RFID标签UID读取

概述

本节介绍从 RC522 模块读取和验证 RFID 标签 UID（唯一标识符）的相关内容，包括标签区分、UID 字符串格式化以及实现标签白名单逻辑。学习完本节后，您将能够：

以十六进制字符串形式读取和解析 RFID 标签 UID
通过 UID 区分多个标签
使用白名单/黑名单逻辑实现标签验证
处理常见的 UID 读取边缘情况

前置要求

开始本节前，请确保您已完成：

RC522 模块已接线并验证（05-02、05-03）
MFRC522 库已安装
至少两个不同的 RFID 标签/卡用于测试
基本草稿模板已就绪

核心概念

什么是 UID？

每个 RFID 标签在制造时都有一个唯一的标识符（UID）烧录在芯片中：

MIFARE Classic 1K 的 UID 结构：
┌─────────┬─────────┬─────────┬─────────┐
│ 字节 0  │ 字节 1  │ 字节 2  │ 字节 3  │
├─────────┼─────────┼─────────┼─────────┤
│  0x04   │  0xA3   │  0xB2   │  0xC1   │
└─────────┴─────────┴─────────┴─────────┘

→ 完整 UID 字符串："04A3B2C1"（4 字节 UID，8 个十六进制字符）
→ 完整 UID 字符串："045A3B2C1D"（5 字节 UID，10 个十六进制字符）

关于 UID 的重要事实：

UID 不加密——它们是只读标识符
大多数 MIFARE Classic 标签具有 4 字节 UID
较新的标签（NTAG、MIFARE Ultralight）可能具有 7 字节 UID
UID 每个标签唯一，但存在克隆可能（安全性限制）
UID 可以印在标签本体上以便识别

标签/卡类型

RC522 支持多种标签/卡类型：

类型	UID 大小	典型用途	成本
MIFARE Classic 1K（S50）	4 字节	门禁控制、交通	约 $0.50
MIFARE Classic 4K（S70）	4 字节	复杂应用	约 $1.00
MIFARE Ultralight	7 字节	一次性使用、活动票务	约 $0.20
NTAG213/215/216	7 字节	NFC 标签、产品标签	约 $0.30
MIFARE DESFire	7 字节	高安全性	约 $3.00

实施步骤

步骤 1：以十六进制字符串读取 UID

创建一个读取标签 UID 并将其转换为十六进制字符串的函数：

#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>

#define RST_PIN   4
#define SS_PIN    5
MFRC522 rfid(SS_PIN, RST_PIN);

/**
 * 读取 RFID 标签 UID 并返回十六进制字符串
 * 如果未检测到标签则返回空字符串
 */
String readTagUID() {
  // 检查是否有新卡出现
  if (!rfid.PICC_IsNewCardPresent()) {
    return "";
  }

  // 读取卡的序列号
  if (!rfid.PICC_ReadCardSerial()) {
    return "";
  }

  // 构建 UID 字符串
  String uid = "";
  for (byte i = 0; i < rfid.uid.size; i++) {
    if (rfid.uid.uidByte[i] < 0x10) {
      uid += "0";  // 单位数十六进制数字前面补零
    }
    uid += String(rfid.uid.uidByte[i], HEX);
  }
  uid.toUpperCase();

  // 停止通信
  rfid.PICC_HaltA();
  rfid.PCD_StopCrypto1();

  return uid;
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  SPI.begin();
  rfid.PCD_Init();

  Serial.println("RFID 标签读取器就绪");
  Serial.println("将标签靠近读取器...");
  Serial.println();
}

void loop() {
  String uid = readTagUID();

  if (uid.length() > 0) {
    Serial.print("检测到标签！UID：");
    Serial.print(uid);
    Serial.print(" | 长度：");
    Serial.print(uid.length());
    Serial.println(" 个十六进制字符");

    delay(2000);  // 防止快速重复读取
  }
}

预期输出：

RFID 标签读取器就绪
将标签靠近读取器...

检测到标签！UID：04A3B2C1 | 长度：8 个十六进制字符
检测到标签！UID：E5F8123456 | 长度：10 个十六进制字符

步骤 2：实现标签白名单

对于资产追踪系统，只应接受已知/已注册的标签：

// 定义已知标签（白名单）
// 将这些替换为您的实际标签 UID
const String KNOWN_TAGS[] = {
  "04A3B2C1",    // 员工 A / 资产 1
  "E5F8123456",  // 员工 B / 资产 2
  "1A2B3C4D"     // 员工 C / 资产 3
};
const int TAG_COUNT = sizeof(KNOWN_TAGS) / sizeof(KNOWN_TAGS[0]);

// 标签所有者名称（用于识别）
const String TAG_NAMES[] = {
  "ESP32_TEAM",  // 员工 A
  "BLANK_TAG",   // 员工 B
  "DEVICE_C"     // 员工 C
};

bool isKnownTag(String uid) {
  for (int i = 0; i < TAG_COUNT; i++) {
    if (uid == KNOWN_TAGS[i]) {
      return true;
    }
  }
  return false;
}

String getTagName(String uid) {
  for (int i = 0; i < TAG_COUNT; i++) {
    if (uid == KNOWN_TAGS[i]) {
      return TAG_NAMES[i];
    }
  }
  return "未知";
}

void loop() {
  String uid = readTagUID();

  if (uid.length() > 0) {
    if (isKnownTag(uid)) {
      String name = getTagName(uid);
      Serial.print("✅ 欢迎，");
      Serial.print(name);
      Serial.print("！（UID：");
      Serial.print(uid);
      Serial.println(")");
    } else {
      Serial.print("❌ 未知标签：");
      Serial.println(uid);
    }

    delay(2000);
  }
}

步骤 3：标签初始化和注册

在首次设置时，您可能需要注册未知标签：

void loop() {
  String uid = readTagUID();

  if (uid.length() > 0) {
    if (isKnownTag(uid)) {
      String name = getTagName(uid);
      Serial.print("已知用户：");
      Serial.println(name);
    } else {
      // 注册新标签
      Serial.print("检测到新标签！UID：");
      Serial.println(uid);
      Serial.println("输入 'register <name>' 注册此标签");
      // 在实际系统中，这将发布到 MQTT
      // 让 Node-RED 处理注册
    }

    delay(2000);
  }
}

步骤 4：多标签区分

当系统使用多个标签时，以不同方式处理每个标签非常重要：

// 扩展标签处理，带角色
enum TagAction {
  ACTION_CHECK_IN,
  ACTION_CHECK_OUT,
  ACTION_ACCESS_DENIED
};

struct TagInfo {
  String uid;
  String name;
  bool isActive;  // 当前是否已签到
};

TagInfo tags[] = {
  {"04A3B2C1", "ESP32_TEAM", false},
  {"E5F8123456", "BLANK_TAG", false}
};
const int TAG_INFO_COUNT = sizeof(tags) / sizeof(tags[0]);

TagAction processTag(String uid) {
  for (int i = 0; i < TAG_INFO_COUNT; i++) {
    if (uid == tags[i].uid) {
      if (!tags[i].isActive) {
        // 当前已签退 → 执行签到
        tags[i].isActive = true;
        Serial.print(tags[i].name);
        Serial.println(" 已签到");
        return ACTION_CHECK_IN;
      } else {
        // 当前已签到 → 执行签退
        tags[i].isActive = false;
        Serial.print(tags[i].name);
        Serial.println(" 已签退");
        return ACTION_CHECK_OUT;
      }
    }
  }
  return ACTION_ACCESS_DENIED;
}

验证

测试 UID 读取功能：

// 测试脚本
// 1. 上传基础 UID 读取草稿
// 2. 以 115200 波特率打开串口监视器
// 3. 将标签 #1 靠近读取器

// 预期：
// 检测到标签！UID：04A3B2C1 | 长度：8 个十六进制字符
// ✅ 欢迎，ESP32_TEAM！（UID：04A3B2C1）

// 4. 将标签 #2 靠近读取器

// 预期：
// 检测到标签！UID：E5F8123456 | 长度：10 个十六进制字符
// ✅ 欢迎，BLANK_TAG！（UID：E5F8123456）

// 5. 放置一个未注册的标签

// 预期：
// 检测到标签！UID：9B8C7D6E | 长度：8 个十六进制字符
// ❌ 未知标签：9B8C7D6E

验证清单：

每个标签返回唯一的 UID
已知标签被正确按名称识别
未知标签被拒绝并显示错误消息
UID 字符串格式一致（大写，无空格）
重复扫描时标签操作在签到和签退之间切换

故障排除

问题 1：UID 包含意外字符

症状：UID 字符串显示类似 FFFFFFA3B2C1 的值

原因：Arduino 中有符号字节解释导致的负字节值

解决方案：

// 使用正确的十六进制格式化以避免符号扩展
String uid = "";
for (byte i = 0; i < rfid.uid.size; i++) {
  char hex[3];
  sprintf(hex, "%02X", rfid.uid.uidByte[i]);  // 始终 2 个字符
  uid += hex;
}

问题 2：同一标签显示不同的 UID

症状：同一标签有时返回不同的 UID 字符串

原因：读取错误或 CRC 不匹配

解决方案：

检查天线连接
减少读取距离
添加读取验证：

bool readVerifiedUID(String &outUid) {
  String firstRead = readTagUID();
  delay(100);
  String secondRead = readTagUID();

  if (firstRead == secondRead && firstRead.length() > 0) {
    outUid = firstRead;
    return true;
  }
  return false;
}

问题 3：标签未能正确区分

症状：两个不同的标签被识别为同一个

原因：只使用了 7 字节 UID 的最后 4 个字节（截断）

解决方案：

// 始终使用完整的 UID
String uid = "";
for (byte i = 0; i < rfid.uid.size; i++) {
  uid += String(rfid.uid.uidByte[i], HEX);
}
// 不要截断为最后 4 个字节

最佳实践

✅ 建议：将 UID 存储为大写十六进制字符串以确保一致性
✅ 建议：使用白名单方法以确保安全（拒绝未知标签）
✅ 建议：读取后始终停止卡片通信（PICC_HaltA()）
❌ 避免：将 UID 用于安全关键型认证（UID 可被克隆）
❌ 避免：假设所有标签都有 4 字节 UID——处理 4 字节和 7 字节两种变体

总结

UID 读取：按顺序使用 PICC_IsNewCardPresent() + PICC_ReadCardSerial()
UID 格式：4 字节（8 个十六进制字符）或 7 字节（14 个十六进制字符），始终使用完整 UID
标签验证：为已知标签实现白名单，拒绝未知标签
状态追踪：追踪每个标签的签到/签退状态以实现切换逻辑

RFID标签UID读取

概述

前置要求

核心概念

什么是 UID？

标签/卡类型

实施步骤

步骤 1：以十六进制字符串读取 UID

步骤 2：实现标签白名单

步骤 3：标签初始化和注册

步骤 4：多标签区分

验证

故障排除

问题 1：UID 包含意外字符

问题 2：同一标签显示不同的 UID

问题 3：标签未能正确区分

最佳实践

总结

参考