RFID技術教學與應用開發(fā)平臺

潘定遠+劉映群

摘要：RFID技術應用課程是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)重要的專業(yè)核心課程。文章針對高職物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)RFID課程的實踐教學，探索設計了一套RFID技術教學與應用開發(fā)平臺，闡述了該系統(tǒng)的硬件結構、軟件系統(tǒng)和體系結構，并從實訓內(nèi)容選擇、實踐教學活動等方面提出具體實施方案，為建立較為完善的應用型人才培養(yǎng)模式提供參考。

關鍵詞：RFID；教學與應用；硬軟件體系結構

經(jīng)過信息科技幾十年的醞釀積累，傳感網(wǎng)、通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等逐漸成熟，物聯(lián)網(wǎng)技術也開始了迅猛發(fā)展，越來越多的應用于工業(yè)監(jiān)控、智能家居、智能交通等多個領域，使人們的日常生活發(fā)生巨大的變化，是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信之后的又_次信息產(chǎn)業(yè)革命。

《RFID技術與應用》課程是高職院校物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)的核心專業(yè)課程，為了使學生深刻理解技術核心，培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才，整合并開發(fā)一套既可用于教學示范，又可用作學生課程設計或畢業(yè)設計，還能為社會提供RFID技術應用開發(fā)的系統(tǒng)平臺，具有重要意義。

1RFID教學與應用開發(fā)平臺的體系架構

本RFID教學與應用開發(fā)平臺集成了多種接口，提供了開發(fā)RFID相關應用的通用組件，包括硬件和軟件，相關應用都可通過此平臺來實現(xiàn)。

該系統(tǒng)包括3個層次，即感知層、網(wǎng)絡層、應用層。感知層主要由各類RFID標簽及讀寫器組成；網(wǎng)絡層由局域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)組成；應用層由上位機、服務器及應用軟件系統(tǒng)組成。

2RFID教學與應用開發(fā)平臺的硬件系統(tǒng)

RFID教學與應用開發(fā)平臺的硬件系統(tǒng)主要由讀卡器、網(wǎng)絡與服務器及其附屬設備等組成。

2.1RFID讀卡器

讀卡器包括：低頻125KHz模塊、高頻13.56MHz模塊、超高頻900MHz模塊、極高頻/微波2.45/5.8GHz模塊。

2.2網(wǎng)絡機柜與服務器

使用網(wǎng)絡及485綜合交換機將實訓室內(nèi)服務器、PC機及所有設備連成一個網(wǎng)絡。

2.3附屬設備

主要包括IC卡及各種標簽（EM4102/4100，TK4100，IS014443A，ISOl5693，IS018000-3，EPC G2，IS018000-6C，IS018000-4）、UHF/SHF天線及饋線、高頻場強檢測板、高頻天線信號探測板、UHF/EPC標簽打印機、多蹤數(shù)字示波器。

3RFID教學與應用開發(fā)平臺的軟件系統(tǒng)

RFID教學與應用開發(fā)平臺的軟件系統(tǒng)主要由前端軟件、中間件軟件、后端軟件及其他軟件等組成。

3.1前端軟件

設備供應商提供的系統(tǒng)演示軟件、驅(qū)動、接口軟件、集成商或者客戶自身開發(fā)的RFID前端操作軟件等。本系統(tǒng)在廠家提供的驅(qū)動程序和API接口的基礎上，運用Labview虛擬儀器開發(fā)了一個可與大多數(shù)廠家讀寫器兼容的上位機讀寫器。

前端軟件的主要功能是：

（1）讀/寫功能。讀取功能指從電子標簽中讀取數(shù)據(jù)；寫功能是將數(shù)據(jù)存儲到電子標簽。

（2）防碰撞功能。在讀寫器的識別區(qū)域內(nèi)同時進入多個電子標簽，同時要求與讀寫器通信時，前端軟件按一定策略進行選取和識別。

（3）安全功能。確保電子標簽和讀寫器雙向數(shù)據(jù)交換通信的安全，即信息不被非授權獲取或變更。

（4）檢/糾錯功能。當無線數(shù)據(jù)傳輸空間受到外界干擾時，會使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)產(chǎn)生畸變，從而導致出錯。前端軟件能夠檢測出通信錯誤，甚至糾正這些錯誤。

3.2中間件軟件

中間件是為實現(xiàn)采集信息的后臺傳遞與分發(fā)而開發(fā)的軟件。RFID中間件的功能是數(shù)據(jù)處理、傳遞和對讀寫器的管理，監(jiān)測RFID設備的工作狀態(tài)，管控讀寫器和電子標簽之間的數(shù)據(jù)流以及提供RFID設備和主機的接口。其具體功能如下：

（1）數(shù)據(jù)的過濾和聚集。

（2）RFID數(shù)據(jù)的分發(fā)。

（3）數(shù)據(jù)安全。

3.3后端軟件

處理采集的信息的后臺應用軟件和管理信息系統(tǒng)軟件。本系統(tǒng)提供了《人員身份識別》《校園一卡通》《停車場管理》《資產(chǎn)管理》《藥品管理》等所構成的后端軟件系統(tǒng)。它具有以下功能：

（1）RFID平臺管理：系統(tǒng)基本信息以及用戶信息和權限的設置。

（2）電子標簽管理：管理電子標簽序列號和每個物品對應的詳細信息。

（3）數(shù)據(jù)分析和儲存：對采集到的數(shù)據(jù)進行存儲和管理，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，生成報表。

3.4其他軟件

本系統(tǒng)提供了一個在Visual Studi02005開發(fā)環(huán)境上由C#編寫的RFID應用開發(fā)平臺。該平臺提供資產(chǎn)、倉儲、物流各類企業(yè)軟件及開發(fā)工具，同時提供代碼、文檔管理平臺，作為一體化開發(fā)的軟件支撐。

4RFID教學與應用開發(fā)平臺的功能

4.1教學功能

本系統(tǒng)能夠通過軟件手動配置低頻、高頻、超高頻、微波模塊，硬件通過跳線關閉或打開相關讀寫模塊，滿足Gen2，IS014443A，IS015693等協(xié)議的多標簽讀寫要求等，可進行協(xié)議分析、跟蹤與實現(xiàn)，提供源代碼示例，讓學生在示例的基礎上進行IS018000-6C，IS015693，IS014443協(xié)議的軟件實現(xiàn)、加載與測試，并通過抓取波形和信號進行協(xié)議的跟蹤和分析。學生能夠獨立完成由低頻到超高頻到微波的所有實驗項目，并實現(xiàn)工程中常用的一些應用項目。實訓系統(tǒng)能夠有效地幫助師生全面了解RFID，掌握RFID的組成結構、運行環(huán)境以及工作模式?？蛇M行的具體實訓項目如下。

4.1.1 LF低頻RFID實訓

（1）低頻讀寫器讀寫操作。

（2）低頻標簽的穿透性。

4.1.2HF高頻RFID實訓

（1）高頻讀寫器的基本認知。

（2）IS014443AI#議下標簽數(shù)據(jù)讀寫。

（3）IS014443A協(xié)議下密匙操作。

（4）IS0144443A協(xié)議下標簽加值減值。

（5）IS0144443B協(xié)議下標簽讀寫。

（6）標簽角度對標簽讀取效果的影響。

（7）IS015693協(xié)議下標簽數(shù)據(jù)讀寫。

（8）IS015693協(xié)議標簽AFI，DSFID的讀寫和塊鎖定。

（9）高頻讀寫器設計、制作與調(diào)試實訓。

4.1.3UHF超高頻RFID實訓

（1）超高頻讀寫器的基本認識。

（2）Gen2協(xié)議下標簽數(shù)據(jù)讀取。

（3）Gen2協(xié)議下標簽數(shù)據(jù)寫入。

（4）Gen2協(xié)議下標簽密匙及數(shù)據(jù)讀保護。

（5）讀寫器功率對標簽讀取距離影響。

（6）讀寫器頻率對標簽讀取距離影響。

（7）標簽角度對標簽讀取效果的影響。

（8）讀寫器3種工作模式實驗（主動模式、應答模式、觸發(fā)模式）。

4.1.4 SHF/MW有源RFID實訓

（1）有源標簽的讀寫操作。

（2）有源標簽低頻激勵定位。

4.1.5RFID應用系統(tǒng)設計實訓

本系統(tǒng)軟件包含門禁系統(tǒng)、防偽溯源、倉儲管理系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)、會議簽到系統(tǒng)等。所有各子系統(tǒng)都包含行業(yè)應用及源代碼。具體應用系統(tǒng)實訓如下：

（1）基礎應用實訓1：RFID設備接口連接。

（2）基礎應用實訓2：RFID APl調(diào)用。

（3）基礎應用實訓3：讀寫器性能測試。

（4）基礎應用實訓4：標簽性能測試。

（5）基礎應用實訓5：天線安裝與測試。

（6）典型應用實訓1：票務防偽管理。

（7）典型應用實訓2：資產(chǎn)管理。

（8）典型應用實訓3：停車場管理。

（9）典型應用實訓4：倉庫管理。

（10）典型應用實訓5：藥品管理。

（11）綜合應用實訓1：校園一卡通（卡務管理）。

（12）綜合應用實訓2：校園一卡通（圖書管理）。

（13）綜合應用實訓3：校園一卡通（門禁管理）。

（14）綜合應用實訓4：校園一卡通（考勤管理）。

（15）綜合應用實訓5：校園一卡通（成績管理）。

4.2開發(fā)功能

由于本系統(tǒng)提供了包含門禁系統(tǒng)、防偽溯源、倉儲管理系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)、會議簽到系統(tǒng)等實用RFID應用系統(tǒng)，且所有各子系統(tǒng)都包含行業(yè)應用及源代碼。這些系統(tǒng)及代碼稍加修改即可應用與企事業(yè)單位的真實項目。此外，本系統(tǒng)提供了整套從設備選型到網(wǎng)絡組網(wǎng)，直至系統(tǒng)程序的開發(fā)方法與步驟，項目人員可通過新建工程一步步完成整個RFID系統(tǒng)的硬件設置與軟件編寫與調(diào)試。

5結語

通過使用本平臺對RFID技術與應用課程的學習，可使學生了解RFID技術概念，熟悉無線傳輸頻率、電磁波、天線等通信理論概念，掌握RFID技術的系統(tǒng)構造及應用系統(tǒng)的設計方法與步驟，培養(yǎng)學生分析、設計、集成并應用RFID系統(tǒng)的能力。學生能夠自行設計一套完整的RFID系統(tǒng)，包括從閱讀器和應答器的選型和標準選擇，到運行環(huán)境與接口方式的設計，并且運用實驗室平臺和設備，能夠動手開發(fā)自己設計的系統(tǒng)。