RaspberryPiでNFCタグを使ってみる

RaspberryPiでNFCタグを使ってみる

久しぶりにいろいろと思うところがあって、RaspberryPiでNFCのタグを使ってみることにしました。

基本的には過去エントリー見てもらえればいいのですが、その頃からRaspbianのバージョンもベースが変わっているのでちょっと変わったようです。 というか楽になっただけなので大したことはないです。

【参考1】 uepon.hatenadiary.com 【参考2】 uepon.hatenadiary.com

使用したタグはサンワサプライさんのシールタイプになります。

一枚あたり100円を切っているので、前よりも安くなってきていますね。

今回のOS情報も念の為。今回はRaspberry Pi3ではなく、使っていなかったRaspberry Pi2を使用してます。

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Raspbian
Description:    Raspbian GNU/Linux 9.4 (stretch)
Release:        9.4
Codename:       stretch

最新のイメージを使用していますのでRaspbian GNU/Linux 9.4 (stretch)となっています。（イメージ名は2018-04-18-raspbian-stretch.imgでした）

RC-S380の認識

基本的には以前のエントリーと同様にUSBを挿すだけで認識は行われます。不確定な情報ではありますが、過去のバージョンのリーダーではどうも認識はされますが、` ``nfcpy```からは認識出来ないようです。自分も何回か試してみましたがだめでした。nfcpy側では対応デバイスになっていますが、情報から察するにその他ライブラリなどの依存関係も疑われるのではないかと思います。ネットの情報を調べるとベースがDebian 6.0 (squeeze)からDebian 7 (wheezy)に変わったあたりか使えなくなっているのではないかと推測しています。

とりあえずUSBケーブルで接続すると以下のようになります。

【リーダーを1つ接続した場合】

$ lsusb
Bus 001 Device 006: ID 056e:4008 Elecom Co., Ltd
Bus 001 Device 007: ID 054c:06c3 Sony Corp.
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp. SMSC9512/9514 Fast Ethernet Adapter
Bus 001 Device 002: ID 0424:9514 Standard Microsystems Corp. SMC9514 Hub
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

特に問題ありません。2つ接続しても問題なく認識されています。

【リーダーを2つ接続した場合】

$ lsusb
Bus 001 Device 006: ID 056e:4008 Elecom Co., Ltd
Bus 001 Device 007: ID 054c:06c3 Sony Corp.
Bus 001 Device 008: ID 054c:06c3 Sony Corp.
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp. SMSC9512/9514 Fast Ethernet Adapter
Bus 001 Device 002: ID 0424:9514 Standard Microsystems Corp. SMC9514 Hub
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

nfcpyモジュールのインストール

前回とは異なり、pipに登録されていました。気になる点としてはpython2系にしかまだ対応していない点でしょうか。ドキュメント通りインストールすれば問題はありません。 -Uスイッチをつけて置かないとエラーがでるようです。

$ sudo pip install -U nfcpy
Collecting nfcpy
  Downloading https://files.pythonhosted.org/packages/89/2c/3d7378d65c6f21312fae4cc44849606eefa08f5980e06c5bc220c2086808/nfcpy-0.13.5-py2-none-any.whl (214kB)
    100% |????????????????????????????????| 215kB 627kB/s
Collecting libusb1 (from nfcpy)
  Downloading https://files.pythonhosted.org/packages/ec/5d/4fdac6c53525786fe35cff035c3345452e24e2bee5627893be65d12555cb/libusb1-1.6.4.tar.gz (55kB)
    100% |????????????????????????????????| 61kB 1.0MB/s
Collecting pydes (from nfcpy)
  Downloading https://www.piwheels.org/simple/pydes/pyDes-2.0.1-py2.py3-none-any.whl
Collecting pyserial (from nfcpy)
  Downloading https://files.pythonhosted.org/packages/0d/e4/2a744dd9e3be04a0c0907414e2a01a7c88bb3915cbe3c8cc06e209f59c30/pyserial-3.4-py2.py3-none-any.whl (193kB)
    100% |????????????????????????????????| 194kB 680kB/s
Collecting ndeflib (from nfcpy)
  Downloading https://files.pythonhosted.org/packages/01/76/39eb236dc5566618abdb169cb88ba4eabd22245b29cc9e5f8d91d5fcf261/ndeflib-0.3.2-py2.py3-none-any.whl (57kB)
    100% |????????????????????????????????| 61kB 1.0MB/s
Building wheels for collected packages: libusb1
  Running setup.py bdist_wheel for libusb1 ... done
  Stored in directory: /root/.cache/pip/wheels/98/8d/8b/bac0a20eb9757e7dbf46e8ab1f1695c78ad919f53080a58bc1
Successfully built libusb1
Installing collected packages: libusb1, pydes, pyserial, ndeflib, nfcpy
  Found existing installation: pyserial 3.2.1
    Not uninstalling pyserial at /usr/lib/python2.7/dist-packages, outside environment /usr
Successfully installed libusb1-1.6.4 ndeflib-0.3.2 nfcpy-0.13.5 pydes-2.0.1 pyserial-3.4

インストールは終わりましたが、テスト用のコマンドなどはインストールされていませんので、Githubから以下のサイトからcloneします。

github.com

$ git clone  https://github.com/nfcpy/nfcpy.git
$ cd nfcpy/
$ ls
HISTORY.rst  README.rst  requirements-dev.txt   setup.py  tox.ini
LICENSE      docs        requirements-pypi.txt  src
MANIFEST.in  examples    setup.cfg              tests

nfcpyの実行を行う

インストール準備がおわったので続いてはnfcpyモジュールのチェックを行います。 以下のコマンドで行います。ですが、インストール直後はsudoをつけないと以下のようなエラーメッセージが表示されます。（sudoをつければ実行は問題はありません。）

今回はRaspberryPiに2つのリーダーを接続しているのでエラーも2つ表示されています。

$ python -m nfc
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
This is the 0.13.5 version of nfcpy run in Python 2.7.13
on Linux-4.14.34-v7+-armv7l-with-debian-9.4
I'm now searching your system for contactless devices
** found usb:054c:06c3 at usb:001:007 but access is denied
-- the device is owned by 'root' but you are 'pi'
-- also members of the 'root' group would be permitted
-- you could use 'sudo' but this is not recommended
-- better assign the device to the 'plugdev' group
   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 # then re-attach device
** found usb:054c:06c3 at usb:001:008 but access is denied
-- the device is owned by 'root' but you are 'pi'
-- also members of the 'root' group would be permitted
-- you could use 'sudo' but this is not recommended
-- better assign the device to the 'plugdev' group
   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 # then re-attach device
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
Sorry, but I couldn't find any contactless device

このメッセージをよくみると

-- better assign the device to the 'plugdev' group
   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 # then re-attach device

このメッセージの内容は、「使用するデバイスをplugdevグループに入れて続くコマンドをいれるとsudoなしで実行できるようになります。」とのことでした、ベンダIDなどもセットされた形でメッセージが表示されるので、コピペして以下のように実行します。

$ 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

リーダーが複数ある場合はエラーメッセージにある分だけ実行します。 実行が終わったら、念の為RaspberryPiを再起動し、改めてチェック行ってみます。

$ python -m nfc
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
This is the 0.13.5 version of nfcpy run in Python 2.7.13
on Linux-4.14.34-v7+-armv7l-with-debian-9.4
I'm now searching your system for contactless devices
** found SONY RC-S380/P NFC Port-100 v1.11 at usb:001:005
** found SONY RC-S380/P NFC Port-100 v1.11 at usb:001:004
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

これでsudoをつけなくてもエラーメッセージは表示されないようになります。デバイスも正しく認識されているようです。

続いてはGithubで落としてきたテスト用のコマンドを使用して交通系ICカードを読み込ませてみます。exampleディレクトリ内のtagtool.pyがテスト用のコマンドです。実行すると読み込み待ちになります。

$ git clone  https://github.com/nfcpy/nfcpy.git
$ cd ~/nfcpy/examples/
$ python tagtool.py
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
[nfc.clf] searching for reader on path usb
[nfc.clf] using SONY RC-S380/P NFC Port-100 v1.11 at usb:001:005
** waiting for a tag **

ここで交通系ICカードをタッチすると読み込んだデータの一部が表示されます。 （IDの部分は一部伏せています）

$ python tagtool.py
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
[nfc.clf] searching for reader on path usb
[nfc.clf] using SONY RC-S380/P NFC Port-100 v1.11 at usb:001:005
** waiting for a tag **
Type3Tag 'FeliCa Standard (RC-S915)' ID=**************** PMM=**************** SYS=0003

このコマンドでは使用するリーダーを指定して起動することになります。（指定しない場合には最初に見つかったリーダーが使用される）

では、改めて今回準備したNFCタグを読み込ませてみます。（IDの部分は一部伏せています） うまく読み込めたようです。購入時は何も書き込まれていないので以下のような表示になります。（この商品は144Byteのデータ書き込みができるようですが、実際には137byteの書き込みになってしまうようです。）

$ python tagtool.py
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
[nfc.clf] searching for reader on path usb
[nfc.clf] using SONY RC-S380/P NFC Port-100 v1.11 at usb:001:005
** waiting for a tag **
Type2Tag 'NXP NTAG213' ID=04D803********
NDEF Capabilities:
  readable  = yes
  writeable = yes
  capacity  = 137 byte
  message   = 0 byte

pythonからタグを操作する

タグ情報をreadする

on_ほげほげみたいな感じのイベントハンドラーのメソッドを作成して、usb接続のデバイスに登録することで読み込むことができます。今回の例ではon_connectが読み込みに当たりますが、今後の例もこの部分を編集して実装しています。

【readNFC.py】

import nfc

def on_startup(targets):
        print("on_startup()")
        return targets

def on_connect(tag):
        print("Tag: {}".format(tag))
        print("Tag type: {}".format(tag.type))
        #print '\n'.join(tag.dump())
        if tag.ndef:
                print tag.ndef.message.pretty()
        #return True

def on_release(tag):
        print("on_release()")
        if tag.ndef:
                print(tag.ndef.message.pretty())

clf = nfc.ContactlessFrontend('usb')
if clf:
        print("Clf: {}".format(clf))
        clf.connect(rdwr={
                'on-startup': on_startup,
                'on-connect': on_connect,
                'on-release': on_release
        })

clf.close()

このプログラム例ではタグ情報をダンプしていますが、初期状態ではタグの内容は空になってます。

【実行】

$ python readNFC.py
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
Clf: SONY RC-S380/P on usb:001:005
on_startup()
Tag: Type2Tag 'NXP NTAG213' ID=04A903********
Tag type: Type2Tag
record 1
  type   = ''
  name   = ''
  data   = ''

タグをフォーマットする

【formatNFC.py】

import nfc

def on_connect(tag):
        print("format:", tag.format())

clf = nfc.ContactlessFrontend('usb')
if clf:
        print("Clf: {}".format(clf))
        clf.connect(rdwr={
                'on-connect': on_connect
        })

clf.close()

【実行】

$ python formatNFC.py
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
Clf: SONY RC-S380/P on usb:001:005
('format:', True)

情報がフォーマットされているかを先程のreadNFC.pyで もう一度読み込ませてみると

【実行】

$ python readNFC.py
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
Clf: SONY RC-S380/P on usb:001:005
on_startup()
Tag: Type2Tag 'NXP NTAG213' ID=04A903********
Tag type: Type2Tag
record 1
  type   = ''
  name   = ''
  data   = ''

無事にフォーマットされていることがわかります。

タグに情報を書き込む

"Hello World!"という文字列を書き込んでみます。

【writeNFC.py】

import nfc

def on_startup(targets):
        print("on_startup()")
        return targets

def on_connect(tag):
        print("Tag: {}".format(tag))
        print("Tag type: {}".format(tag.type))
        #print '\n'.join(tag.dump())
        if tag.ndef:
                record = nfc.ndef.TextRecord("Hello World!")
                tag.ndef.message = nfc.ndef.Message(record)
                print tag.ndef.message.pretty()
        #return True

def on_release(tag):
        print("on_release()")
        if tag.ndef:
                print(tag.ndef.message.pretty())

clf = nfc.ContactlessFrontend('usb')
if clf:
        print("Clf: {}".format(clf))
        clf.connect(rdwr={
                'on-startup': on_startup,
                'on-connect': on_connect,
                'on-release': on_release
        })

clf.close()

【実行】

$ python writeNFC.py
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
Clf: SONY RC-S380/P on usb:001:005
on_startup()
Tag: Type2Tag 'NXP NTAG213' ID=04A903********
Tag type: Type2Tag
record 1
  type   = 'urn:nfc:wkt:T'
  name   = ''
  data   = '\x02enHello World!'

書き込んだタグを先程のreadNFC.pyで読み込ませると…

$ python readNFC.py
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
Clf: SONY RC-S380/P on usb:001:005
on_startup()
Tag: Type2Tag 'NXP NTAG213' ID=04A903********
Tag type: Type2Tag
record 1
  type   = 'urn:nfc:wkt:T'
  name   = ''
  data   = '\x02enHello World!'

無事に書き込まれているようです。また先程のフォーマットをすれば初期化も問題なくできます。

$ python formatNFC.py
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
Clf: SONY RC-S380/P on usb:001:005
('format:', True)

$ python readNFC.py
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
Clf: SONY RC-S380/P on usb:001:005
on_startup()
Tag: Type2Tag 'NXP NTAG213' ID=04A903********
Tag type: Type2Tag
record 1
  type   = ''
  name   = ''
  data   = ''

複数のリーダーを使用した読み込み（スレッド＋interruptシグナル対応）

今回は複数のリーダーを接続してそれぞれでタグを読み込ませたいと思っていたのでそれを実装してみます。各デバイスごとにスレッドを生成し、且つデーモン化してCtrl+Cでの終了にも対応させています。

【multiPollingNFC.py】

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import sys
import signal
import nfc
import time
import threading

def on_startup(targets):
    # print("on_startup()")
    return targets

def on_connect(tag):
    print("Tag: {}".format(tag))
    print("Tag type: {}".format(tag.type))
    if tag.ndef:
        print(tag.ndef.message.pretty())
    print("-----------------")

def on_release(tag):
    # print("on_release()")
    if tag.ndef:
        print(tag.ndef.message.pretty())

def readNFCThread(device):
    clf = nfc.ContactlessFrontend(device) # バス番号とデバイス番号を指定
    while True:
        if clf:
                # print("Clf: {}".format(clf0))
                clf.connect(rdwr={
                        'on-startup': on_startup,
                        'on-connect': on_connect,
                        'on-release': on_release
                })
    clf.close()

def main(argv):
    t1 = threading.Thread(target=readNFCThread,name="readNFC1",args=('usb:001:004',))
    t2 = threading.Thread(target=readNFCThread,name="readNFC2",args=('usb:001:005',))
    t1.setDaemon(True)
    t2.setDaemon(True)
    t1.start()
    t2.start()
    while True:
        pass

def handler(signal, frame):
    print("Process Interrupt!")
    sys.exit(0)

if __name__ == '__main__':
    signal.signal(signal.SIGINT, handler)
    main(sys.argv)

ちょっと解説

各デバイスの読み込みをスレッド化しているので以下のようにデバイスの設定をできるようにしています。

clf = nfc.ContactlessFrontend(device) # バス番号とデバイス番号を指定

ここでいうデバイスが接続したリーダーの設定になります。引数として与える情報としてはlsusbコマンドで認識されたBusとDeviceIDを与えることになります。

$ lsusb
【略】
Bus 001 Device 005: ID 054c:06c3 Sony Corp.
Bus 001 Device 004: ID 054c:06c3 Sony Corp.
【略】

上記のような表示が行われた場合には以下のように引数で与えれることになります。 USBの接続状態によって毎回変わる可能性のある情報なので注意が必要となります。

t1 = threading.Thread(target=readNFCThread,name="readNFC1",args=('usb:001:004',))
t2 = threading.Thread(target=readNFCThread,name="readNFC2",args=('usb:001:005',))

このプログラムではThread化しているのでCtrl+Cを押してinterruptを発生させても、Threadが終了しない状態になります。 そのため、以下のようにしてDeamonの設定をしています。

    t1.setDaemon(True)
    t2.setDaemon(True)

実行してみる

フォーマットされたタグとHello World！の書き込まれたタグを別のリーダーに読み込ませると以下のような表示になります。

【実行】

$ python multiPollingNFC.py
No handlers could be found for logger "nfc.llcp.sec"
Tag: Type2Tag 'NXP NTAG213' ID=04D803********
Tag type: Type2Tag
record 1
  type   = ''
  name   = ''
  data   = ''
-----------------
Tag: Type2Tag 'NXP NTAG213' ID=04A903********
Tag type: Type2Tag
record 1
  type   = 'urn:nfc:wkt:T'
  name   = ''
  data   = '\x02enHello World!'
-----------------

一応はできていますが、なんとなく処理が遅いです。それぞれのリーダーでポーリングをしているということもあるので、少し待ち時間があるようです。（別のターミナルで別々のreadNFC.pyを動作させたほうが早いかもｗ）このままの仕組みで高速化するのであれば、もっと別の方法での工夫がいるかなと思います。

終わりに

raspbianなどのバージョンも変わると設定方法もいい感じで簡単になってきているのでいいですね。