高職院校物聯網專業RFID實訓室功能二次開發的研究

摘要：RFID應用技術是計算機物聯網專業的核心課程之一，課程目標是使學生能夠對技術規程具有清晰的了解，并最終掌握基于此項技術進行實際的應用系統開發的能力。該文針對RFID應用技術課程的實訓設備的實驗內容涉及大篇幅電子技術、多數實驗設備僅能提供驗證性實驗、綜合開發示例少等問題，討論了如何通過二次開發實訓室設備功能，重新編排實訓教學內容，更好地適應計算機物聯網專業學生的學習要求。

關鍵詞：物聯網專業實訓教學；實訓室建設；實訓室功能二次開發；“教、學、做”一體化

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

1 引言

目前，物聯網應用技術作為開設不久的新專業，其專業建設的各個方面都處在一個探索與實踐的過程中，其中實訓室的建設對于注重學生技能培養的高職院校來講尤為重要。其中，RFID應用技術課程的實訓設備的實驗內容涉及大篇幅電子技術、多數實驗設備僅能提供驗證性實驗、綜合開發示例少，這不利于學生以計算機專業的角度來學習課程內容。這是由于市場上絕大部分的物聯網教學設備供應商所提供的產品都是廠商以自己對物聯網設備的理解進行設計的，并沒有充分考慮到在具體的教學環節中設備的應用方式、整套系統的分層教學模式等。尤其對于高職計算機專業學生，設備所配套的實訓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這一學科的教學要求。而對計算機專業主要關注的系統級應用開發項目，實訓項目描述卻草草幾筆帶過，而且所提供的系統級開發項目在可操作性、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備的限制、學生的學習能力的限制推進得困難重重。

本文針對上述問題，討論了如何對物聯網專業RFID實訓室設備進行二次開發，選擇成本適當、部署便捷的硬件設備，設計了一種面向學生課程設計的開發框架，包括一套RFID綜合實訓開發框架（含軟硬件），以支撐相關課程。通過二次開發，將現有設備的功能進行封裝抽象，形成模塊化的、學生可選、直接調用的軟硬件整體，進而更好地適應計算機物聯網專業學生的學習要求。

2 研究內容及成果

本文主要針對高職院校計算機物聯網RFID應用技術課程的實訓項目及實訓室設備進行重新建設，選取合理的實訓硬件環境，充分考慮到高職院校物聯網專業學生的學習目標和特點，規避一些封閉商業化產品中常見的硬件結構等內容，在底層與業務層之間自主開發一套學生易學易用的函數庫，讓學生直接利用函數庫開發自己的RFID應用系統，規避電子技術、商業化閉源軟件對開發過程的干擾，將實訓重點回歸到RFID技術本身，重點培養學生通過相關技術進行系統開發的能力，體現“教、學、做”一體化的職業教育方法。

3 功能總體設計

物聯網應用技術專業涉及RFID技術的相關課程在高職院校通常開設在第2、3、4學期。在技術選型方面，通過分析ISO/IEC 14443規程，總結適用于技術原理教學的部分，并且著重分析Philips NXP公司的Mifare One卡片、MFRC522對規程的實現，采用C/C++語言完成開發框架資源庫的及示例程序開發，這充分考慮到了高職計算機專業學生通常在第2學期剛好完成C程序設計等語言類課程的學習并開始在第3學期學習面向對象語言的學習進度。針對RFID實訓室的教學項目，選取單片機平臺為Arduino，同時放棄了Arduino官方自帶的開發環境，而轉向要求學生采用Visual Studio 2015加載Arduino Plugin for Visual Studio插件的開發環境。這不僅可以幫助學生利用Visual Studio所提供的代碼自動補全，聲明及類型高亮的友好特性，還進一步的提升學生掌握企業主流開發工具的能力。

觀察RFID課程體系發現，針對RFID技術的課程體系路線可以大致總結為：物聯網概論 → C程序設計 → RFID應用技術 →（面向對象語言/數據庫）→ RFID技術綜合實訓。學生在《物聯網概論》課程中將首次接觸到RFID技術的各種標準，包括但不限于13.56MHz RFID、860MHz～920MHz RFID等，同時了解相關技術所對應的國際ISO標準；《C程序設計》為RFID技術的項目開發（C/C++）做好語言及程序設計能力的基礎；《RFID應用技術》課程負責講解ISO/IEC 14443A技術標準、市場主流商業化產品的技術原理及基本的讀寫卡方法。本文中所描述的商業化產品是指行業主要設備廠商針對特定ISO標準所推出的產品。例如，RFID應用技術課程在開發應用部分所講解規程大多為近耦合PICC卡片技術，由ISO/IEC 14443A標準定義，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，課程在技術原理部分及實驗部分也采用此卡片為原型。由于ISO/IEC 14443A標準本身也是在Philips所提出方案的基礎上設計的，那么在課程中使用此類商業化產品作為原型是無法避免的。

4 RFID實訓室功能二次開發

4.1硬件平臺設計

采用Arduino作為開發平臺是考慮到計算機專業學生沒有過深的嵌入式、單片機等前置課程知識。Arduino作為一款非專業開發板，簡化了嵌入式開發的準備工作，對于不熟悉電子技術的計算機專業學生非常友好。硬件部分我們選取了Arduino UNO、MFRC522閱讀器、JoyStick搖桿來構成開發框架的硬件部分：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

本著對高職學生簡單易用的原則，RFID實訓室二次開發的重點工作是設計并實現一套用于在上述硬件平臺上開發RFID應用系統的開發框架。

框架的主要功能分為如下幾個模塊：

1）ISO/IEC 14443A協議流程在Arduino上的實現；

2）卡片管理，實現卡片注冊、卡片注銷等基本操作；

3）數據管理，在Arduino中創建、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開發框架源代碼共計1500余行，幾個功能模塊整體分為界面層、業務層、模塊層3層，最大化的考慮到了后續模塊的單獨使用場景。

4.3 實訓教學項目開發

在RFID開發框架的基礎上，需要編寫相應的實訓項目及任務，內容如表1所示。

考慮到二次開發需求分析的科學、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。建議相關教研室先行在教學進度計劃中修改RFID應用技術相關課程的課程標準。所提出的二次開發內容應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標準與技術文獻，保證所編寫的項目內容詳實、豐富，適應高職學生的學習能力，也兼顧對優秀學生能力擴展的要求。

5結論

在物聯網應用技術專業教學實踐的過程中，我們發現僅僅增加各種硬件配套設施仍然不能達到令人滿意的教學效果，還需要進一步提高對設備使用的軟實力：盡可能地挖掘實訓室設備的最大潛力，適應日益變化的行業要求與相應的課程內容調整。高職計算機物聯網專業軟硬件結合的系統開發類課程一直都是學生學習過程中的難點課程，又是專業培養中的重點課程。本課題的提出是緣于一線教師在授課過程中遇到了關于實訓設備、關于教學內容、關于實訓設計、關于學習規律、關于高職學生的接受能力等種種問題，可以說，本文所研究的內容即是關于物聯網實訓教學的一次嘗試性探討。通過此次對實訓室功能的開發、擴展，新的實訓內容將有力地協助學生更好更快地完成這一角色轉變的過程，真正體現出高等職業教育的優勢與內涵。

參考文獻：

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【通聯編輯：光文玲】