基于虛擬仿真技術(shù)的《電子標(biāo)識(shí)技術(shù)與RFID》實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置研究

趙新海

【摘 要】針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)《電子標(biāo)識(shí)技術(shù)與RFID》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中硬件條件受限、成本過(guò)高、操作復(fù)雜的現(xiàn)狀，提出采用京勝世紀(jì)物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教的學(xué)方法。該方法可以加深學(xué)生對(duì)基本理論的理解以及提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合應(yīng)用能力，豐富了該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，取得了較好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué);電子標(biāo)識(shí);RFID

中圖分類號(hào)： TP391.44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 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(lái)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”和“北京指南”，我國(guó)的工程教育邁入了新的發(fā)展階段。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是新工科專業(yè)之一，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性，其核心是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力[1]?！峨娮訕?biāo)識(shí)技術(shù)RFID》是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一門專業(yè)課，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是掌握電子標(biāo)識(shí)與RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的保證[2]，是理論聯(lián)系實(shí)際的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力最好手段之一。

《電子標(biāo)識(shí)技術(shù)RFID》課程前期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用RFID綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)行中發(fā)現(xiàn)了一系列問(wèn)題：僅能完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，價(jià)格昂貴，硬件復(fù)雜多樣，相應(yīng)的開(kāi)發(fā)與下載軟件較多，學(xué)生掌握起來(lái)比較困難，RFID模塊較多，使用起來(lái)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(tái)具有鮮明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是解決現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)條件受限、實(shí)驗(yàn)成本過(guò)高、實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜等問(wèn)題的有效途徑[3-4]。

1 虛擬仿真教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

虛擬仿真又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù)，是以計(jì)算機(jī)硬件為基礎(chǔ)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)開(kāi)發(fā)的一套軟件[5]。

虛擬仿真教學(xué)是指利用實(shí)物和計(jì)算機(jī)軟件共同模擬出真實(shí)的情境，讓學(xué)生在模擬的情境下進(jìn)行探究和學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方法生動(dòng)形象，很接近現(xiàn)實(shí)工作場(chǎng)景，有利于提高學(xué)生興趣，使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入相應(yīng)情境，真實(shí)的體驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)生活中進(jìn)行操作的感覺(jué)，以達(dá)到更快掌握操作技能的目的，而且這種教學(xué)方法可以利用計(jì)算機(jī)軟件的優(yōu)勢(shì)創(chuàng)造出靈活多樣的工作場(chǎng)景，使學(xué)生掌握更多的操作技能[6-7]。

京勝世紀(jì)物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以軟件方式模擬各種物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備，并可以通過(guò)拓?fù)涞姆绞?，自由組成各種應(yīng)用。平臺(tái)虛擬仿真了各種RFID設(shè)備，具有真實(shí)設(shè)備的完整接口和特性，可以通過(guò)串口及Socket網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行訪問(wèn)，數(shù)據(jù)接口與實(shí)際硬件設(shè)備完全一致，在仿真環(huán)境下開(kāi)發(fā)的應(yīng)用能夠直接連接實(shí)際硬件運(yùn)行。平臺(tái)能夠讓學(xué)生直接觀察到上位機(jī)與仿真平臺(tái)的交互信息及內(nèi)部存儲(chǔ)信息，方便學(xué)生掌握RFID系統(tǒng)的組成及工作原理。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置

《電子標(biāo)識(shí)技術(shù)與RFID》的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)包含兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：低頻125KHz RFID實(shí)驗(yàn)、高頻ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)RFID實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用北京京勝世紀(jì)科技有限公司的物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)創(chuàng)建仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)，微軟的Visual Studio 2012創(chuàng)建Windows應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)RFID標(biāo)簽的讀寫操作。

2.1 低頻125KHz RFID實(shí)驗(yàn)

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的使用方法，掌握在物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中創(chuàng)建125KHz實(shí)驗(yàn)的仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)的方法，掌握在Visual Studio 2012中創(chuàng)建Windows應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)打開(kāi)與關(guān)閉125KHz仿真實(shí)驗(yàn)使用的虛擬串口的方法。

2.1.1 創(chuàng)建仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)

在物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的工作區(qū)中拖放電源，讀寫器及標(biāo)簽?zāi)K，將電源與讀寫器連接，并打開(kāi)讀寫器串口，如圖1所示。

2.1.2 Winform項(xiàng)目打開(kāi)與關(guān)閉虛擬串口

圖2展示了在Visual Studio 2012中創(chuàng)建Windows應(yīng)用程序的打開(kāi)與關(guān)閉虛擬串口界面，在此界面中正確設(shè)置串口號(hào)與波特率后可以打卡與關(guān)閉虛擬串口，如圖2所示。

2.2 高頻ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)RFID實(shí)驗(yàn)

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)簽存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、認(rèn)證秘鑰A和認(rèn)證秘鑰B，掌握在物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中創(chuàng)建14443實(shí)驗(yàn)的仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)的方法;掌握如何在Visual Studio 2012中創(chuàng)建Windows應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)打開(kāi)與關(guān)閉14443仿真實(shí)驗(yàn)使用的虛擬串口，標(biāo)簽ID的讀取，以及對(duì)標(biāo)簽的特定塊的讀寫。

圖1 低頻125KHz RFID仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)

圖2 打開(kāi)與關(guān)閉虛擬串口界面

2.2.1 創(chuàng)建仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)

在物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的工作區(qū)中拖放電源，讀寫器及多個(gè)標(biāo)簽?zāi)K，將電源與讀寫器連接，并打開(kāi)讀寫器串口，如圖3所示。

圖3 高ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)RFID仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)

2.2.2 讀取/改寫標(biāo)簽數(shù)據(jù)塊內(nèi)容

在圖4中輸入塊地址“2”，然后依次單擊【認(rèn)證秘鑰A】、【讀取】按鈕，標(biāo)簽內(nèi)部塊2的數(shù)據(jù)顯示在紅圈處。

依次單擊【寫入】，【讀取】按鈕，標(biāo)簽內(nèi)部塊2的數(shù)據(jù)被改寫，如圖5所示。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)根據(jù)實(shí)際需求，選擇相應(yīng)的虛擬設(shè)備模擬出真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這樣能夠避免在真實(shí)環(huán)境中設(shè)備的損壞、各模塊的使用混亂以及布線的麻煩，同時(shí)也可以減少真實(shí)設(shè)備不穩(wěn)定因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

在課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將虛擬仿真教學(xué)與其他教學(xué)方法相結(jié)合降低了教學(xué)耗材的消耗量，從而降低了教學(xué)成本，在不額外添置硬件設(shè)備的前提下擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開(kāi)設(shè)RFID綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，幫助學(xué)生更好地提升工程實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。

圖4 讀取標(biāo)簽塊2數(shù)據(jù)

圖5 改寫標(biāo)簽塊2數(shù)據(jù)

【參考文獻(xiàn)】

[1]邢丹，姚俊明，邵婷婷.基于虛擬仿真平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)RFID課程實(shí)踐教學(xué)探索[J].醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志，2018，39（08）：84-88.

[2]曹國(guó)平，王宜懷，曹金華.應(yīng)用型本科物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)RFID課程實(shí)踐教學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2015（10）：100-102.

[3]羅高峰.仿真技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（07）：101-102+104.

[4]王競(jìng)，吳響，黃怡鶴，胡俊峰.醫(yī)學(xué)院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐[J].高教學(xué)刊，2017（21）：35-37.

[5]項(xiàng)國(guó)雄，熊力楊，胡三華.建設(shè)教師教育虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)能力培養(yǎng)模式創(chuàng)新[J].中國(guó)教育信息化，2014（05）：29-33.

[6]黃琳，楊鐵軍.虛擬仿真技術(shù)在數(shù)字信號(hào)處理課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].高教學(xué)刊，2019（06）：122-124.

[7]劉小花，唐貴進(jìn)，吉新村.基于虛擬仿真平臺(tái)的信息電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].軟件導(dǎo)刊，2018，17（11）：223-226.