PN532: подключение NFC-модуля к Arduino, три режима и чтение MIFARE

Три режима: I2C, SPI и UART

Чип один, а интерфейсов три, и выбор между ними делается аппаратно. На дешёвых модулях это переключатель или две перемычки, на плате Adafruit это джемперы с подписями SEL0 и SEL1. Уровни на этих выводах читаются процессором только в момент подачи питания, и сменить режим на ходу нельзя: только выставили переключатель, потом включили питание.

Соответствие уровней SEL0 и SEL1 напечатано рядом с переключателем на самой плате, и читать надо именно свою. Платы разных производителей разводят эти выводы по-разному, и пересказать таблицу для всех невозможно.

Распиновка и что куда втыкать

• VCC это питание платы модуля: у большинства модулей допустимо от 3,3 до 5,5 В, потому что на борту стоит стабилизатор 3,3 В.
• GND это общая земля, её надо соединить с землёй Arduino, иначе модуль не услышит I2C.
• SDA и SCL это линии шины I2C, на Uno это A4 и A5, на ESP32 это выводы 21 и 22.
• TXD и RXD это линии UART, они же выводы SPI в другом режиме, так что смотреть надо на подписи своей платы.
• IRQ это выход прерывания, RSTO это выход состояния сброса, оба необязательны.
• Антенна 13,56 МГц нарисована прямо на плате, карту прикладывают к отмеченному месту.

MIFARE Classic 1K: как устроена карта

Карта MIFARE Classic 1K хранит 1 КБ, и разбита на 16 секторов по 4 блока по 16 байт. В каждом секторе блок 0 это данные производителя, блок 1 содержит UID и тоже только для чтения, блок 2 это пользовательские данные, а блок 3 это трейлер с ключами и битами доступа.

Читать блок 2 без авторизации нельзя, и это вторая причина, по которой модуль возвращает нули. Сначала выполняется аутентификация криптографией Crypto1 по ключу A или B, и только потом идёт обмен с блоком. Заводские ключи по умолчанию у карты MIFARE Classic это FFFFFFFFFFFF, но у многих карт в ключе B зашит другой код, и тогда авторизация по ключу B не проходит.

• Ключ A это 6 байт, ключ B это 6 байт, оба хранятся в трейлере сектора.
• Бит доступа в трейлере задаёт, кто читает блок, кто пишет, кто инкрементирует и кто декрементирует счётчик.
• Блоки разных секторов имеют разные ключи, поэтому дешёвая карта на все сектора не читается.
• UID это 4 или 7 байт, для MIFARE Classic 1K он обычно 4 байта и одинаков у всех карт одной партии.
• Записать можно только 16 байт за раз, это ровно размер блока без контрольной суммы.

Чтение UID и чтение блока

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PN532.h>
 
Adafruit_PN532 nfc(-1, -1);   // rezhim I2C, vyvody IRQ i RSTO ne podklyucheny
 
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  nfc.begin();
 
  uint8_t ver[4];
  if (!nfc.getFirmwareVersion(ver)) {
    Serial.println("PN532 ne nayden: proverit rezhim SEL0 SEL1");
    while (true) delay(100);
  }
  Serial.print("Firmware: ");
  Serial.print(ver[1]); Serial.print('.');
  Serial.print(ver[2]); Serial.print('.');
  Serial.println(ver[3]);
 
  nfc.SAMConfig();          // proverka karty v palke
}
 
void loop() {
  uint8_t uid[7];
  uint8_t uidLen = 0;
 
  if (nfc.readPassiveTargetID(PN532_MIFARE_ISO14443A, uid, &uidLen)) {
    Serial.print("UID: ");
    for (uint8_t i = 0; i < uidLen; i++) {
      if (uid[i] < 16) Serial.print('0');
      Serial.print(uid[i], HEX);
      Serial.print(' ');
    }
    Serial.println();
    delay(800);
  }
}

uint8_t uid[7];
uint8_t uidLen = 0;
 
if (nfc.readPassiveTargetID(PN532_MIFARE_ISO14443A, uid, &uidLen)) {
  uint8_t key[6] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};
 
  // blok 2 vnutri sekora 0, kluc A
  if (nfc.authenticate(2, 1, key, uid, uidLen)) {
    uint8_t block[18];      // 16 bait dannyh i 2 bayta kontrolnoy summy
    if (nfc.mifareTransceive(uid, uidLen, block, 18)) {
      Serial.print("Blok: ");
      for (int i = 0; i < 16; i++) {
        if (block[i] < 16) Serial.print('0');
        Serial.print(block[i], HEX);
        Serial.print(' ');
      }
      Serial.println();
    }
  } else {
    Serial.println("Avtorizaciya ne proshla");
  }
  delay(1000);
}

PN532 против RC522: где на самом деле разница

Здесь в интернете путают две разные вещи. RC522 тоже работает на 13,56 МГц, как и PN532. А вот настоящие 125 кГц это совсем другие модули на чипах EM4100 и T5577, они несовместимы ни с RC522, ни с PN532. Путаница возникает из-за того, что RC522 в магазинах называют «модуль RFID».

Вывод простой: для контроля доступа по карте MIFARE Classic RC522 дешевле и проще, и справится. PN532 нужен там, где карту читает телефон, нужен формат NDEF или требуется обмен данными между двумя устройствами. Описание чтения UID карты есть в гайде про MIFARE Classic.

Что сначала не получилось

Первый вечер ушёл на сканер шины. Модуль был в заводском режиме UART, я подключил SDA и SCL и запустил сканер адресов: пусто. Я подозревал сначала питание, потом библиотеку, потом свою пайку, и только на третий день догадался посмотреть на переключатель на плате.

Второй тупик был содержательнее. Карта находилась, UID печатался правильный, а чтение блока возвращало шестнадцать нулей. Я решил, что блок пустой, и полчаса проверял ключ B. Оказалось, что чтение блока 2 без предварительной авторизации так и работает: сначала authenticate, потом обмен.

Личный опыт: замок на карте

Первое устройство с PN532 у меня было электронным замком на карте MIFARE Classic. Задача была простой: приложил карту, реле щёлкнуло, дверь открылась. Мозг Arduino сверял UID с белым списком, и всё.

Что выяснилось по ходу. Скорость считывания UID держится в пределах 30 миллисекунд, но при включённом питании реле в момент опроса давало щелчок в показаниях, поэтому силовую часть я вынес на отдельное питание. Дальше я решил писать в блок 2 карты номер абонемента, и вот тут вылезло то, чего не ожидал: у части карт ключ B был нестандартный, и запись в сектор 4 проходила, а в сектор 5 нет. Пришлось читать ключи из трейлера и проверять, какой сектор доступен.

Авторская позиция: когда брать PN532

Новичку я бы посоветовал сначала купить RC522 и научиться читать UID. Это дешевле, в комплекте с набором он часто уже лежит, и задача «прочитал карту и открыл дверь» закрывается за вечер.

PN532 оправдан, когда рядом живёт телефон. Записать на метку адрес сайта, считать NDEF с телефона, принять данные с другого телефона: вот эти три сценария на RC522 невозможны в принципе. И ещё один довод: PN532 можно запустить по I2C и не занимать выводы Arduino под SPI.

И последнее: не покупайте модули, где распаяна только часть переключателя. Полноценный модуль с тремя режимами стоит чуть дороже, зато вы не привязаны к одному интерфейсу и не будете перепаивать провода, когда упрётесь в число свободных выводов.

Частые вопросы