物聯(lián)網(wǎng)RFID實踐教學創(chuàng)新模式研究

王超梁+尤曉蕾+周鵬

摘 要：文中介紹了側(cè)重不同學科建設的物聯(lián)網(wǎng)RFID實踐教學體系，提出了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)RFID課程實踐教學開展的創(chuàng)新模式，并以RFID基礎(chǔ)理論結(jié)合應用系統(tǒng)實例，從基礎(chǔ)理論驗證、硬件設計、軟件設計和應用系統(tǒng)集成方面對RFID事件教學體系進行劃分，說明了該模式的思路和具體實踐內(nèi)容。該實踐教學創(chuàng)新模式的開展，提高了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生的實踐能力，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；實踐教學；創(chuàng)新模式

中圖分類號：G451；TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）05-0-02

0 引 言

射頻識別（RFID）是一種自動識別技術(shù)，利用空間電磁場實現(xiàn)信號的非接觸傳遞，達到識別目標信息的目的。隨著通信技術(shù)和半導體制作工藝的發(fā)展，微波領(lǐng)域的RFID應用越來越廣，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)實踐教學開展的質(zhì)量對培養(yǎng)復合型工程應用人才質(zhì)量的影響至關(guān)重要。但大多院校物聯(lián)網(wǎng)實踐教學均圍繞傳感器、無線傳感網(wǎng)絡構(gòu)建分析和RFID基礎(chǔ)理論驗證開展，正確把握物聯(lián)網(wǎng)各專業(yè)課之間的聯(lián)系特點，同時設計好其實踐教學環(huán)節(jié)已成為各高校需要關(guān)注的問題。

1 RFID實踐教學體系

物聯(lián)網(wǎng)是一個涉及計算機軟件、電子信息、通信工程和信息安全等專業(yè)知識的學科，需要對以上各專業(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，但又是一個獨立的完整體系架構(gòu)，其實踐教學是整個物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)的重要組成部分，由于各高校側(cè)重學科不同，RFID實踐教學的開展也不相同，大致可分為以下3類：

（1）通信類實踐。RFID實踐教學主要依托通信知識開展，包括電子標簽和讀寫器通信編解碼方式的實驗、調(diào)制解調(diào)的實驗、無線傳感節(jié)點通信實驗等，課程設計和畢業(yè)設計等實踐也均圍繞通信技術(shù)開展。

（2）計算機軟件類實踐。RFID實踐教學以軟件類為主，主要包括通信協(xié)議分析實驗、防碰撞算法驗證實驗、編解碼算法編程實驗等，課程設計和畢業(yè)設計為中間件開發(fā)、應用系統(tǒng)軟件設計等。

（3）電子類實踐。RFID實踐教學主要以電子信息類為主，包括電子標簽讀寫實驗、電子標簽和讀寫器阻抗匹配實驗、射頻電路仿真實驗等，課程設計和畢業(yè)設計為RFID阻抗匹配網(wǎng)絡設計、讀寫器電源設計、讀寫器射頻電路設計、射頻頻率跟蹤系統(tǒng)設計等。RFID實踐教學體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 物聯(lián)網(wǎng)RFID實踐教學創(chuàng)新模式

由于物聯(lián)網(wǎng)涉及多項專業(yè)知識，所以RFID實踐教學模式不應是某一類專業(yè)的教學，應當綜合通信專業(yè)、計算機專業(yè)和電子專業(yè)的實踐，以通信專業(yè)知識理論驗證為基礎(chǔ)，電子專業(yè)硬件設計制作為平臺，計算機應用軟件設計為目標，貫穿RFID實踐教學體系，才能把眾多專業(yè)知識在RFID課程中融會貫通，達到比較全面的實踐目的。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)實踐教學開展模式不同，RFID實踐教學創(chuàng)新模式體系構(gòu)建如圖2所示。

（1）基礎(chǔ)理論驗證，主要為RFID通信技術(shù)基礎(chǔ)理論的驗證實驗。包括RFID通信模型中的各種編碼解碼波形觀察分析對比，常用調(diào)制解調(diào)算法的實現(xiàn)和波形觀察，125kHz/13.56 MHz/900 MHz RFID標簽內(nèi)容在不同標準體系下的讀寫實驗以及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)和電子標簽讀寫實驗可由RFID綜合實驗平臺的試驗箱實現(xiàn)，天線特性仿真分析可由HFSS或者MWS等仿真軟件實現(xiàn)。

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

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

（4）應用系統(tǒng)集成，主要為RFID通信系統(tǒng)的綜合應用設計。包括利用單片機或DSP實現(xiàn)抑或其他基于無線通信技術(shù)的應用系統(tǒng)設計，如單片機控制的RFID標簽汽車防盜系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)和一卡通信息讀取系統(tǒng)的設計。可以以課程設計或畢業(yè)設計的形式進行實踐教學。

RFID實踐教學體系基礎(chǔ)理論驗證實踐平臺如圖3所示。

3 RFID實踐教學創(chuàng)新模式實施應注意的問題

RFID實踐教學創(chuàng)新模式的實施應注意以下幾個問題：

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

（2） 實踐教學設備的配置。實踐教學開展的好壞直接受制于其配套設備，RFID實踐教學創(chuàng)新模式實施的必要設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、RFID標簽制作綜合試驗箱、電磁場電磁波或天線特性分析軟件和不同頻段的RFID讀寫器等硬件設備。

（3） 實驗室?guī)熧Y隊伍建設。物聯(lián)網(wǎng)RFID課程涉及多專業(yè)、多學科，單一學科的實驗室人員無法勝任學生實踐教學的指導，因此應加強實驗室?guī)熧Y隊伍的建設，由專業(yè)課老師來指導學生的實踐教學。

4 結(jié) 語

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

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