應用型本科物聯網專業RFID課程實踐教學研究

曹國平 王宜懷 曹金華

摘要：RFID技術課程是物聯網專業重要的專業核心課程。文章針對應用型本科物聯網專業RFID課程的實踐教學，從實驗內容選擇、實踐平臺建設、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模式提供參考。

關鍵詞：RFID；應用型本科；實踐教學

0、引言

射頻識別（radio frequency identification，RFID）技術是目前最具發展前景的自動識別技術之一，是物聯網技術的基礎。近年來，隨著物聯網的快速興起，RFID技術已經被應用于社會生活的眾多領域，對社會信息化水平的提高具有重要作用。隨著各高校普遍開設物聯網專業，如何在應用型本科人才培養環境下，建立較為完善的RFID課程實踐教學模式，提高實踐教學效果，培養高素質專業人才，是一個急需探討的課題。

1、實踐課程內容設計

物聯網工程專業培養的是工程應用型人才，必須高度重視與理論教學相輔相成的實驗教學環境建設。物聯網專業核心課程RFID的實踐教學是掌握RFID系統設計和開發的保證。我們在教學實踐中發現，本課程的教學難度較大且不易達到良好的教學效果，尤其是在課程內容的選擇上，存在兩方面的問題，一是課程內容較多地涉及電子學科的內容，專業跨度較大，而目前本三批次計算機相關專業的學生硬件基礎較為薄弱，導致學生學習困難。針對這個問題，教師應首先明確RFID應用系統的本質是一個嵌入式系統，是軟件與硬件的綜合體，是軟件、硬件協同設計的工程，應該在一個整體的框架內協調工作，同時認識到計算機硬件研究與開發也是本專業不可或缺的組成部分，具有軟件開發不可替代的地位和廣闊的應用前景；其次，應根據物聯網專業的特點適當刪減部分偏電子的內容，突出課程重點。射頻識別技術本身類型很多，實驗內容幾乎涉及所有類型的RFID技術，而實驗課時偏少，導致學生無法抓住重點，不能深入學習。針對這一問題，課程教學應選擇當前應用最普遍的高頻IS0 14443協議下的RFID技術為對象，力求通過對該類RFID系統的學習設計，使學生掌握RFID技術的基本概念、理論、方法，從而對RFID技術有一個總體、系統的了解和掌握。同時，教師可結合學習方法論進行教學，培養學生舉一反三、靈活運用知識的能力，鼓勵學牛通過自主學習了解和掌握其他類的RFID技術。

為了盡可能解決上述問題，我們規劃了實驗內容及課時分配，見表1。

2、實踐硬件平臺

目前，市場上的RFID實驗設備都比較封閉，大多僅能完成驗證性實驗。為滿足實踐教學的需要，我們設計了專業實驗平臺，在設計硬件時遵循模塊化的設計思想，以保證系統的通用性和可擴展性，實驗平臺設計為三大部分：主控MCU、射頻控制模塊、天線及匹配電路。主控MCU模塊址整個系統的核心，采用蘇州大學飛思卡爾嵌入式中心開發的SD-FSL-KL25-EVB開發板，MCU采用MKL252128VLK4芯片，其工作頻率為48MHz，性能達到0.93DMIPS/MHz。該板是KL25 MCU的最小系統，所有I/O引腳引出，可外擴多種外設并提供豐富的再擴展接口，為接入超高頻及低頻RFID電路提供便利。射頻控制模塊主要提供對射頻讀寫芯片的控制操作，天線及匹配電路為RFID卡提供電源并在讀寫模塊與RFID 卡之間傳送信息。采用模塊化設計為系統保留了較多的操作空間，學生通過查看原理圖可以快速掌握各模塊的功能和原理，對射頻控制模塊及大線電路進行電路焊接并方便地完成讀寫器的制作與調試。

3、實踐教學創新

1）實踐平臺創新。

為提供系統可擴展的創新實驗環境，減少重復的開發勞動，我們針對實驗平臺沒計了在線編程功能，可將用戶的應用程序在線下寫入MCU的Flash存儲區的用戶程序空間，支持用戶的二次開發。Flash存儲空間就被分成了兩個部分，平臺在首次使用時，將讀寫模塊軟件燒寫并駐留在MCU的Flash存儲區中。駐留的讀寫模塊軟件占用部分存儲空間，剩余的存儲空間可供用戶的應用程序使用。

讀寫模塊軟件由3部分組成：MCU監控程序、讀寫卡操作API接口以及與標簽通信的底層通信函數。監控程序可以實現用戶應用程序的在線寫人，每次系統復位后首先運行駐留的監控程Jlr，，判斷用戶存儲空間是否有用，-程序，符仃則車々入用戶程序執行，否則等待..按照與標簽的通信流程，將底層通信操作使用函數的形式封裝起來，就形成了讀寫模塊的底層通信函數（或稱低級曬數）。在此基礎上，將對標簽的操作按統1的接口形式封裝起來，構成高級函數，作為API接II提供給用戶，形成應用系統LJ標簽之問數據交換的接口。應用系統只需要向瀆寫模塊發送操作命令，由瀆寫模塊完成對標簽的讀、'與等操作 怍接觸通信的所有具體操作細節則由底層通信I雨數完成。平臺支持學生模塊化地完成各類實聆，最終實現并部署一個實際的應用系統。杓：線編程結構如圖1所示。

2）實踐活動創新。

創新性實踐活動是培養學生的創新能力和提高專業素質的基礎。學校鼓勵學有余力的學生在課余時間進行與物聯網RFID相關的應用系統開發，鍛煉其對相關知識與技能的綜合運用能力。學生可自主選擇實踐活動或參加教師的工程項目、科研課題，指導教師則為學生提供良好的開發環境。通過實踐，學生能夠逐步實現從應用模擬到創新設計的轉變。

4、校外實訓基地建沒

隨著物聯網技術的迅速發展，物聯網已形成了龐大的產業鏈。有針對性地培養具有不同專業背景和實踐技能的高素質人才，對行業發展具有重要意義，也是應用型本科院校教學培養的重要目標，為此，學校應主動與物聯網、RFID相關企業共建校外實訓基地，為物聯網工程及相關專業學生提供實習機會。學校應結合企業的實際需求，協商制訂相應的實習計劃與方案，使學生將理論知識與具體項目實踐相結合，在實習中掌握最新的物聯網應用技術，深人體會企業文化，獲得相應的工程和開發經驗，提高自身的就業競爭力。蘇州是經濟發達地區，相關企業眾多，目前蘇州大學計算機科學與技術學院已與多家企業合作建立了實訓基地，且這些基地已投入使用。

為建立穩定長效的合作關系，蘇州大學計算機科學與技術學院制定了比較完善的合作方案。首先，校外實訓工作在學院直屬的對外合作辦公室領導下統一進行，既有利于學生的組織與管理，又有利于加強與企業的溝通，及時發現并解決合作中出現的矛盾與問題。其次，關心企業需求，將企業需求融入學生培養過程。實訓一般由企業提供項目課題，以企業技術人員為主導、以學生為主體完成項目開發，所得成果為企業與學生共有；同時積極吸引企業參與學生培養過程，通過講座、就業培訓等活動，提高學生的專業綜合素質，培養其溝通交流和團隊合作精神，使學生更好地滿足企業的人才需求。再次，加強實訓期的教學管理。校外實訓一般都在最后1～2個學期進行，對學生教學管理較為松散，為此，學院推行全員導師制，由一名教師指導幾個學生共同參與實訓，加強對學生的教學管理。教師在對學生實習活動進行管理的同時，還需熟悉企業的運作模式與前沿技術的應用情況，了解企業實際需求，通過反饋總結，調整教學內容與方式，從而提高教學的針對性和教學質量。

5、結語

RFID技術是目前最具發展前景的自動識別技術之一，是物聯網感知層的核心技術，RFID課程的實踐教學也是整個物聯網工程專業實踐教學的重要組成部分，因此建立較為完善的RFID課程實踐教學模式，提高實踐教學效果，對物聯網工程專業的創新人才培養具有重要意義。筆者指出和分析了目前RFID教學中存在的一些問題，從實驗內容選擇、實踐平臺建設、實踐教學實施等方面提出具體的教學實施方案，為應用型本科人才培養環境下的RFID課程教學改革進行了有益的探索。