可配套手機(jī)app的RFID實驗箱的研制

李天松 周曉燕 沈?qū)W源 吳成吉

摘要：目前，很多電子類大學(xué)或電子類專業(yè)開設(shè)了射頻實驗，但是許多學(xué)生僅僅只是在機(jī)械式按著例程進(jìn)行操作，可能連基本的實驗原理都無法理解。通過制作RFID實驗箱及配套的手機(jī)APP，讓學(xué)生能夠更深入的了解實驗過程中的實質(zhì)，讓學(xué)生對實驗的了解不僅僅停留在紙上。將實驗箱和手機(jī)進(jìn)行連接，在手機(jī)上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和波形，改善教學(xué)效果。為了完成這個目標(biāo)，則需要建立射頻模塊和手機(jī)之間的連接，開發(fā)一款便于實驗學(xué)習(xí)的手機(jī)APP，實現(xiàn)創(chuàng)新與實踐應(yīng)用的相結(jié)合。

關(guān)鍵詞：射頻；手機(jī)APP；教學(xué)；實驗箱；實踐應(yīng)用

中圖分類號：G482 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）08-0247-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Development of RFID Experimental Box with Mobile Phone App

LI Tian-song， ZHOU Xiao-yan， SHEN Xue-yuan， WU Cheng-ji

（School of Information and Communication， Guilin University of Electronic Technology， Guilin 541004，China）

Abstract： at present， many universities have set up radio frequency experiments， but many students only work in mechanical routines， and even the basic experimental principles can not be understood. Through the production of RFID experimental box and supporting mobile phone APP， students can be more in-depth understanding of the essence of the experiment process， so that students do not just stay on the paper understanding of the paper. The experiment box and the mobile phone are connected， and the relevant data and the waveform are displayed on the mobile phone， so as to improve the teaching effect. To accomplish this goal， we need to build a connection between the RF module and the cell phone and develop an easy to experiment handset APP.

Key words： Radio frequency； mobile phone APP； teaching； experiment box； practical application

1 引言

射頻實驗箱在電子類大學(xué)普遍出現(xiàn)在學(xué)生的實驗教學(xué)中，射頻技術(shù)也涉及各個領(lǐng)域。無線射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一種非接觸的自動識別技術(shù)，它基本由三部分組成：標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna），是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個識別卡，操作快捷方便。隨著智能手機(jī)的普及與3G/4G技術(shù)的成熟，手機(jī)上網(wǎng)用戶尤其大學(xué)生用戶數(shù)量和應(yīng)用需求不斷增長，目前，手機(jī)在大學(xué)生中極為普遍，越來越多的讀者傾向于使用更加便捷的方式來接收知識，傳統(tǒng)WAP（wireless application protocol，無線應(yīng)用協(xié)議）網(wǎng)站服務(wù)是為PC機(jī)定制的，用戶在移動終端使用不方便，為了解決和彌補這些不足，針對手機(jī)定制的Android平臺下的射頻實驗箱可以使廣大讀者更加靈活的使用上課的資源。

2 研究目的與應(yīng)用前景

在今天，隨著社會經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，智能手機(jī)已經(jīng)成為人類生活的必需品。運用智能手機(jī)教學(xué)，不僅使教學(xué)更加方便，而且能讓教學(xué)跟上科技發(fā)展的節(jié)奏。

目前，射頻識別實驗箱種類繁多，無法直接顯示卡的UID、載波波形和調(diào)制信號波形，需靠外接PC端，運行讀卡軟件，讀出卡的UID，以及外接示波器，顯示載波波形和調(diào)制信號波形。因此，改進(jìn)該類射頻實驗箱的使用方式，在實驗箱內(nèi)嵌入藍(lán)牙模塊或Wifi模塊，通過這個模塊將實驗箱和手機(jī)進(jìn)行連接，在手機(jī)上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和波形，改善教學(xué)效果。為了完成這個目標(biāo)，我們需要建立射頻模塊和手機(jī)之間的連接，開發(fā)一款便于實驗的手機(jī)APP。

3 設(shè)計思路及設(shè)計方案

開發(fā)一款包含基本射頻實驗的實驗箱，能夠滿足基本的教學(xué)實驗內(nèi)容，讓學(xué)生深入理解實驗原理。實驗箱包括基本的電源模塊，測量點模塊，可以通過示波器觀測信號，125K模塊，高頻13.56MHz ISO14443協(xié)議模塊、高頻13.56MHz ISO15693M RFID原理模塊以及超高頻900MHz ISO18000-6C協(xié)議模塊；開發(fā)一款與實驗內(nèi)容相關(guān)的，具有協(xié)助學(xué)習(xí)功能的手機(jī)APP，將實驗箱和手機(jī)進(jìn)行連接，在手機(jī)上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和波形，輔助教師教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)；自主開發(fā)設(shè)計射頻電路卡，具有集成電路卡的功能，并且設(shè)置多個測量點。

可配套手機(jī)app的RFID實驗箱主要實現(xiàn)以下功能：

1） 通過藍(lán)牙或WiFi連接，可以將實驗時產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)端，并在APP界面上進(jìn)行顯示，可以不借助大體積的PC機(jī)，這樣將會變得非常的便捷。

2） 在手機(jī)APP上學(xué)生可以選擇點擊特定的實驗，手機(jī)上會出現(xiàn)相關(guān)的實驗原理、實驗步驟及注意事項，讓學(xué)生隨時隨地都能學(xué)習(xí)，方便課后復(fù)習(xí)。

3） 設(shè)計電子標(biāo)簽，并自主搭建電子標(biāo)簽電路，使得各個點的波形可測。

射頻識別基本原理如圖1所示。實驗箱包括基本教學(xué)模塊，信號波形顯示于示波器，并與PC端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。另外實驗箱嵌入藍(lán)牙模塊或者WiFi模塊，并編寫出一款手機(jī)app，實驗箱數(shù)據(jù)、波形和相關(guān)提示均可直接從手機(jī)看到，從而達(dá)到學(xué)生可以課下便捷地學(xué)習(xí)實驗知識，改善教學(xué)的目的。設(shè)計方案圖如圖2所示。

4 軟件開發(fā)環(huán)境

目前智慧型手機(jī)已經(jīng)成為社會主流，基本上達(dá)到了人手至少一部智能機(jī)。而且在智能機(jī)系統(tǒng)中，Android成了廣泛用于手機(jī)和平板電腦等移動設(shè)備的開放的手機(jī)作業(yè)系統(tǒng)。因此，Android開發(fā)占據(jù)了應(yīng)用開發(fā)榜首。

可配套手機(jī)app的RFID實驗箱，需要一個APP作為中介的控制途徑，程序用簡單的JAVA語言編寫。首先電腦安裝JAVA開發(fā)包（JDK），版本在7.0以上均可（推薦使用電腦安裝的版本為jdk 1.7.0_71-b14），接下來在許多Android開發(fā)環(huán)境中選擇了Android Studio，因為其完全免費還處于不斷更新完善階段。相比其他開發(fā)軟件，Android Studio可以智能保存，響應(yīng)速度也快一些，會提升開發(fā)人員效率，在配置、編譯、打包方面都很實用，同時有超強(qiáng)的代碼補全功能，不需要記憶眾多代碼關(guān)鍵詞，對于新手很好上手。安裝Android Studio時必須安裝專屬的軟件開發(fā)工具包Android SDK才可以正常使用。

在Android Studio中首先新建一個程序，在彈出的設(shè)置對話框中大都保持默認(rèn)。界面設(shè)計有2種方式：編寫代碼設(shè)計和使用XML，使用XML設(shè)計界面更加容易上手而且容易設(shè)置界面樣式，因此選擇使用XML進(jìn)行界面設(shè)計。用鼠標(biāo)將按鈕控件拖放到畫布上，安排好清晰明了的位置并在旁邊頁面設(shè)置好各自的名稱屬性；在新建工程中的MainActivity.java中開始編寫主程序，從OnCreate（）后放入編寫的程序，表示開始創(chuàng)建活動。初涉JAVA語言和Android開發(fā)，為了使編程簡潔明了，可采用創(chuàng)建多個線程的方式來判斷不同狀態(tài)下APP可以進(jìn)行的活動；利用extends Thread 擴(kuò)展線程類創(chuàng)造多個線程，這樣在多種狀態(tài)下程序都可以照常執(zhí)行，且彼此獨立，各自擁有自己的資源，線程的優(yōu)勢就在于其程序的移植性強(qiáng)，代碼和數(shù)據(jù)資源獨立性。

5 創(chuàng)新試驗箱問題解決途徑

每一項創(chuàng)新都有問題等待解決，每一個問題解決了，創(chuàng)新就實現(xiàn)了?？膳涮资謾C(jī)app的RFID實驗箱的創(chuàng)新設(shè)計在于開發(fā)一款與實驗內(nèi)容相關(guān)的，具有協(xié)助學(xué)習(xí)的手機(jī)APP，將實驗箱和學(xué)生手機(jī)可以通過藍(lán)牙或WiFi直接連接起來，達(dá)到學(xué)生可以課下學(xué)習(xí)復(fù)習(xí)鞏固實驗內(nèi)容，手機(jī)顯示實驗相關(guān)數(shù)據(jù)和實驗波形并一定程度上顯示解釋實驗原理，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，輔助教師教學(xué)。為了實現(xiàn)可配套手機(jī)app的RFID實驗箱的設(shè)計，創(chuàng)新實驗箱問題解決流程途徑可參考如下：

1） 前期先進(jìn)行資料的查詢，進(jìn)行仿真，了解基本的協(xié)議及相關(guān)編碼。

2） 查閱相關(guān)資料，相關(guān)的射頻實驗書，使用PCB制作軟件畫出電路圖，并做出電路板進(jìn)行調(diào)試。

3） 學(xué)習(xí)JAVA，并使用JAVA編寫安卓APP，使用一定的算法，能夠在手機(jī)上顯示編碼前、編碼后的波形以及相關(guān)的資料都將通過手機(jī)發(fā)送給學(xué)生了解。

4） 學(xué)習(xí)電子標(biāo)簽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理，通過仿真調(diào)試，設(shè)計開發(fā)射頻電路卡。

6 結(jié)語

可配套手機(jī)app的RFID實驗箱的設(shè)計是便于教師教學(xué)、利于學(xué)生學(xué)習(xí)實驗的一款多功能實驗箱。在基本射頻實驗箱的基礎(chǔ)上嵌入藍(lán)牙或WiFi模塊，并編寫一款適用本實驗箱的手機(jī)APP，學(xué)習(xí)射頻實驗的學(xué)生只要下載APP，就能在手機(jī)上隨時隨地學(xué)習(xí)實驗，鞏固知識?？梢跃€下復(fù)習(xí)每一個實驗，分析相關(guān)數(shù)據(jù)和波形，從而達(dá)到便利教學(xué)便利學(xué)習(xí)的目的，利用一部智能手機(jī)每一位同學(xué)線下交流學(xué)習(xí)內(nèi)容就很方便?？膳涮资謾C(jī)app的RFID實驗箱的設(shè)計是一款可以應(yīng)用于教學(xué)的實驗箱，改善教學(xué)質(zhì)量和效果。

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【通聯(lián)編輯：王力】