物聯(lián)網(wǎng)RFID實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新模式研究

王超梁+尤曉蕾+周鵬

摘 要：文中介紹了側(cè)重不同學(xué)科建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)RFID實(shí)踐教學(xué)體系，提出了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)RFID課程實(shí)踐教學(xué)開展的創(chuàng)新模式，并以RFID基礎(chǔ)理論結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)例，從基礎(chǔ)理論驗(yàn)證、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和應(yīng)用系統(tǒng)集成方面對(duì)RFID事件教學(xué)體系進(jìn)行劃分，說明了該模式的思路和具體實(shí)踐內(nèi)容。該實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新模式的開展，提高了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力，奠定了物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；RFID；實(shí)踐教學(xué)；創(chuàng)新模式

中圖分類號(hào)：G451；TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）05-0-02

0 引 言

射頻識(shí)別（RFID）是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用空間電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的非接觸傳遞，達(dá)到識(shí)別目標(biāo)信息的目的。隨著通信技術(shù)和半導(dǎo)體制作工藝的發(fā)展，微波領(lǐng)域的RFID應(yīng)用越來越廣，而作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)核心課程之一的RFID技術(shù)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知層感知水平的提高起到關(guān)鍵作用，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)開展的質(zhì)量對(duì)培養(yǎng)復(fù)合型工程應(yīng)用人才質(zhì)量的影響至關(guān)重要。但大多院校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)均圍繞傳感器、無線傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建分析和RFID基礎(chǔ)理論驗(yàn)證開展，正確把握物聯(lián)網(wǎng)各專業(yè)課之間的聯(lián)系特點(diǎn)，同時(shí)設(shè)計(jì)好其實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)已成為各高校需要關(guān)注的問題。

1 RFID實(shí)踐教學(xué)體系

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)涉及計(jì)算機(jī)軟件、電子信息、通信工程和信息安全等專業(yè)知識(shí)的學(xué)科，需要對(duì)以上各專業(yè)技術(shù)集成創(chuàng)新。RFID基礎(chǔ)理論包含了上述各專業(yè)知識(shí)，但又是一個(gè)獨(dú)立的完整體系架構(gòu)，其實(shí)踐教學(xué)是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，由于各高校側(cè)重學(xué)科不同，RFID實(shí)踐教學(xué)的開展也不相同，大致可分為以下3類：

（1）通信類實(shí)踐。RFID實(shí)踐教學(xué)主要依托通信知識(shí)開展，包括電子標(biāo)簽和讀寫器通信編解碼方式的實(shí)驗(yàn)、調(diào)制解調(diào)的實(shí)驗(yàn)、無線傳感節(jié)點(diǎn)通信實(shí)驗(yàn)等，課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐也均圍繞通信技術(shù)開展。

（2）計(jì)算機(jī)軟件類實(shí)踐。RFID實(shí)踐教學(xué)以軟件類為主，主要包括通信協(xié)議分析實(shí)驗(yàn)、防碰撞算法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、編解碼算法編程實(shí)驗(yàn)等，課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)為中間件開發(fā)、應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)等。

（3）電子類實(shí)踐。RFID實(shí)踐教學(xué)主要以電子信息類為主，包括電子標(biāo)簽讀寫實(shí)驗(yàn)、電子標(biāo)簽和讀寫器阻抗匹配實(shí)驗(yàn)、射頻電路仿真實(shí)驗(yàn)等，課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)為RFID阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、讀寫器電源設(shè)計(jì)、讀寫器射頻電路設(shè)計(jì)、射頻頻率跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。RFID實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 物聯(lián)網(wǎng)RFID實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新模式

由于物聯(lián)網(wǎng)涉及多項(xiàng)專業(yè)知識(shí)，所以RFID實(shí)踐教學(xué)模式不應(yīng)是某一類專業(yè)的教學(xué)，應(yīng)當(dāng)綜合通信專業(yè)、計(jì)算機(jī)專業(yè)和電子專業(yè)的實(shí)踐，以通信專業(yè)知識(shí)理論驗(yàn)證為基礎(chǔ)，電子專業(yè)硬件設(shè)計(jì)制作為平臺(tái)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)為目標(biāo)，貫穿RFID實(shí)踐教學(xué)體系，才能把眾多專業(yè)知識(shí)在RFID課程中融會(huì)貫通，達(dá)到比較全面的實(shí)踐目的。和以往依托院校特色專業(yè)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)開展模式不同，RFID實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新模式體系構(gòu)建如圖2所示。

（1）基礎(chǔ)理論驗(yàn)證，主要為RFID通信技術(shù)基礎(chǔ)理論的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。包括RFID通信模型中的各種編碼解碼波形觀察分析對(duì)比，常用調(diào)制解調(diào)算法的實(shí)現(xiàn)和波形觀察，125kHz/13.56 MHz/900 MHz RFID標(biāo)簽內(nèi)容在不同標(biāo)準(zhǔn)體系下的讀寫實(shí)驗(yàn)以及RFID天線頻率、方向性、阻抗和穩(wěn)定性仿真分析。其中編解碼、調(diào)制解調(diào)和電子標(biāo)簽讀寫實(shí)驗(yàn)可由RFID綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的試驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)，天線特性仿真分析可由HFSS或者M(jìn)WS等仿真軟件實(shí)現(xiàn)。

（2）硬件設(shè)計(jì)，主要為RFID讀寫系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)。包括電子標(biāo)簽和讀寫器的設(shè)計(jì)，其中電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)主要為天線設(shè)計(jì)，讀寫器設(shè)計(jì)主要為射頻電路和天線的設(shè)計(jì)，可以按照模塊分次完成，也可以課程設(shè)計(jì)的形式進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。

（3）軟件設(shè)計(jì)，主要為讀寫器讀寫程序的設(shè)計(jì)和防碰撞算法的實(shí)現(xiàn)。包括低頻和高頻的讀寫器數(shù)據(jù)存取程序設(shè)計(jì)或者仿真，ALOHA及其改進(jìn)算法以及BTS算法的仿真和觀察。

（4）應(yīng)用系統(tǒng)集成，主要為RFID通信系統(tǒng)的綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)。包括利用單片機(jī)或DSP實(shí)現(xiàn)抑或其他基于無線通信技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如單片機(jī)控制的RFID標(biāo)簽汽車防盜系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)和一卡通信息讀取系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。可以以課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)的形式進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。

RFID實(shí)踐教學(xué)體系基礎(chǔ)理論驗(yàn)證實(shí)踐平臺(tái)如圖3所示。

3 RFID實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新模式實(shí)施應(yīng)注意的問題

RFID實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新模式的實(shí)施應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

（1） 理論教學(xué)相關(guān)知識(shí)的完善。為實(shí)現(xiàn)RFID實(shí)踐教學(xué)開展的有效性，與其相關(guān)專業(yè)知識(shí)的補(bǔ)充十分必要，主要包括通信基礎(chǔ)理論、無線通信技術(shù)、電磁場(chǎng)電磁波技術(shù)、微波技術(shù)和天線理論等基礎(chǔ)知識(shí)，而這在一定程度上取決于培養(yǎng)計(jì)劃的保障。

（2） 實(shí)踐教學(xué)設(shè)備的配置。實(shí)踐教學(xué)開展的好壞直接受制于其配套設(shè)備，RFID實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新模式實(shí)施的必要設(shè)備包括具有通信編解碼和調(diào)制解調(diào)功能的綜合開發(fā)平臺(tái)、RFID標(biāo)簽制作綜合試驗(yàn)箱、電磁場(chǎng)電磁波或天線特性分析軟件和不同頻段的RFID讀寫器等硬件設(shè)備。

（3） 實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y隊(duì)伍建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)RFID課程涉及多專業(yè)、多學(xué)科，單一學(xué)科的實(shí)驗(yàn)室人員無法勝任學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的指導(dǎo)，因此應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y隊(duì)伍的建設(shè)，由專業(yè)課老師來指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)。

4 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)RFID課程是一個(gè)涉及多專業(yè)知識(shí)的學(xué)科，本文分析了目前依托特色專業(yè)的RFID實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，提出了物聯(lián)網(wǎng)RFID實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新模式，并說明了其實(shí)施應(yīng)注意的問題，為RFID實(shí)踐教學(xué)的有效開展奠定了基礎(chǔ)。

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