高職院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)RFID實訓(xùn)室功能二次開發(fā)的研究

摘要：RFID應(yīng)用技術(shù)是計算機物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心課程之一，課程目標(biāo)是使學(xué)生能夠?qū)夹g(shù)規(guī)程具有清晰的了解，并最終掌握基于此項技術(shù)進行實際的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的能力。該文針對RFID應(yīng)用技術(shù)課程的實訓(xùn)設(shè)備的實驗內(nèi)容涉及大篇幅電子技術(shù)、多數(shù)實驗設(shè)備僅能提供驗證性實驗、綜合開發(fā)示例少等問題，討論了如何通過二次開發(fā)實訓(xùn)室設(shè)備功能，重新編排實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，更好地適應(yīng)計算機物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)要求。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)；實訓(xùn)室建設(shè)；實訓(xùn)室功能二次開發(fā)；“教、學(xué)、做”一體化

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）30-0151-02

1 引言

目前，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)作為開設(shè)不久的新專業(yè)，其專業(yè)建設(shè)的各個方面都處在一個探索與實踐的過程中，其中實訓(xùn)室的建設(shè)對于注重學(xué)生技能培養(yǎng)的高職院校來講尤為重要。其中，RFID應(yīng)用技術(shù)課程的實訓(xùn)設(shè)備的實驗內(nèi)容涉及大篇幅電子技術(shù)、多數(shù)實驗設(shè)備僅能提供驗證性實驗、綜合開發(fā)示例少，這不利于學(xué)生以計算機專業(yè)的角度來學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。這是由于市場上絕大部分的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)設(shè)備供應(yīng)商所提供的產(chǎn)品都是廠商以自己對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的理解進行設(shè)計的，并沒有充分考慮到在具體的教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)備的應(yīng)用方式、整套系統(tǒng)的分層教學(xué)模式等。尤其對于高職計算機專業(yè)學(xué)生，設(shè)備所配套的實訓(xùn)項目中大量篇幅講解基本電子元器件的實驗不完全符合計算機科學(xué)這一學(xué)科的教學(xué)要求。而對計算機專業(yè)主要關(guān)注的系統(tǒng)級應(yīng)用開發(fā)項目，實訓(xùn)項目描述卻草草幾筆帶過，而且所提供的系統(tǒng)級開發(fā)項目在可操作性、可定制化方面所提供的功能幾近于無，教師在授課的過程中由于設(shè)備的限制、學(xué)生的學(xué)習(xí)能力的限制推進得困難重重。

本文針對上述問題，討論了如何對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)RFID實訓(xùn)室設(shè)備進行二次開發(fā)，選擇成本適當(dāng)、部署便捷的硬件設(shè)備，設(shè)計了一種面向?qū)W生課程設(shè)計的開發(fā)框架，包括一套RFID綜合實訓(xùn)開發(fā)框架（含軟硬件），以支撐相關(guān)課程。通過二次開發(fā)，將現(xiàn)有設(shè)備的功能進行封裝抽象，形成模塊化的、學(xué)生可選、直接調(diào)用的軟硬件整體，進而更好地適應(yīng)計算機物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)要求。

2 研究內(nèi)容及成果

本文主要針對高職院校計算機物聯(lián)網(wǎng)RFID應(yīng)用技術(shù)課程的實訓(xùn)項目及實訓(xùn)室設(shè)備進行重新建設(shè)，選取合理的實訓(xùn)硬件環(huán)境，充分考慮到高職院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和特點，規(guī)避一些封閉商業(yè)化產(chǎn)品中常見的硬件結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，在底層與業(yè)務(wù)層之間自主開發(fā)一套學(xué)生易學(xué)易用的函數(shù)庫，讓學(xué)生直接利用函數(shù)庫開發(fā)自己的RFID應(yīng)用系統(tǒng)，規(guī)避電子技術(shù)、商業(yè)化閉源軟件對開發(fā)過程的干擾，將實訓(xùn)重點回歸到RFID技術(shù)本身，重點培養(yǎng)學(xué)生通過相關(guān)技術(shù)進行系統(tǒng)開發(fā)的能力，體現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化的職業(yè)教育方法。

3 功能總體設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)涉及RFID技術(shù)的相關(guān)課程在高職院校通常開設(shè)在第2、3、4學(xué)期。在技術(shù)選型方面，通過分析ISO/IEC 14443規(guī)程，總結(jié)適用于技術(shù)原理教學(xué)的部分，并且著重分析Philips NXP公司的Mifare One卡片、MFRC522對規(guī)程的實現(xiàn)，采用C/C++語言完成開發(fā)框架資源庫的及示例程序開發(fā)，這充分考慮到了高職計算機專業(yè)學(xué)生通常在第2學(xué)期剛好完成C程序設(shè)計等語言類課程的學(xué)習(xí)并開始在第3學(xué)期學(xué)習(xí)面向?qū)ο笳Z言的學(xué)習(xí)進度。針對RFID實訓(xùn)室的教學(xué)項目，選取單片機平臺為Arduino，同時放棄了Arduino官方自帶的開發(fā)環(huán)境，而轉(zhuǎn)向要求學(xué)生采用Visual Studio 2015加載Arduino Plugin for Visual Studio插件的開發(fā)環(huán)境。這不僅可以幫助學(xué)生利用Visual Studio所提供的代碼自動補全，聲明及類型高亮的友好特性，還進一步的提升學(xué)生掌握企業(yè)主流開發(fā)工具的能力。

觀察RFID課程體系發(fā)現(xiàn)，針對RFID技術(shù)的課程體系路線可以大致總結(jié)為：物聯(lián)網(wǎng)概論 → C程序設(shè)計 → RFID應(yīng)用技術(shù) →（面向?qū)ο笳Z言/數(shù)據(jù)庫）→ RFID技術(shù)綜合實訓(xùn)。學(xué)生在《物聯(lián)網(wǎng)概論》課程中將首次接觸到RFID技術(shù)的各種標(biāo)準(zhǔn)，包括但不限于13.56MHz RFID、860MHz～920MHz RFID等，同時了解相關(guān)技術(shù)所對應(yīng)的國際ISO標(biāo)準(zhǔn)；《C程序設(shè)計》為RFID技術(shù)的項目開發(fā)（C/C++）做好語言及程序設(shè)計能力的基礎(chǔ)；《RFID應(yīng)用技術(shù)》課程負責(zé)講解ISO/IEC 14443A技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、市場主流商業(yè)化產(chǎn)品的技術(shù)原理及基本的讀寫卡方法。本文中所描述的商業(yè)化產(chǎn)品是指行業(yè)主要設(shè)備廠商針對特定ISO標(biāo)準(zhǔn)所推出的產(chǎn)品。例如，RFID應(yīng)用技術(shù)課程在開發(fā)應(yīng)用部分所講解規(guī)程大多為近耦合PICC卡片技術(shù)，由ISO/IEC 14443A標(biāo)準(zhǔn)定義，市場上所使用PICC卡片大多都采用Philips NXP公司所推出的Mifare One系列卡片。所以，課程在技術(shù)原理部分及實驗部分也采用此卡片為原型。由于ISO/IEC 14443A標(biāo)準(zhǔn)本身也是在Philips所提出方案的基礎(chǔ)上設(shè)計的，那么在課程中使用此類商業(yè)化產(chǎn)品作為原型是無法避免的。

4 RFID實訓(xùn)室功能二次開發(fā)

4.1硬件平臺設(shè)計

采用Arduino作為開發(fā)平臺是考慮到計算機專業(yè)學(xué)生沒有過深的嵌入式、單片機等前置課程知識。Arduino作為一款非專業(yè)開發(fā)板，簡化了嵌入式開發(fā)的準(zhǔn)備工作，對于不熟悉電子技術(shù)的計算機專業(yè)學(xué)生非常友好。硬件部分我們選取了Arduino UNO、MFRC522閱讀器、JoyStick搖桿來構(gòu)成開發(fā)框架的硬件部分：Arduino UNO作為主機，提供控制、處理功能，并使用UNO內(nèi)置的512K EEPROM來存儲卡片管理信息；MFRC522芯片作為閱讀器原型，負責(zé)卡片讀寫通信；JoyStick搖桿通過上下左右來模擬4方向菜單的輸入。

4.2 功能二次開發(fā)

本著對高職學(xué)生簡單易用的原則，RFID實訓(xùn)室二次開發(fā)的重點工作是設(shè)計并實現(xiàn)一套用于在上述硬件平臺上開發(fā)RFID應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)框架。

框架的主要功能分為如下幾個模塊：

1）ISO/IEC 14443A協(xié)議流程在Arduino上的實現(xiàn)；

2）卡片管理，實現(xiàn)卡片注冊、卡片注銷等基本操作；

3）數(shù)據(jù)管理，在Arduino中創(chuàng)建、修改、刪除一條卡片記錄，匯總、打印記錄等操作；

4）交互管理，JoyStick的控制定義；

5）輸出模塊，輸出信息的顯示方式定義。

RFID開發(fā)框架源代碼共計1500余行，幾個功能模塊整體分為界面層、業(yè)務(wù)層、模塊層3層，最大化的考慮到了后續(xù)模塊的單獨使用場景。

4.3 實訓(xùn)教學(xué)項目開發(fā)

在RFID開發(fā)框架的基礎(chǔ)上，需要編寫相應(yīng)的實訓(xùn)項目及任務(wù)，內(nèi)容如表1所示。

考慮到二次開發(fā)需求分析的科學(xué)、有效，避免閉門造車，研究過程特意采用與授課過程同步進行的方式。建議相關(guān)教研室先行在教學(xué)進度計劃中修改RFID應(yīng)用技術(shù)相關(guān)課程的課程標(biāo)準(zhǔn)。所提出的二次開發(fā)內(nèi)容應(yīng)該是通過不斷的實踐檢驗并不斷修正更新，需要參閱大量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)文獻，保證所編寫的項目內(nèi)容詳實、豐富，適應(yīng)高職學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，也兼顧對優(yōu)秀學(xué)生能力擴展的要求。

5結(jié)論

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)實踐的過程中，我們發(fā)現(xiàn)僅僅增加各種硬件配套設(shè)施仍然不能達到令人滿意的教學(xué)效果，還需要進一步提高對設(shè)備使用的軟實力：盡可能地挖掘?qū)嵱?xùn)室設(shè)備的最大潛力，適應(yīng)日益變化的行業(yè)要求與相應(yīng)的課程內(nèi)容調(diào)整。高職計算機物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)開發(fā)類課程一直都是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的難點課程，又是專業(yè)培養(yǎng)中的重點課程。本課題的提出是緣于一線教師在授課過程中遇到了關(guān)于實訓(xùn)設(shè)備、關(guān)于教學(xué)內(nèi)容、關(guān)于實訓(xùn)設(shè)計、關(guān)于學(xué)習(xí)規(guī)律、關(guān)于高職學(xué)生的接受能力等種種問題，可以說，本文所研究的內(nèi)容即是關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)教學(xué)的一次嘗試性探討。通過此次對實訓(xùn)室功能的開發(fā)、擴展，新的實訓(xùn)內(nèi)容將有力地協(xié)助學(xué)生更好更快地完成這一角色轉(zhuǎn)變的過程，真正體現(xiàn)出高等職業(yè)教育的優(yōu)勢與內(nèi)涵。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】