用 Python 读写 NFC 标签！工业应用中的 Raspberry Pi 实践应用

在我的印象中，基于 RFID 的企业管理已在各行各业普及。也许是在 2010 年前后，当时的初始成本要比现在高得多，但在大公司和某些行业中，RFID 的引入还是很明显的。

为应对日本社会面临的挑战，有必要实现企业运营的自动化并提高效率。
在劳动力短缺和人力资源方面，如果企业想要提高效率，未来也将引入人工智能技术。

在考虑效率时，数据收集、积累和分析的时代已经过去。未来，基于数据的进一步优化（包括预测和自动化）的需求日益增长。

其中，使用 RFID 标签的系统被推荐为第一种方法，因为它的引入难度较低，而且广泛适用于各种情况。

什么是 RFID？

许多人认为很难理解 RFID 中的许多术语。

RFID 是 “Radio Frequency Identification “的缩写，直译为 “射频识别”，是一种利用无线电波以非接触方式接收数据的系统。

它是一种无线电波，有一定的带宽。
例如，用于电子支付的近距离无线通信（NFC）属于高频频段（短波：13.56 MHz），是一种短距离数据交换机制。
NFC 是 “Near Field Communication”（近距离无线通信）的缩写，因此它的意思是 “短距离无线通信”，而短距离就是这个意思。
NFC 可以理解为 RFID 的高频频段。

UHF 频段

另一个频段是 UHF 频段。
UHF 是 “超高频 “的缩写。日本的 920 MHz 频段和海外的 860 MHz 频段最为常见。

该波段主要用于工业应用。这是因为它在工业应用中的优势。

工业用 RFID 标签产品示例

可固定在金属表面
可嵌入混凝土中
完全防水
即使在快速移动的物体上也能读取。

上述高频带 NFC 规格只能在约 10 厘米的距离内读取。
想象一下电子支付。一般来说，距离就是这么远。

另一方面，UHF 波段可以在几米到 5 米之外读取。*这两种情况下的距离视条件而定。
此外，NFC（≒HF 频段）是一对一的通信，而 UHF 频段可以同时读取多个信息。

商业用途的 RFID

这可以成为在配送中心提取货物、在仓库管理库存和发货/收货的有效手段。

该系统可用于半成品的库存控制，以防止库存过多和成品短缺。

过去，我们从基于纸张的操作发展到条形码管理，然后是 QR 码管理。现在，同时扫描多个物品的 RFID（尤其是超高频）系统也很常见。

例如，广泛使用的 QR 码很容易受到灰尘和障碍物的影响，通常无法在预定地点使用。
在这方面，RFID 标签因其抗灰尘和障碍物的能力，可以适用于任何地点。

初始成本和运行成本都比以前低。
，如工业用 Raspberry Pi 等节省空间的系统，现在无需直接连接大型 PC 即可安装。
协同工作的物联网终端的处理速度在过去几年也有所提高。

这种环境也增加了 RFID 标签系统化使用的可能性。
　

UHF 标签读取系统（以 PL-R4 为例）

简而言之，RFID 和 NFC 包含非常详细和复杂的内容，因此您需要从一开始就选择专门用于工业用途的设备。

在工业用 Raspberry Pi 上，使用 NFC 或 UHF 频段系统化 RFID 阅读器并非不合理。它占用的空间很小，非常紧凑。
可连接一个小型监视器进行实时可视化。

Raspberry Pi 本身也是为工业应用而设计的，因此可以安装在恶劣的环境中。

RFID 阅读器 PL-R4 RFID 型号

在工业级 Raspberry Pi 上试用 NFC

从这里开始，我们将尝试 RFID 标签的实际操作。
建议实际运行系统，以便更好地了解加载速度等。

如果用 NFC（≈HF 频段）代替 UHF 频段，您就可以直接试用。

即使您需要测试示例程序或自己编写代码，现在也可以使用 ChatGPT 轻松编写程序。

我们还测试了在工业级 Raspberry Pi 上使用读取 NFC 标签的读写器的读写情况，该读写器是一种现成的商业产品。

本文件后半部分包含了一个可运行的 Python 程序，请复制并使用该程序。

当时的环境

Raspberry Pi 操作系统（靶心）安装在 PL-R4（使用 CM4）上，这是一款工业级 Raspberry Pi。32 位版本。

PL-R4（配备 Raspberry Pi CM4）
树莓派操作系统（靶心）32 位
索尼 PaSoRi S380/P
两种 NFC 读/写卡

索尼 S380/P 可通过 USB 电缆连接并使用 lsusb 检查来确认所需的 ID。

lsusb

Bus 001 Device 008: ID 054c:06c3 Sony Corp. RC-S380

安装 nfcpy

让我们先安装 nfcpy，并从一个示例程序中试用它。

我想用 pip 安装它，所以我将 Python 设为虚拟环境，然后安装了它。

source env/bin/activate然后就会在终端中看到 (env)。这说明你正处于虚拟环境中。

python3 -m venv env     # Create a Python virtual environment
source env/bin/activate # Activate the virtual environment
pip3 install nfcpy      # Install using pip3

最后，如果想从（env）回到原来的提示符，只需输入deactivate并运行即可。在这种情况下，我们将留在 (env) 中，直到一切结束。

安装 nfcpy 时，包括其他模块在内的版本如下（撰写本文时）

libusb1-3.3.1 ndeflib-0.3.3 nfcpy-1.0.4 pydes-2.0.1 pyserial-3.5

剩下的工作就是检查操作，然后执行程序进行读/写。

操作检查

首先，运行python3 -m nfc 。最终结果应如下所示

python3 -m nfc

This is the 1.0.4 version of nfcpy run in Python 3.9.2
on Linux-6.1.21-v8+-aarch64-with-glibc2.31
I'm now searching your system for contactless devices
** found SONY RC-S380/P NFC Port-100 v1.11 at usb:001:008
I'm not trying serial devices because you haven't told me
-- add the option '--search-tty' to have me looking
-- but beware that this may break other serial devs

一开始可能会出错。

这是因为 NFC 阅读器是以用户权限运行的，尽管设备是以 root 权限运行的。
你可以用 sudo 运行它，但要根据终端信息添加 udev 规则。
命令已显示，复制并按原样执行即可。

下面的示例就是我所处的环境。
每个设备的 “供应商 “和 “产品 “值都不同。请勿原样复制。请在您的环境中按照终端显示的内容运行该命令。

对于索尼 S380/P，054c和06c3是 ID。

sudo sh -c 'echo SUBSYSTEM==\"usb\", ACTION==\"add\", ATTRS{idVendor}==\"054c\", ATTRS{idProduct}==\"06c3\", GROUP=\"plugdev\" >> /etc/udev/rules.d/nfcdev.rules'

sudo udevadm control -R # Reload udev rules immediately

在此重启一次。

重启后，不再需要使用 sudo 权限运行
再次运行python3 -m nfc并检查是否存在开头所述的错误。

此后，处理 NFC 阅读器的 Python 程序也可以在没有 sudo 的情况下运行。

重启后，运行source env/bin/activate，然后运行示例程序。
如果您刚刚在主目录下运行了python3 -m venv env，则会出现source ~/env/bin/activate.
如果您没有 venv 环境，则会出现ModuleNotFoundError: No module named 'ndef'.

试用样本

通过 git clone 获取 nfcpy 示例文件。文件位于/nfcpy/examples 。

git clone https://github.com/nfcpy/nfcpy.git
cd ./nfcpy/examples

其中，我们将使用 tagtool.py 来检索信息。

添加 show 命令查看内容，添加 format 命令格式化（初始化）内容。

获取

python3 tagtool.py show

格式化（初始化）

python3 tagtool.py format

数据一旦写入 NFC，就可以锁定。如果没有上锁，内容可以被擦除并重新写入。据估计，数据可重写约 100,000 次。这就足够了。

在 tagtool.py 中，只有写入的命令有点复杂，所以我们稍后会要求你编写一个向 ChatGPT 写入的程序。

我们试用的第一张卡是纯白色的 NXP NTAG215。

下面是通过 tagtool.py 查看的内容。

python3 tagtool.py show

[nfc.clf] searching for reader on path usb
[nfc.clf] using SONY RC-S380/P NFC Port-100 v1.11 at usb:001:008
** waiting for a tag **
Type2Tag 'NXP NTAG215' ID=04C154B2C11190
NDEF Capabilities:
  readable  = yes
  writeable = yes
  capacity  = 492 byte
  message   = 0 byte

标签类型为 Type2Tag，读/写容量为 492 字节，NDEF 信息仍为 0 字节，因此为空。

标签有多种类型，例如，Type3Tag 就是著名的电子货币 FeliCa。在这种情况下，它是 Type2Tag。

接下来，尝试另一张已写入数据的卡。

[nfc.clf] searching for reader on path usb
[nfc.clf] using SONY RC-S380/P NFC Port-100 v1.11 at usb:001:008
** waiting for a tag **
Type2Tag 'NXP NTAG215' ID=04A32EB2C11190
NDEF Capabilities:
  readable  = yes
  writeable = yes
  capacity  = 492 byte
  message   = 117 byte
NDEF Message:
record 1
  type = 'urn:nfc:wkt:U'
  name = ''
  data = b'\x04raspida.com'
record 2
  type = 'urn:nfc:wkt:T'
  name = ''
  data = b'\x02en\xe3\x83\xa9\xe3\x82\xba\xe3\x83\x91\xe3\x82\xa4\xe3\x83\x80\xe3\x81\xaf\xe9\x9d\x9e\xe3\x82\xa8\xe3\x83\xb3\xe3\x82\xb8\xe3\x83\x8b\xe3\x82\xa2\xe3\x81\xa7\xe3\x82\x82\xe6\xa5\xbd\xe3\x81\x97\xe3\x82\x81\xe3\x82\x8bRaspberry Pi \xe3\x82\x92\xe7\xb4\xb9\xe4\xbb\x8b\xe3\x81\x97\xe3\x81\xa6\xe3\x81\x84\xe3\x81\xbe\xe3\x81\x99\xe3\x80\x82'

记录 1 是网站的 URL，记录 2 是以 UTF-8 编码的 Unicode（行业标准）字符串。

记录 2 中的第一个”\x02 “是一个控制字符（STX）。
以下字符为 UTF-8 字符，其中一个字节为一个英语字符（ASCII），三个字节为一个日语字符（Unicode）。

| 日语 | Unicode | UTF-8 编码 |
| :-：| :—–:| :———-:|
| ラ | U+30E9 | \xe3\x83\xa9

实际写入的是后面的字符串，不包括起始符号 = “\x02en”。

二进制数据转换

虽然不是特别必要，但我还是很好奇，所以我要求 ChatGPT 用 Python 创建代码，将以 UTF-8 编码的 Unicode 字符转换（解码）回文本。

去掉”\x02en “是为了便于阅读，因为在使用主笔时，”\x02en “是单独出现的。

decode_binary.py

# A script that receives a binary string (Unicode UTF-8) from standard input

def main():
    # Receive input (e.g., a string like \x02en\xe3\x83...)
    raw_input = input("Enter a binary string (e.g., \\x02en...):\n")

    try:
        # Convert the string to bytes (interpret escape sequences)
        byte_data = raw_input.encode('utf-8').decode('unicode_escape').encode('latin1')

        # Remove the first 3 bytes (\x02 + 'e' + 'n')
        if byte_data.startswith(b'\x02en'):
            byte_data = byte_data[3:]

        # Decode as UTF-8
        decoded_text = byte_data.decode('utf-8')

        print("\nDecoded result:")
        print(decoded_text)

    except Exception as e:
        print("\nAn error occurred:")
        print(e)

if __name__ == "__main__":
    main()

转换结果：
https://raspida.com
ラズパイダは非エンジニアでも楽しめるRaspberry Pi を紹介しています。

现在，您可以在转换时阅读它。

店铺

下面是我再次向 ChatGPT 索取的 Python 程序。

只能写入一条记录，不支持多条记录。

通用资源识别号
文本
vCard （名片）

URI 是一种写入 URL 的数据格式；当 URL 被写入 NFC 标签时，智能手机可以直接读取。相关的网络浏览器就会启动。

目前，其他格式的标签在您尝试用手机读取时不起作用。您需要一个单独的应用程序来读取 NFC 标签。

vCard 的数据格式应符合 vCard 3.0 规范。在本例中，由于 NFC 标签只有 137 个字节，没有足够的空间，因此没有设置 REV 等时间戳。

这是一种贴纸型 NFC 标签，就像这个一样：NXP NTAG213。

write_nfc.py

import nfc
import ndef

def write_tag(tag, data_type, content, language, name=None, last_name=None, first_name=None):
    if tag.ndef is None:
        print("❌ This tag does not support NDEF.")
        return False

    if data_type == "uri":
        records = [ndef.UriRecord(content)]
    elif data_type == "text":
        records = [ndef.TextRecord(content, language=language)]
    elif data_type == "vcard":
        # Format vCard with empty name and include last and first names
        vcard_text = f"BEGIN:VCARD\nVERSION:3.0\nN:{last_name};{first_name}\nTEL:{content}\nEND:VCARD"
        records = [ndef.Record(type="text/vcard", name="", data=vcard_text.encode('utf-8'))]
    else:
        print(f"❌ Data type '{data_type}' is not supported.")
        return False

    tag.ndef.records = records
    print("✅ Write successful!")
    return True

def main():
    print("Select the data type:")
    print("  1: URI")
    print("  2: Text")
    print("  3: vCard")
    choice = input("Enter the number (1, 2, 3): ")

    language = "ja"  # Language is set to Japanese by default

    if choice == "1":
        data_type = "uri"
        content = input("Enter the URI: ")
        name = None
        last_name = first_name = None
    elif choice == "2":
        data_type = "text"
        content = input("Enter the text: ")
        name = None
        last_name = first_name = None
    elif choice == "3":
        data_type = "vcard"
        name = ""
        last_name = input("Last name (e.g., Yamada): ")
        first_name = input("First name (e.g., Taro): ")
        content = input("Phone number (e.g., 0312345678): ")
    else:
        print("Invalid selection. Exiting.")
        return

    print("Please touch the NFC card...")
    try:
        clf = nfc.ContactlessFrontend('usb')
        clf.connect(rdwr={'on-connect': lambda tag: write_tag(tag, data_type, content, language, name, last_name, first_name)})
    except Exception as e:
        print(f"❌ Could not connect to NFC reader: {e}")

if __name__ == "__main__":
    main()

写完文本后，检查每个文本是否由 tagtool.py 写入。

输入示例：1

Select the data type:
  1: URI
  2: Text
  3: vCard
Enter the number (1, 2, 3): 1
Enter the URI: http://raspida.com/
Please touch the NFC card...
✅ Write successful!

tagtool.py 显示的结果：

[nfc.clf] searching for reader on path usb
[nfc.clf] using SONY RC-S380/P NFC Port-100 v1.11 at usb:001:008
** waiting for a tag **
Type2Tag 'NXP NTAG213' ID=0420B2C24C5880
NDEF Capabilities:
  readable  = yes
  writeable = yes
  capacity  = 137 byte
  message   = 17 byte
NDEF Message:
record 1
  type = 'urn:nfc:wkt:U'
  name = ''
  data = b'\x03raspida.com/'

输入示例：2

Select the data type:
  1: URI
  2: Text
  3: vCard
Enter the number (1, 2, 3): 2
Enter the text: This is a write test.
Please touch the NFC card...
✅ Write successful!

tagtool.py 显示的结果：

[nfc.clf] searching for reader on path usb
[nfc.clf] using SONY RC-S380/P NFC Port-100 v1.11 at usb:001:008
** waiting for a tag **
Type2Tag 'NXP NTAG213' ID=0420B2C24C5880
NDEF Capabilities:
  readable  = yes
  writeable = yes
  capacity  = 137 byte
  message   = 40 byte
NDEF Message:
record 1
  type = 'urn:nfc:wkt:T'
  name = ''
  data = b'\x02ja\xe6\x9b\xb8\xe3\x81\x8d\xe8\xbe\xbc\xe3\x81\xbf\xe3\x81\xae\xe3\x83\x86\xe3\x82\xb9\xe3\x83\x88\xe3\x81\xa7\xe3\x81\x99\xe3\x80\x82'

输入示例3

Select the data type:
  1: URI
  2: Text
  3: vCard
Enter the number (1, 2, 3): 3
Last name (e.g., Yamada): Yamada
First name (e.g., Taro): Taro
Phone number (e.g., 0312345678): 0312345678
Please touch the NFC card...
✅ Write successful!

tagtool.py 显示的结果：

python3 tagtool.py show

[nfc.clf] searching for reader on path usb
[nfc.clf] using SONY RC-S380/P NFC Port-100 v1.11 at usb:001:008
** waiting for a tag **
Type2Tag 'NXP NTAG215' ID=04DE79B2C11190
NDEF Capabilities:
  readable  = yes
  writeable = yes
  capacity  = 492 byte
  message   = 77 byte
NDEF Message:
record 1
  type = 'text/vcard'
  name = ''
  data = bytearray(b'BEGIN:VCARD\nVERSION:3.0\nN:\xe5\xb1\xb1\xe7\x94\xb0;\xe5\xa4\xaa\xe9\x83\x8e\nTEL:0312345678\nEND:VCARD')

数据书写正确。

通过这种方式读写 NFC 标签可以用 Python 程序来实现。
，即使我这个非工程人员也能用 ChatGPT 编写一个无差错运行的程序。
在此代码的基础上，尝试修改为其他数据格式、多条记录等。

参考
・https://nfcpy.readthedocs.io/en/latest/topics/get-started.html
・https://vcardmaker.com

文章由拉斯必达提供

非工程师也能愉快使用的 Raspberry Pi 信息网站 raspida.com一个非工程师也能享受和使用的 Raspberry Pi 信息网站。他还为 PiLink 网站提供有关工业用 Raspberry Pi 的技术博客文章。

Make a world first with the Industrial Raspberry Pi

用 Python 读写 NFC 标签！
工业应用中的 Raspberry Pi 实践应用

什么是 RFID？

UHF 频段

商业用途的 RFID

UHF 标签读取系统（以 PL-R4 为例）

在工业级 Raspberry Pi 上试用 NFC

当时的环境

安装 nfcpy

操作检查

试用样本

获取

格式化（初始化）

二进制数据转换

decode_binary.py

店铺

write_nfc.py

输入示例：1

输入示例：2

输入示例3

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