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

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(dá)到識別目標(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(xué)開展的質(zhì)量對培養(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(shè)計好其實踐教學(xué)環(huán)節(jié)已成為各高校需要關(guān)注的問題。

1 RFID實踐教學(xué)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(xué)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(xué)是整個物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐教學(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) 通信類實踐。RFID實踐教學(xué)主要依托通信知識開展，包括電子標(biāo)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(shè)計和畢業(yè)設(shè)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(xué)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(shè)計和畢業(yè)設(shè)計為中間件開發(fā)、應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計等。

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

2 物聯(lián)網(wǎng) RFID實踐教學(xué)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(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(shè)計制作為平臺，計算機應(yīng)用軟件設(shè)計為目標(biāo)，貫穿RFID實踐教學(xué)體系，才能把眾多專業(yè)知識在RFID 課程中融會貫通，達(dá)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(xué)開展模式不同，RFID 實踐教學(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， 125 kHz/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(biāo)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M(jìn)WS 等仿真軟件實現(xiàn)。

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

(3) 軟件設(shè)計，主要為讀寫器讀寫程序的設(shè)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(shè)計或者仿真，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。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(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，如單片機控制的 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?？梢砸哉n程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計的形式進(jìn)行實踐教學(xué)。

RFID 實踐教學(xué)體系基礎(chǔ)理論驗證實踐平臺如圖 3 所示。

圖 3 RFID 實踐教學(xué)體系基礎(chǔ)理論驗證實踐平臺

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

RFID 實踐教學(xué)創(chuàng)新模式的實施應(yīng)注意以下幾個問題：

理論教學(xué)相關(guān)知識的完善。為實現(xiàn) RFID實踐教學(xué)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。

實踐教學(xué)設(shè)備的配置。實踐教學(xué)開展的好壞直接 受制于其配套設(shè)備，RFID實踐教學(xué)創(chuàng)新模式實施的必要設(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、RFID 標(biāo)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(shè)備。

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

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