果输出地址：0x0001

MFRC522卡片结果输出地址：0x0004

如果您需要更改相应区域的显示内容，可以通过Arduino UNO的串口向显示屏的相应地址发送数据来修改显示内容。

修改后的代码如下：

/*
 * --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 * Example sketch/program showing how to read new NUID from a PICC to serial.
 * --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 * This is an MFRC522 library example; for further details and other examples see: https://github.com/miguelbalboa/rfid
 *
 * Example sketch/program showing how to read data from a PICC (that is: an RFID Tag or Card) using an MFRC522 based RFID
 * Reader on the Arduino SPI interface.
 *
 * When the Arduino and the MFRC522 module are connected (see the pin layout below), load this sketch into Arduino IDE
 * then verify/compile and upload it. To see the output: use Tools, Serial Monitor of the IDE (hit Ctrl+Shft+M). When
 * you present a PICC (that is: an RFID Tag or Card) at reading distance of the MFRC522 Reader/PCD, the serial output
 * will show the type, and the NUID if a new card has been detected. Note: you may see "Timeout in communication" messages
 * When removing the PICC from reading distance too early.
 *
 * @license Released into the public domain.
 *
*/
#include
#include
#define read_card_addr          0x01
#define read_num_addr           0x04
unsigned char read_card_status[8]= {0xA5, 0x5A, 0x05, 0x82,\
                                   0x00, read_card_addr, 0x00, 0x00};
unsigned char read_card_num[10]=       {0xA5, 0x5A, 0x07, 0x82, 0x00, \
                                   read_num_addr,  0x00, 0x00,0x00,0x00};
#define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9
MFRC522 rfid(SS_PIN, RST_PIN); // Instance of the class
MFRC522::MIFARE_Key key;
// Init array that will store new NUID
byte nuidPICC[4];
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  SPI.begin(); // Init SPI bus
  rfid.PCD_Init(); // Init MFRC522
  for (byte i = 0; i < 6; i++) {
    key.keyByte[i] = 0xFF;
  }
//  Serial.println(F("This code scan the MIFARE Classsic NUID."));
//  Serial.print(F("Using the following key:"));
//  printHex(key.keyByte, MFRC522::MF_KEY_SIZE);
}
void loop() {
  // Reset the loop if no new card present on the sensor/reader. This saves the entire process when idle.
  if ( ! rfid.PICC_IsNewCardPresent())
    return;
  // Verify if the NUID has been readed
  if ( ! rfid.PICC_ReadCardSerial())
    return;
 // Serial.print(F("PICC type: "));
  MFRC522::PICC_Type piccType = rfid.PICC_GetType(rfid.uid.sak);
//  Serial.println(rfid.PICC_GetTypeName(piccType));
  // Check is the PICC of Classic MIFARE type
  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;
  }
  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."));
     read_card_status[7]=0x01;
     Serial.write(read_card_status,8);
    // Store NUID into nuidPICC array
    for (byte i = 0; i < 4; i++) {
      nuidPICC[i] = rfid.uid.uidByte[i];
    }
    read_card_num[6]=rfid.uid.uidByte[0];
    read_card_num[7]=rfid.uid.uidByte[1];
    read_card_num[8]=rfid.uid.uidByte[2];
    read_card_num[9]=rfid.uid.uidByte[3];
    Serial.write(read_card_num,10);
   // 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();
  }
  //else Serial.println(F("Card read previously."));
  // Halt PICC
  rfid.PICC_HaltA();
  // Stop encryption on PCD
  rfid.PCD_StopCrypto1();
}
/**
 * Helper routine to dump a byte array as hex values to Serial.
 */
void printHex(byte *buffer, byte bufferSize) {
  for (byte i = 0; i < bufferSize; i++) {
    Serial.print(buffer[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
    Serial.print(buffer[i], HEX);
  }
}
/**
 * Helper routine to dump a byte array as dec values to Serial.
 */
void printDec(byte *buffer, byte bufferSize) {
  for (byte i = 0; i < bufferSize; i++) {
    Serial.print(buffer[i] < 0x10 ? " 0" : " ");
    Serial.print(buffer[i], DEC);
  }
}

MFRC522模块

无需对MFRC522模块进行编程。只需确保硬件连接可靠。

带完整代码的Arduino库文件

打开Arduino IDE并找到以下按钮：

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