基于STM32F103系列的RFID低频读卡器设计项目保姆级教程

1. 适用场景

基于STM32F103系列的RFID低频读卡器设计项目是一个极具实用价值的嵌入式系统开发教程，特别适合以下应用场景：

门禁控制系统：该教程详细展示了如何构建一个完整的RFID门禁系统，可用于办公楼、实验室、住宅小区等场所的出入管理。系统能够识别授权卡片并控制电磁锁或继电器开关。

考勤管理系统：通过RFID技术实现员工考勤记录，系统可以准确记录每位员工的进出时间，适用于企业、学校等需要考勤管理的场所。

资产追踪系统：利用RFID标签对贵重资产进行标识和追踪，可应用于图书馆、仓库、实验室等需要对物品进行精确管理的环境。

智能家居应用：将RFID技术融入智能家居系统，实现智能门锁、个性化场景设置等功能，提升家居安全性和便利性。

物联网节点设备：作为物联网系统的前端数据采集节点，RFID读卡器可以与其他传感器配合使用，构建更复杂的智能系统。

2. 适配系统与环境配置要求

硬件要求

• 主控芯片：STM32F103C8T6（蓝板）或同系列兼容芯片
• RFID读卡模块：EM-18 125kHz低频读卡器模块
• 显示设备：16×2字符LCD显示屏
• 电源供应：5V直流电源，电流需求≥100mA
• 连接线材：杜邦线、面包板等连接配件
• RFID卡片：兼容EM4100协议的125kHz RFID卡片

软件环境

• 开发工具：Arduino IDE或Keil MDK
• 编程语言：C/C++
• 库文件支持：LiquidCrystal LCD库、STM32核心支持包
• 通信协议：UART串口通信（9600bps, 8N1）
• 调试工具：串口调试助手、逻辑分析仪（可选）

系统配置

• 工作电压：3.3V-5V（注意EM-18模块需要5V供电）
• 通信接口：UART串口（PA10引脚）
• 读取距离：8-12cm（实际距离受环境和天线影响）
• 工作温度：0°C至+80°C
• 功耗特性：工作电流<50mA，待机电流更低

3. 资源使用教程

硬件连接步骤

第一步：LCD显示屏连接 将16×2 LCD显示屏按照4位模式连接到STM32F103C8T6：

• RS引脚 → PB11
• EN引脚 → PB10
• D4-D7引脚 → PB0, PB1, PC13, PC14
• VCC接5V，GND接地

第二步：RFID模块连接 EM-18 RFID读卡器连接配置：

• VCC引脚 → 5V电源
• GND引脚 → 接地
• TX引脚 → PA10（STM32的RX1）
• SEL引脚 → 悬空或接高电平（选择UART模式）

第三步：电源连接 确保所有模块的电源连接正确，STM32F103通过USB供电，EM-18模块需要额外的5V供电。

软件编程指南

初始化设置

#include <LiquidCrystal.h>
const int rs = PB11, en = PB10, d4 = PB0, d5 = PB1, d6 = PC13, d7 = PC14;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

void setup() {
  lcd.begin(16, 2);
  Serial1.begin(9600);
  pinMode(PA10, INPUT);
  
  // 显示欢迎信息
  lcd.print("RFID Reader");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Ready...");
  delay(2000);
  lcd.clear();
}

主循环处理

void loop() {
  char RFID[12];
  int count = 0;
  
  while(Serial1.available() && count < 12) {
    RFID[count] = Serial1.read();
    count++;
    lcd.print(RFID[count]);
    
    if (count == 12) {
      lcd.clear();
      lcd.print("Card ID:");
      lcd.setCursor(0, 1);
      for(int i=0; i<12; i++) {
        lcd.print(RFID[i]);
      }
      delay(2000);
      lcd.clear();
      count = 0;
    }
  }
}

数据处理逻辑

RFID卡片数据采用12位ASCII格式：

• 前2位：前导码（固定为02）
• 中间8位：卡片唯一ID（十六进制）
• 最后2位：校验位（XOR校验值）

示例卡片数据：0200107D0D62

• 卡片ID：0001080589（十进制）
• 校验计算：02 XOR 00 XOR 10 XOR 7D XOR 0D = 62

4. 常见问题及解决办法

问题1：读卡器无法检测到卡片

可能原因：

• 卡片与读卡器距离过远或角度不正确
• 卡片类型不兼容（非125kHz EM4100协议）
• 读卡器天线损坏或连接不良

解决方案：

• 确保卡片在8-12cm有效读取范围内
• 确认使用兼容的125kHz RFID卡片
• 检查天线连接，必要时更换读卡器模块

问题2：串口通信数据异常

可能原因：

• 波特率设置不匹配（应为9600bps）
• 接线错误或接触不良
• 电磁干扰影响信号质量

解决方案：

• 确认STM32和EM-18都设置为9600bps, 8N1格式
• 检查TX-RX交叉连接是否正确
• 使用屏蔽线缆，远离强电磁干扰源

问题3：LCD显示异常或无显示

可能原因：

• 背光供电不足或损坏
• 数据线连接错误
• 对比度调节不当

解决方案：

• 检查LCD背光供电（通常需要5V）
• 确认所有数据线连接正确无误
• 调节电位器设置合适的显示对比度

问题4：系统功耗过高

可能原因：

• 模块待机模式设置不当
• 电源管理配置错误
• 外围电路存在短路

解决方案：

• 配置STM32的低功耗模式
• 优化程序逻辑，减少不必要的循环
• 检查电路是否存在异常耗电现象

问题5：多卡片识别冲突

可能原因：

• 多张卡片同时进入读取区域
• 防冲突算法未正确实现

解决方案：

• 确保一次只放置一张卡片进行读取
• 在软件中实现卡片ID验证和去重逻辑
• 增加读取间隔，避免连续快速刷卡

调试技巧

1. 使用串口调试工具：通过串口监视器查看原始数据输出
2. 逻辑分析仪检测：分析UART通信波形，确认数据完整性
3. 分步测试法：先测试LCD显示，再测试RFID读取，最后整合
4. 电源监测：使用万用表监测各模块供电电压稳定性

通过本教程的详细指导和问题解决方案，即使是嵌入式开发初学者也能顺利完成基于STM32F103的RFID读卡器项目，为后续更复杂的物联网应用开发奠定坚实基础。