前回はI2C通信を学びました。
今回はSPI通信とRFIDについて学んでゆきます。
SPI（エス・ピー・アイ）とは
SPI（Serial Peripheral Interface）通信は、主にマイコンと外部デバイス（センサ、メモリ、RFIDなど）を高速にやりとりするための通信方式です。
特徴
| 項目 | 説明 |
|---|---|
| 通信方式 | シリアル（1ビットずつ送る） |
| 通信方向 | 双方向（同時に送受信可能） |
| 接続方法 | マスター1台 + スレーブ複数可能（通常1対1） |
| 転送速度 | I2Cより高速（数MHzまで） |
| 使用ピン数 | 最低4本（後述） |
SPI通信の4本の基本線
| 信号線名 | 略称 | 説明 |
|---|---|---|
| クロック線 | SCK | データの転送タイミングを作る |
| マスター出力 / スレーブ入力 | MOSI | マスターからスレーブへデータを送る |
| マスター入力 / スレーブ出力 | MISO | スレーブからマスターへデータを返す |
| スレーブ選択 | CS（またはSS） | 通信相手を選ぶ（LOWで選択） |
RFIDとは
RFID（Radio Frequency IDentification）は、電波を使ってタグの情報を非接触で読み取る技術です。
RC522は、安価で扱いやすい13.56MHzの近距離RFIDリーダーモジュールで、SPI通信を使ってマイコンとやり取りします。
RFIDの用途（現実世界）
- ICカード（交通系カード、学生証、社員証など）
- 電子キー、出席管理、鍵認証、在庫管理 など
RC522とPico Wの接続ピン（SPI使用）
| RC522 ピン | Pico GPIOピン | 説明 |
|---|---|---|
| SDA（=SS） | GP5 | スレーブ選択（CS） |
| SCK | GP6 | SPIクロック |
| MOSI | GP7 | データ送信 |
| MISO | GP4 | データ受信 |
| RST | GP22 | リセット信号 |
| GND | GND | グランド |
| 3.3V | 3.3V | 電源（※5V不可） |
ライブラリのインストール
GitHubに公開してある、Raspberry pi W用ライブラリにアクセスし、ダウンロードします。
https://github.com/kevinmcaleer/pico-rfid/blob/main/mfrc522.py
Thonnyで開き、mfrc5cc.pyという名前でRaspberry Pi Pico Wに保存します。
例題1
読み取ったRFIDのIDを表示するプログラムは以下の通りです。
from mfrc522 import MFRC522
from machine import Pin
import utime
# RC522 初期化（Pico W の GPIO に合わせる）
reader = MFRC522(
sck=6, # SPI Clock
mosi=7, # SPI MOSI
miso=4, # SPI MISO
rst=22, # Reset
cs=5 # Chip Select
)
print("RC522 RFIDリーダー起動中...")
print("カードをかざしてください")
while True:
reader.init()
(status, tag_type) = reader.request(reader.REQIDL)
if status == reader.OK:
(status, uid) = reader.SelectTagSN()
if status == reader.OK:
print("カードが検出されました！ UID:", reader.tohexstring(uid))
utime.sleep(1)| 処理 | 内容 |
|---|---|
reader.init() | RC522の初期化（毎回必要） |
reader.request() | カードがあるか確認 |
reader.SelectTagSN() | UID（カード固有ID）を取得 |
reader.tohexstring(uid) | UIDを16進表記の文字列に変換して表示 |
例題2
登録したカードのIDと一致した場合のみビルドインLEDが光るプログラムは以下の通りです。
from mfrc522 import MFRC522
from machine import Pin
import utime
# RC522 初期化（SPI0、GPIO番号）
reader = MFRC522(sck=6, mosi=7, miso=4, rst=22, cs=5)
# Pico W のオンボードLED（"LED" という名前で定義されている）
led = Pin("LED", Pin.OUT)
# 目標UID（10進数）
target_uid = [0x33, 0x59, 0x14, 0x25]
print("カードをかざしてください...")
while True:
reader.init()
(status, tag_type) = reader.request(reader.REQIDL)
if status == reader.OK:
(status, uid) = reader.SelectTagSN()
if status == reader.OK:
print("UID:", uid)
if uid == target_uid:
print("✅ 認証成功！LED点灯")
led.value(1)
utime.sleep(1)
led.value(0)
else:
print("❌ 認証失敗：UID不一致")
utime.sleep_ms(300)| 項目 | 説明 |
|---|---|
Pin("LED", Pin.OUT) | Pico W のビルドインLEDを使う方法（公式にサポート） |
target_uid = [0x33, 0x59, 0x14, 0x25] | 登録したID |
utime.sleep(1) | 認証成功時、LEDを1秒点灯する |
課題12
Raspberry Pi Pico W と RC522 RFID モジュールを使って、以下のような簡易アクセス認証システムを作りなさい：
- ICカードをRC522にかざすと、カードのUID（識別番号）を読み取る。
- UIDがあらかじめ登録されたカードと一致する場合のみLEDを点灯させる。
- 一致しない場合はブザーや赤色LEDなどでエラーを伝える。
- UIDはシリアルモニタに常に表示すること。
解答例はこちら
from mfrc522 import MFRC522
from machine import Pin, PWM
import utime
# RC522 初期化（GPIOピン設定）
reader = MFRC522(sck=6, mosi=7, miso=4, rst=22, cs=5)
# LED（オンボード）
led = Pin("LED", Pin.OUT)
# ブザー（GP15 に接続、PWM制御）
buzzer = PWM(Pin(15))
buzzer.duty_u16(0) # 初期状態OFF
buzzer.freq(2000) # 2kHz の音（好みで調整）
# 登録済みUID（10進表記）
target_uid = [51, 89, 20, 37] # = 0x33, 0x59, 0x14, 0x25
print("カードをかざしてください...")
while True:
reader.init()
(status, tag_type) = reader.request(reader.REQIDL)
if status == reader.OK:
(status, uid) = reader.SelectTagSN()
if status == reader.OK:
print("UID:", uid)
if uid == target_uid:
print("✅ 認証成功：LED点灯")
led.value(1)
buzzer.duty_u16(0) # ブザーは鳴らさない
utime.sleep(1)
led.value(0)
else:
print("❌ 認証失敗：ブザー警告")
# ブザーを短く鳴らす
buzzer.duty_u16(1000) # 音量設定（0〜65535）
utime.sleep(0.5)
buzzer.duty_u16(0)
utime.sleep(0.3)次回はこちら
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