信頼できるDIY RFIDリーダーの構築：ステップバイステップガイド

あなたのプロジェクトが電波周波数を伴うもので、素晴らしいプロジェクトアイデアを探している、または以前DIY RFIDリーダーについて聞いたことがあってもっと知りたいですか？

なら、あなたは正しい場所にいます。

この記事ではRFIDリーダーを紹介します。

RFIDは「Radio Frequency Identification（電波式識別）」の略で、電波周波数は多くの業界で重要です。

しかし、修理や購入はあまり安くありません。また、その性質は複雑です。

この記事では、Arduinoなしで簡単なRFIDリーダー回路の作り方を紹介します。

始めましょう！

RFIDリーダーとは？

RFIDリーダーは電波周波数を使用してRFIDタグを検出し、通信します。RFIDリーダーとRFIDタグはRFID技術の両方とも不可欠な側面であり、一方が他方なしで存在することはできません。

したがって、RFIDタグにはRFIDリーダーで読み取れる情報が含まれています。スーパーマーケット製品の万引き防止シール、キーチェーン、ATMカードやクレジットカードのようなプラスチックカード、さらにはペットの皮下などでRFIDタグを見つけることができます。

一方、壁や机など固定位置に留まる据え置き型RFIDリーダーがあります。また、RFIDタグを読み取り、インテリジェントデバイスやホストコンピュータと通信できるほど柔軟なモバイルRFIDリーダーもあります。

ここからが面白いところです。

RFIDはモバイルフォン、料金所、ペット追跡チップなど、ほぼすべてのコンシューマーグレード技術で見つかります。また、RFIDはかつて軍事専用でしたが、今では誰でもこの技術を使ってRFIDタグを読み取り、識別できます。

さらに、受動型と能動型の2種類のRFIDがあります。

受動型RFID

受動型RFIDシステムはコードを保持するアンテナと回路を使用します。しかし、これらのRFIDシステムには電源がありません。受動型RFIDタグは、高出力RFIDリシーバーから信号を送信したときのみ活性化します。

まず、リーダーが低周波を送信し、受動型RFIDタグのリーダーアンテナを起動し、接続された回路をオンにします。

次に、タグは異なる周波数を使用してコード化されたメッセージをリシーバーに送り返し、プロセスを完了します。

受動型RFIDシステムの範囲は1〜30メートルです。ただし、送信周波数に依存します。

したがって、アイテムの位置を追跡したい場合、多くのRFIDリーダーが必要です。

また、受動型RFIDタグはバッテリーに依存しません。したがって、永遠に持続し、複雑さも少なくなります。

受動型RFIDリーダーは低周波信号のみを送信するわけではなく、様々な周波数を持っています。しかし、一般的に使用されるのは：

• 超高周波（UHF）— 865 MHz周波数を送信、範囲約30メートル
• 低周波（LF）— 125 kHz周波数を送信、範囲約数センチメートル
• 高周波（HF）— 13.65 MHz周波数を送信、範囲1メートル

短い周波数範囲ですが、受動型RFIDリーダーはその安価さと事実上永遠に動作できる能力により、多くの用途で機能します。

能動型RFIDリーダー

能動型はコードを送信するために電源を必要とするより強力なRFIDリーダーです。これらのRFIDシステムは受動型RFIDより長い範囲で送信し、中には数百メートルに達するものもあります。能動型RFIDの標準動作周波数は約433 MHzまたは915 MHzです。

能動型RFIDにはビーコンとトランスポンダーの2タイプがあります。

ビーコンはリーダーからの活性化なしで信号を送信できます。しかし、この機能はビーコンタグのバッテリー寿命に劇的に影響します。

さらに、トランスポンダーはビーコンの逆のようなものです。受動型RFIDシステムのように動作し、リーダーが信号を送信するまでコードを送り返しません。

受動型RFIDとは異なり、能動型RFIDはバッテリー容量に依存して最大5年間持続します。また、一部のタグはバッテリー交換可能ですが、永久バッテリーを使用するものもあります。

注: 受動型と能動型の両方のRFIDには書き込み可能タグと読み取り専用タグがあります。読み取り専用タグでは、タグにコード化されたデータを変更できません。対照的に、書き込み可能タグではラベルに含めるデータを選択できます。

RFIDの仕組み

RFIDリーダーとRFIDタグは異なる仕組みで動作します。一部のRFIDリーダーは電気ネットワークへの接続を必要とします。しかし、RFIDタグは異なります。

スーパーマーケットの製品に貼られている典型的なRFIDシールやRFIDベースのアクセス制御カードは、動作にいかなる形の電源も使用しません。

それらが使用するのは誘導の原理です。したがって、これらのタグは受動型です。

チップやシールに電力を供給するには、タグのアンテナを通じて電子の流れを可能にする電磁界を取り除く必要があります。

チップがパワーアップすると、エンコードされた情報を電波周波数で送信します。このプロセスをバック散乱と呼びます。

最後に、RFIDリーダーがバック散乱を検出し翻訳し、解釈されたデータをマイクロコントローラ（Arduinoなど）やコンピュータに送信します。これにより、タグのエンコードされたメッセージを読み取れます。

DIY RFIDリーダー—RFIDリーダーの作り方

それでは、Arduinoなしで簡単なRFID回路の作り方を見てみましょう。

ArduinoなしのRFIDカードリーダー

Arduinoを使わずに構築できる簡単なRFID回路を紹介します。この回路には送信機と受信機の2つの部分があります。したがって、送信機を受信機の近くに置くと、ブザーが作動するはずです。

このプロジェクトでは、送信機と受信機の作り方を学びます。回路図はこちら：

DIY RFIDリーダー—必要なコンポーネント

このプロジェクトに必要なコンポーネントは以下の通りです：

• LM324コンパレータIC (1)
• 3.5Vブザー (1)
• 5mm LED (1)

• BC484 NPNトランジスタ (1)
• 2N2222 NPNトランジスタ (1)
• 33pF可変コンデンサ (1)
• ベロボード (2)
• 3Vコインセル (1)
• ハンダ線 (1)
• ジャンパーワイヤ
• 82kΩ、1kΩ、2.2MΩ、100kΩ抵抗 (5)
• 45W-65Wハンダゴテ (1)
• 9V DC電池クリップ付き (1)
• 1N4148ツェナーダイオード (1)
• 3メートル 25/16ゲージエナメル銅線 (1)
• プッシュボタン (1)

DIY RFIDリーダー—LM324コンパレータIC

LM324コンパレータICのピンアウト図はこちら：

DIY RFIDリーダー—RFID送信機の構築手順

RFID送信機を構築するために従うべき手順は以下の通りです：

ステップ1

プロジェクトを始める前に、常にコンポーネントが準備できていることを確認してください。

ステップ2

ベロボードを1枚用意し、BF494 NPNトランジスタをボードにはんだ付けします。その後、82kΩ抵抗をトランジスタのベースに接続し、接続をはんだ付けします。

ステップ3

次に、10pFと82pFコンデンサを82kΩ抵抗と並列に配置し、接続をはんだ付けします。また、1kΩ抵抗を82pFコンデンサと直列に接続し、はんだ付けします。

ステップ4

25ゲージ銅線を取り、6ターンのコイルを作ります。片方をトランジスタのコレクタに、もう片方を27pFコンデンサに接続します。はんだ付けを忘れずに。

ステップ5

最後に、プッシュボタンとアンテナコイルセルをベロボードに接続し、接続をはんだ付けします。

DIY RFIDリーダー—RFID受信機の構築手順

RFID受信機を構築する手順は以下の通りです：

ステップ1

LM324コンパレータICをベロボードに配置し、ICのピン11（-）とピン4（-）の間に100µFコンデンサを接続します。また、2.2MΩ抵抗をピン1とピン2の間にはんだ付けし、100kΩ抵抗をピン2とピン3の間に接続します。

ステップ2

次に、33pF可変コンデンサをピン2とピン3の間に接続し、10pFコンデンサを33pFコンデンサと直列にはんだ付けします。

ステップ3

LEDを取り、+極をコンパレータのピン1に接続します。また、LEDの-極を1kΩ抵抗で2N2222トランジスタのベースに接続します。

ステップ4

次に、5Vブザーの-極をトランジスタのコレクタに、+極を1N4148ツェナーダイオードの+極に接続します。また、25ゲージ銅線コイルをトランジスタのエミッタと10pFコンデンサの間に接続します。

ステップ5

最後に、電池を取り、正極をピン4に、負極をピン11に接続します。これで回路をオンにして動作するかテストできます。

DIY RFIDリーダー—用途

RFID受信機の用途：

• 盗難品や不正製品の検出

• 学校やオフィスの出席管理に対応
• 在庫追跡に対応

まとめ

前述の通り、RFIDシステムは無線スペクトル内の様々な周波数にアクセスできます。また、無線スペクトルの周波数は赤外線とELF（極超長波）の間にあります。

ただし、無線スペクトルの電波がすべての周波数で同じ振る舞いをするわけではないことは言及する価値があります。したがって、あなたが考えている用途に適した周波数を選択することが役立ちます。

これに基づき、LF（低周波）システム、HF（高周波）システム、UHF（超高周波）アクティブシステムの3つのRFIDシステムがあります。

さて、この記事を締めくくります。ご質問があればお知らせください。喜んでお手伝いします。