基于虛擬仿真技術的《電子標識技術與RFID》實驗課程設置研究

趙新海

【摘 要】針對物聯網工程專業《電子標識技術與RFID》課程實驗教學過程中硬件條件受限、成本過高、操作復雜的現狀，提出采用京勝世紀物聯網虛擬仿真實驗平臺進行實驗教的學方法。該方法可以加深學生對基本理論的理解以及提高學生實踐動手能力、綜合應用能力，豐富了該課程的實驗教學環節，取得了較好的教學效果。

【關鍵詞】虛擬仿真;實驗教學;電子標識;RFID

中圖分類號： TP391.44文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）32-0052-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.021

0 前言

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，我國的工程教育邁入了新的發展階段。

物聯網工程專業是新工科專業之一，具有很強的應用性，其核心是培養學生工程實踐能力[1]。《電子標識技術RFID》是物聯網工程專業的一門專業課，實踐教學環節是掌握電子標識與RFID系統設計和開發的保證[2]，是理論聯系實際的重要教學環節，是培養學生實踐能力最好手段之一。

《電子標識技術RFID》課程前期的實驗教學采用RFID綜合教學實驗箱進行，在實驗教學的進行中發現了一系列問題：僅能完成驗證性實驗，價格昂貴，硬件復雜多樣，相應的開發與下載軟件較多，學生掌握起來比較困難，RFID模塊較多，使用起來容易混亂而且各模塊之間的布線連接比較麻煩。虛擬仿真平臺具有鮮明的技術優勢，是解決現階段實驗條件受限、實驗成本過高、實驗過程復雜等問題的有效途徑[3-4]。

1 虛擬仿真教學與虛擬仿真實驗平臺

虛擬仿真又稱虛擬現實技術或模擬技術，是以計算機硬件為基礎，采用虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫以及網絡通信等技術開發的一套軟件[5]。

虛擬仿真教學是指利用實物和計算機軟件共同模擬出真實的情境，讓學生在模擬的情境下進行探究和學習。這種教學方法生動形象，很接近現實工作場景，有利于提高學生興趣，使學生在短時間內進入相應情境，真實的體驗在現實生活中進行操作的感覺，以達到更快掌握操作技能的目的，而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優勢創造出靈活多樣的工作場景，使學生掌握更多的操作技能[6-7]。

京勝世紀物聯網虛擬仿真實驗平臺以軟件方式模擬各種物聯網感知設備，并可以通過拓撲的方式，自由組成各種應用。平臺虛擬仿真了各種RFID設備，具有真實設備的完整接口和特性，可以通過串口及Socket網絡接口進行訪問，數據接口與實際硬件設備完全一致，在仿真環境下開發的應用能夠直接連接實際硬件運行。平臺能夠讓學生直接觀察到上位機與仿真平臺的交互信息及內部存儲信息，方便學生掌握RFID系統的組成及工作原理。

2 虛擬仿真實驗課程設置

《電子標識技術與RFID》的虛擬仿真實驗包含兩個實驗：低頻125KHz RFID實驗、高頻ISO/IEC14443標準RFID實驗。實驗應用北京京勝世紀科技有限公司的物聯網虛擬仿真實驗平臺創建仿真實驗臺，微軟的Visual Studio 2012創建Windows應用程序實現對RFID標簽的讀寫操作。

2.1 低頻125KHz RFID實驗

通過本實驗使學生掌握物聯網虛擬仿真實驗平臺的使用方法，掌握在物聯網虛擬仿真實驗平臺中創建125KHz實驗的仿真實驗臺的方法，掌握在Visual Studio 2012中創建Windows應用程序實現打開與關閉125KHz仿真實驗使用的虛擬串口的方法。

2.1.1 創建仿真實驗臺

在物聯網虛擬仿真實驗平臺的工作區中拖放電源，讀寫器及標簽模塊，將電源與讀寫器連接，并打開讀寫器串口，如圖1所示。

2.1.2 Winform項目打開與關閉虛擬串口

圖2展示了在Visual Studio 2012中創建Windows應用程序的打開與關閉虛擬串口界面，在此界面中正確設置串口號與波特率后可以打卡與關閉虛擬串口，如圖2所示。

2.2 高頻ISO/IEC14443標準RFID實驗

通過本實驗使學生了解ISO/IEC14443標準、標簽存儲結構、認證秘鑰A和認證秘鑰B，掌握在物聯網虛擬仿真實驗系統中創建14443實驗的仿真實驗臺的方法;掌握如何在Visual Studio 2012中創建Windows應用程序實現打開與關閉14443仿真實驗使用的虛擬串口，標簽ID的讀取，以及對標簽的特定塊的讀寫。

圖1 低頻125KHz RFID仿真實驗臺

圖2 打開與關閉虛擬串口界面

2.2.1 創建仿真實驗臺

在物聯網虛擬仿真實驗平臺的工作區中拖放電源，讀寫器及多個標簽模塊，將電源與讀寫器連接，并打開讀寫器串口，如圖3所示。

圖3 高ISO/IEC14443標準RFID仿真實驗臺

2.2.2 讀取/改寫標簽數據塊內容

在圖4中輸入塊地址“2”，然后依次單擊【認證秘鑰A】、【讀取】按鈕，標簽內部塊2的數據顯示在紅圈處。

依次單擊【寫入】，【讀取】按鈕，標簽內部塊2的數據被改寫，如圖5所示。

3 結語

通過虛擬仿真實驗平臺根據實際需求，選擇相應的虛擬設備模擬出真實的實驗環境，這樣能夠避免在真實環境中設備的損壞、各模塊的使用混亂以及布線的麻煩，同時也可以減少真實設備不穩定因素對實驗的影響。

在課程的實驗教學中，將虛擬仿真教學與其他教學方法相結合降低了教學耗材的消耗量，從而降低了教學成本，在不額外添置硬件設備的前提下擴充實驗內容，開設RFID綜合設計型實驗，充分發揮學生的主觀能動性，幫助學生更好地提升工程實踐能力和設計創新能力。

圖4 讀取標簽塊2數據

圖5 改寫標簽塊2數據

【參考文獻】

[1]邢丹，姚俊明，邵婷婷.基于虛擬仿真平臺的物聯網專業RFID課程實踐教學探索[J].醫學信息學雜志，2018，39（08）：84-88.

[2]曹國平，王宜懷，曹金華.應用型本科物聯網專業RFID課程實踐教學研究[J].計算機教育，2015（10）：100-102.

[3]羅高峰.仿真技術在物聯網實踐教學中的應用研究[J].物聯網技術，2015，5（07）：101-102+104.

[4]王競，吳響，黃怡鶴，胡俊峰.醫學院校物聯網工程專業虛擬仿真實驗教學體系建設與實踐[J].高教學刊，2017（21）：35-37.

[5]項國雄，熊力楊，胡三華.建設教師教育虛擬仿真實驗教學中心促進實踐教學能力培養模式創新[J].中國教育信息化，2014（05）：29-33.

[6]黃琳，楊鐵軍.虛擬仿真技術在數字信號處理課程教學中的應用研究[J].高教學刊，2019（06）：122-124.

[7]劉小花，唐貴進，吉新村.基于虛擬仿真平臺的信息電子技術實驗教學研究[J].軟件導刊，2018，17（11）：223-226.