潘定遠(yuǎn)+劉映群

摘要：RFID技術(shù)應(yīng)用課程是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)重要的專業(yè)核心課程。文章針對高職物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)RFID課程的實(shí)踐教學(xué)，探索設(shè)計了一套RFID技術(shù)教學(xué)與應(yīng)用開發(fā)平臺，闡述了該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)，并從實(shí)訓(xùn)內(nèi)容選擇、實(shí)踐教學(xué)活動等方面提出具體實(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；教學(xué)與應(yīng)用；硬軟件體系結(jié)構(gòu)

經(jīng)過信息科技幾十年的醞釀積累，傳感網(wǎng)、通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等逐漸成熟，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也開始了迅猛發(fā)展，越來越多的應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控、智能家居、智能交通等多個領(lǐng)域，使人們的日常生活發(fā)生巨大的變化，是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信之后的又_次信息產(chǎn)業(yè)革命。

《RFID技術(shù)與應(yīng)用》課程是高職院校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的核心專業(yè)課程，為了使學(xué)生深刻理解技術(shù)核心，培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才，整合并開發(fā)一套既可用于教學(xué)示范，又可用作學(xué)生課程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計，還能為社會提供RFID技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的系統(tǒng)平臺，具有重要意義。

1RFID教學(xué)與應(yīng)用開發(fā)平臺的體系架構(gòu)

本RFID教學(xué)與應(yīng)用開發(fā)平臺集成了多種接口，提供了開發(fā)RFID相關(guān)應(yīng)用的通用組件，包括硬件和軟件，相關(guān)應(yīng)用都可通過此平臺來實(shí)現(xiàn)。

該系統(tǒng)包括3個層次，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層主要由各類RFID標(biāo)簽及讀寫器組成；網(wǎng)絡(luò)層由局域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)組成；應(yīng)用層由上位機(jī)、服務(wù)器及應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成。

2RFID教學(xué)與應(yīng)用開發(fā)平臺的硬件系統(tǒng)

RFID教學(xué)與應(yīng)用開發(fā)平臺的硬件系統(tǒng)主要由讀卡器、網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器及其附屬設(shè)備等組成。

2.1RFID讀卡器

讀卡器包括：低頻125KHz模塊、高頻13.56MHz模塊、超高頻900MHz模塊、極高頻/微波2.45/5.8GHz模塊。

2.2網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜與服務(wù)器

使用網(wǎng)絡(luò)及485綜合交換機(jī)將實(shí)訓(xùn)室內(nèi)服務(wù)器、PC機(jī)及所有設(shè)備連成一個網(wǎng)絡(luò)。

2.3附屬設(shè)備

主要包括IC卡及各種標(biāo)簽（EM4102/4100，TK4100，IS014443A，ISOl5693，IS018000-3，EPC G2，IS018000-6C，IS018000-4）、UHF/SHF天線及饋線、高頻場強(qiáng)檢測板、高頻天線信號探測板、UHF/EPC標(biāo)簽打印機(jī)、多蹤數(shù)字示波器。

3RFID教學(xué)與應(yīng)用開發(fā)平臺的軟件系統(tǒng)

RFID教學(xué)與應(yīng)用開發(fā)平臺的軟件系統(tǒng)主要由前端軟件、中間件軟件、后端軟件及其他軟件等組成。

3.1前端軟件

設(shè)備供應(yīng)商提供的系統(tǒng)演示軟件、驅(qū)動、接口軟件、集成商或者客戶自身開發(fā)的RFID前端操作軟件等。本系統(tǒng)在廠家提供的驅(qū)動程序和API接口的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Labview虛擬儀器開發(fā)了一個可與大多數(shù)廠家讀寫器兼容的上位機(jī)讀寫器。

前端軟件的主要功能是：

（1）讀/寫功能。讀取功能指從電子標(biāo)簽中讀取數(shù)據(jù)；寫功能是將數(shù)據(jù)存儲到電子標(biāo)簽。

（2）防碰撞功能。在讀寫器的識別區(qū)域內(nèi)同時進(jìn)入多個電子標(biāo)簽，同時要求與讀寫器通信時，前端軟件按一定策略進(jìn)行選取和識別。

（3）安全功能。確保電子標(biāo)簽和讀寫器雙向數(shù)據(jù)交換通信的安全，即信息不被非授權(quán)獲取或變更。

（4）檢/糾錯功能。當(dāng)無線數(shù)據(jù)傳輸空間受到外界干擾時，會使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)產(chǎn)生畸變，從而導(dǎo)致出錯。前端軟件能夠檢測出通信錯誤，甚至糾正這些錯誤。

3.2中間件軟件

中間件是為實(shí)現(xiàn)采集信息的后臺傳遞與分發(fā)而開發(fā)的軟件。RFID中間件的功能是數(shù)據(jù)處理、傳遞和對讀寫器的管理，監(jiān)測RFID設(shè)備的工作狀態(tài)，管控讀寫器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)流以及提供RFID設(shè)備和主機(jī)的接口。其具體功能如下：

（1）數(shù)據(jù)的過濾和聚集。

（2）RFID數(shù)據(jù)的分發(fā)。

（3）數(shù)據(jù)安全。

3.3后端軟件

處理采集的信息的后臺應(yīng)用軟件和管理信息系統(tǒng)軟件。本系統(tǒng)提供了《人員身份識別》《校園一卡通》《停車場管理》《資產(chǎn)管理》《藥品管理》等所構(gòu)成的后端軟件系統(tǒng)。它具有以下功能：

（1）RFID平臺管理：系統(tǒng)基本信息以及用戶信息和權(quán)限的設(shè)置。

（2）電子標(biāo)簽管理：管理電子標(biāo)簽序列號和每個物品對應(yīng)的詳細(xì)信息。

（3）數(shù)據(jù)分析和儲存：對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，生成報表。

3.4其他軟件

本系統(tǒng)提供了一個在Visual Studi02005開發(fā)環(huán)境上由C#編寫的RFID應(yīng)用開發(fā)平臺。該平臺提供資產(chǎn)、倉儲、物流各類企業(yè)軟件及開發(fā)工具，同時提供代碼、文檔管理平臺，作為一體化開發(fā)的軟件支撐。

4RFID教學(xué)與應(yīng)用開發(fā)平臺的功能

4.1教學(xué)功能

本系統(tǒng)能夠通過軟件手動配置低頻、高頻、超高頻、微波模塊，硬件通過跳線關(guān)閉或打開相關(guān)讀寫模塊，滿足Gen2，IS014443A，IS015693等協(xié)議的多標(biāo)簽讀寫要求等，可進(jìn)行協(xié)議分析、跟蹤與實(shí)現(xiàn)，提供源代碼示例，讓學(xué)生在示例的基礎(chǔ)上進(jìn)行IS018000-6C，IS015693，IS014443協(xié)議的軟件實(shí)現(xiàn)、加載與測試，并通過抓取波形和信號進(jìn)行協(xié)議的跟蹤和分析。學(xué)生能夠獨(dú)立完成由低頻到超高頻到微波的所有實(shí)驗項目，并實(shí)現(xiàn)工程中常用的一些應(yīng)用項目。實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能夠有效地幫助師生全面了解RFID，掌握RFID的組成結(jié)構(gòu)、運(yùn)行環(huán)境以及工作模式?？蛇M(jìn)行的具體實(shí)訓(xùn)項目如下。

4.1.1 LF低頻RFID實(shí)訓(xùn)

（1）低頻讀寫器讀寫操作。

（2）低頻標(biāo)簽的穿透性。

4.1.2HF高頻RFID實(shí)訓(xùn)

（1）高頻讀寫器的基本認(rèn)知。

（2）IS014443AI#議下標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀寫。

（3）IS014443A協(xié)議下密匙操作。

（4）IS0144443A協(xié)議下標(biāo)簽加值減值。

（5）IS0144443B協(xié)議下標(biāo)簽讀寫。

（6）標(biāo)簽角度對標(biāo)簽讀取效果的影響。

（7）IS015693協(xié)議下標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀寫。

（8）IS015693協(xié)議標(biāo)簽AFI，DSFID的讀寫和塊鎖定。

（9）高頻讀寫器設(shè)計、制作與調(diào)試實(shí)訓(xùn)。

4.1.3UHF超高頻RFID實(shí)訓(xùn)

（1）超高頻讀寫器的基本認(rèn)識。

（2）Gen2協(xié)議下標(biāo)簽數(shù)據(jù)讀取。

（3）Gen2協(xié)議下標(biāo)簽數(shù)據(jù)寫入。

（4）Gen2協(xié)議下標(biāo)簽密匙及數(shù)據(jù)讀保護(hù)。

（5）讀寫器功率對標(biāo)簽讀取距離影響。

（6）讀寫器頻率對標(biāo)簽讀取距離影響。

（7）標(biāo)簽角度對標(biāo)簽讀取效果的影響。

（8）讀寫器3種工作模式實(shí)驗（主動模式、應(yīng)答模式、觸發(fā)模式）。

4.1.4 SHF/MW有源RFID實(shí)訓(xùn)

（1）有源標(biāo)簽的讀寫操作。

（2）有源標(biāo)簽低頻激勵定位。

4.1.5RFID應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實(shí)訓(xùn)

本系統(tǒng)軟件包含門禁系統(tǒng)、防偽溯源、倉儲管理系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)、會議簽到系統(tǒng)等。所有各子系統(tǒng)都包含行業(yè)應(yīng)用及源代碼。具體應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)如下：

（1）基礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)1：RFID設(shè)備接口連接。

（2）基礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)2：RFID APl調(diào)用。

（3）基礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)3：讀寫器性能測試。

（4）基礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)4：標(biāo)簽性能測試。

（5）基礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)5：天線安裝與測試。

（6）典型應(yīng)用實(shí)訓(xùn)1：票務(wù)防偽管理。

（7）典型應(yīng)用實(shí)訓(xùn)2：資產(chǎn)管理。

（8）典型應(yīng)用實(shí)訓(xùn)3：停車場管理。

（9）典型應(yīng)用實(shí)訓(xùn)4：倉庫管理。

（10）典型應(yīng)用實(shí)訓(xùn)5：藥品管理。

（11）綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)1：校園一卡通（卡務(wù)管理）。

（12）綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)2：校園一卡通（圖書管理）。

（13）綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)3：校園一卡通（門禁管理）。

（14）綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)4：校園一卡通（考勤管理）。

（15）綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn)5：校園一卡通（成績管理）。

4.2開發(fā)功能

由于本系統(tǒng)提供了包含門禁系統(tǒng)、防偽溯源、倉儲管理系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)、會議簽到系統(tǒng)等實(shí)用RFID應(yīng)用系統(tǒng)，且所有各子系統(tǒng)都包含行業(yè)應(yīng)用及源代碼。這些系統(tǒng)及代碼稍加修改即可應(yīng)用與企事業(yè)單位的真實(shí)項目。此外，本系統(tǒng)提供了整套從設(shè)備選型到網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，直至系統(tǒng)程序的開發(fā)方法與步驟，項目人員可通過新建工程一步步完成整個RFID系統(tǒng)的硬件設(shè)置與軟件編寫與調(diào)試。

5結(jié)語

通過使用本平臺對RFID技術(shù)與應(yīng)用課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生了解RFID技術(shù)概念，熟悉無線傳輸頻率、電磁波、天線等通信理論概念，掌握RFID技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)造及應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法與步驟，培養(yǎng)學(xué)生分析、設(shè)計、集成并應(yīng)用RFID系統(tǒng)的能力。學(xué)生能夠自行設(shè)計一套完整的RFID系統(tǒng)，包括從閱讀器和應(yīng)答器的選型和標(biāo)準(zhǔn)選擇，到運(yùn)行環(huán)境與接口方式的設(shè)計，并且運(yùn)用實(shí)驗室平臺和設(shè)備，能夠動手開發(fā)自己設(shè)計的系統(tǒng)。