應(yīng)用型本科物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)RFID課程實(shí)踐教學(xué)研究

曹?chē)?guó)平 王宜懷 曹金華

摘要：RFID技術(shù)課程是物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)核心課程。文章針對(duì)應(yīng)用型本科物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)RFID課程的實(shí)踐教學(xué)，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇、實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)等方面提出具體實(shí)施方案，為建立較為完善的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式提供參考。

關(guān)鍵詞：RFID；應(yīng)用型本科；實(shí)踐教學(xué)

0、引言

射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）技術(shù)是目前最具發(fā)展前景的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)之一，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速興起，RFID技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于社會(huì)生活的眾多領(lǐng)域，對(duì)社會(huì)信息化水平的提高具有重要作用。隨著各高校普遍開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)，如何在應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)環(huán)境下，建立較為完善的RFID課程實(shí)踐教學(xué)模式，提高實(shí)踐教學(xué)效果，培養(yǎng)高素質(zhì)專(zhuān)業(yè)人才，是一個(gè)急需探討的課題。

1、實(shí)踐課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的是工程應(yīng)用型人才，必須高度重視與理論教學(xué)相輔相成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)核心課程RFID的實(shí)踐教學(xué)是掌握RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的保證。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，本課程的教學(xué)難度較大且不易達(dá)到良好的教學(xué)效果，尤其是在課程內(nèi)容的選擇上，存在兩方面的問(wèn)題，一是課程內(nèi)容較多地涉及電子學(xué)科的內(nèi)容，專(zhuān)業(yè)跨度較大，而目前本三批次計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生硬件基礎(chǔ)較為薄弱，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)困難。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，教師應(yīng)首先明確RFID應(yīng)用系統(tǒng)的本質(zhì)是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，是軟件與硬件的綜合體，是軟件、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的工程，應(yīng)該在一個(gè)整體的框架內(nèi)協(xié)調(diào)工作，同時(shí)認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)硬件研究與開(kāi)發(fā)也是本專(zhuān)業(yè)不可或缺的組成部分，具有軟件開(kāi)發(fā)不可替代的地位和廣闊的應(yīng)用前景；其次，應(yīng)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)適當(dāng)刪減部分偏電子的內(nèi)容，突出課程重點(diǎn)。射頻識(shí)別技術(shù)本身類(lèi)型很多，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容幾乎涉及所有類(lèi)型的RFID技術(shù)，而實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法抓住重點(diǎn)，不能深入學(xué)習(xí)。針對(duì)這一問(wèn)題，課程教學(xué)應(yīng)選擇當(dāng)前應(yīng)用最普遍的高頻IS0 14443協(xié)議下的RFID技術(shù)為對(duì)象，力求通過(guò)對(duì)該類(lèi)RFID系統(tǒng)的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握RFID技術(shù)的基本概念、理論、方法，從而對(duì)RFID技術(shù)有一個(gè)總體、系統(tǒng)的了解和掌握。同時(shí)，教師可結(jié)合學(xué)習(xí)方法論進(jìn)行教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生舉一反三、靈活運(yùn)用知識(shí)的能力，鼓勵(lì)學(xué)牛通過(guò)自主學(xué)習(xí)了解和掌握其他類(lèi)的RFID技術(shù)。

為了盡可能解決上述問(wèn)題，我們規(guī)劃了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及課時(shí)分配，見(jiàn)表1。

2、實(shí)踐硬件平臺(tái)

目前，市場(chǎng)上的RFID實(shí)驗(yàn)設(shè)備都比較封閉，大多僅能完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。為滿(mǎn)足實(shí)踐教學(xué)的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在設(shè)計(jì)硬件時(shí)遵循模塊化的設(shè)計(jì)思想，以保證系統(tǒng)的通用性和可擴(kuò)展性，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)為三大部分：主控MCU、射頻控制模塊、天線(xiàn)及匹配電路。主控MCU模塊址整個(gè)系統(tǒng)的核心，采用蘇州大學(xué)飛思卡爾嵌入式中心開(kāi)發(fā)的SD-FSL-KL25-EVB開(kāi)發(fā)板，MCU采用MKL252128VLK4芯片，其工作頻率為48MHz，性能達(dá)到0.93DMIPS/MHz。該板是KL25 MCU的最小系統(tǒng)，所有I/O引腳引出，可外擴(kuò)多種外設(shè)并提供豐富的再擴(kuò)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(duì)射頻讀寫(xiě)芯片的控制操作，天線(xiàn)及匹配電路為RFID卡提供電源并在讀寫(xiě)模塊與RFID 卡之間傳送信息。采用模塊化設(shè)計(jì)為系統(tǒng)保留了較多的操作空間，學(xué)生通過(guò)查看原理圖可以快速掌握各模塊的功能和原理，對(duì)射頻控制模塊及大線(xiàn)電路進(jìn)行電路焊接并方便地完成讀寫(xiě)器的制作與調(diào)試。

3、實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新

1）實(shí)踐平臺(tái)創(chuàng)新。

為提供系統(tǒng)可擴(kuò)展的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)環(huán)境，減少重復(fù)的開(kāi)發(fā)勞動(dòng)，我們針對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)沒(méi)計(jì)了在線(xiàn)編程功能，可將用戶(hù)的應(yīng)用程序在線(xiàn)下寫(xiě)入MCU的Flash存儲(chǔ)區(qū)的用戶(hù)程序空間，支持用戶(hù)的二次開(kāi)發(fā)。Flash存儲(chǔ)空間就被分成了兩個(gè)部分，平臺(tái)在首次使用時(shí)，將讀寫(xiě)模塊軟件燒寫(xiě)并駐留在MCU的Flash存儲(chǔ)區(qū)中。駐留的讀寫(xiě)模塊軟件占用部分存儲(chǔ)空間，剩余的存儲(chǔ)空間可供用戶(hù)的應(yīng)用程序使用。

讀寫(xiě)模塊軟件由3部分組成：MCU監(jiān)控程序、讀寫(xiě)卡操作API接口以及與標(biāo)簽通信的底層通信函數(shù)。監(jiān)控程序可以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)應(yīng)用程序的在線(xiàn)寫(xiě)人，每次系統(tǒng)復(fù)位后首先運(yùn)行駐留的監(jiān)控程Jlr，，判斷用戶(hù)存儲(chǔ)空間是否有用，-程序，符仃則車(chē)々入用戶(hù)程序執(zhí)行，否則等待..按照與標(biāo)簽的通信流程，將底層通信操作使用函數(shù)的形式封裝起來(lái)，就形成了讀寫(xiě)模塊的底層通信函數(shù)（或稱(chēng)低級(jí)曬數(shù)）。在此基礎(chǔ)上，將對(duì)標(biāo)簽的操作按統(tǒng)1的接口形式封裝起來(lái)，構(gòu)成高級(jí)函數(shù)，作為API接II提供給用戶(hù)，形成應(yīng)用系統(tǒng)LJ標(biāo)簽之問(wèn)數(shù)據(jù)交換的接口。應(yīng)用系統(tǒng)只需要向?yàn)^寫(xiě)模塊發(fā)送操作命令，由瀆寫(xiě)模塊完成對(duì)標(biāo)簽的讀、'與等操作 怍接觸通信的所有具體操作細(xì)節(jié)則由底層通信I雨數(shù)完成。平臺(tái)支持學(xué)生模塊化地完成各類(lèi)實(shí)聆，最終實(shí)現(xiàn)并部署一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)。杓：線(xiàn)編程結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2）實(shí)踐活動(dòng)創(chuàng)新。

創(chuàng)新性實(shí)踐活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和提高專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的基礎(chǔ)。學(xué)校鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生在課余時(shí)間進(jìn)行與物聯(lián)網(wǎng)RFID相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，鍛煉其對(duì)相關(guān)知識(shí)與技能的綜合運(yùn)用能力。學(xué)生可自主選擇實(shí)踐活動(dòng)或參加教師的工程項(xiàng)目、科研課題，指導(dǎo)教師則為學(xué)生提供良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。通過(guò)實(shí)踐，學(xué)生能夠逐步實(shí)現(xiàn)從應(yīng)用模擬到創(chuàng)新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變。

4、校外實(shí)訓(xùn)基地建沒(méi)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已形成了龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。有針對(duì)性地培養(yǎng)具有不同專(zhuān)業(yè)背景和實(shí)踐技能的高素質(zhì)人才，對(duì)行業(yè)發(fā)展具有重要意義，也是應(yīng)用型本科院校教學(xué)培養(yǎng)的重要目標(biāo)，為此，學(xué)校應(yīng)主動(dòng)與物聯(lián)網(wǎng)、RFID相關(guān)企業(yè)共建校外實(shí)訓(xùn)基地，為物聯(lián)網(wǎng)工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生提供實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)。學(xué)校應(yīng)結(jié)合企業(yè)的實(shí)際需求，協(xié)商制訂相應(yīng)的實(shí)習(xí)計(jì)劃與方案，使學(xué)生將理論知識(shí)與具體項(xiàng)目實(shí)踐相結(jié)合，在實(shí)習(xí)中掌握最新的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，深人體會(huì)企業(yè)文化，獲得相應(yīng)的工程和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提高自身的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。蘇州是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，相關(guān)企業(yè)眾多，目前蘇州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院已與多家企業(yè)合作建立了實(shí)訓(xùn)基地，且這些基地已投入使用。

為建立穩(wěn)定長(zhǎng)效的合作關(guān)系，蘇州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院制定了比較完善的合作方案。首先，校外實(shí)訓(xùn)工作在學(xué)院直屬的對(duì)外合作辦公室領(lǐng)導(dǎo)下統(tǒng)一進(jìn)行，既有利于學(xué)生的組織與管理，又有利于加強(qiáng)與企業(yè)的溝通，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決合作中出現(xiàn)的矛盾與問(wèn)題。其次，關(guān)心企業(yè)需求，將企業(yè)需求融入學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程。實(shí)訓(xùn)一般由企業(yè)提供項(xiàng)目課題，以企業(yè)技術(shù)人員為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體完成項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，所得成果為企業(yè)與學(xué)生共有；同時(shí)積極吸引企業(yè)參與學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程，通過(guò)講座、就業(yè)培訓(xùn)等活動(dòng)，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)綜合素質(zhì)，培養(yǎng)其溝通交流和團(tuán)隊(duì)合作精神，使學(xué)生更好地滿(mǎn)足企業(yè)的人才需求。再次，加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)期的教學(xué)管理。校外實(shí)訓(xùn)一般都在最后1～2個(gè)學(xué)期進(jìn)行，對(duì)學(xué)生教學(xué)管理較為松散，為此，學(xué)院推行全員導(dǎo)師制，由一名教師指導(dǎo)幾個(gè)學(xué)生共同參與實(shí)訓(xùn)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的教學(xué)管理。教師在對(duì)學(xué)生實(shí)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行管理的同時(shí)，還需熟悉企業(yè)的運(yùn)作模式與前沿技術(shù)的應(yīng)用情況，了解企業(yè)實(shí)際需求，通過(guò)反饋總結(jié)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與方式，從而提高教學(xué)的針對(duì)性和教學(xué)質(zhì)量。

5、結(jié)語(yǔ)

RFID技術(shù)是目前最具發(fā)展前景的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)之一，是物聯(lián)網(wǎng)感知層的核心技術(shù)，RFID課程的實(shí)踐教學(xué)也是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分，因此建立較為完善的RFID課程實(shí)踐教學(xué)模式，提高實(shí)踐教學(xué)效果，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)具有重要意義。筆者指出和分析了目前RFID教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇、實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)實(shí)施等方面提出具體的教學(xué)實(shí)施方案，為應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)環(huán)境下的RFID課程教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索。