物联网RFID实践教学创新模式研究

引 言

射频识别（RFID）是一种自动识别技术，利用空间电磁场实现信号的非接触传递，达到识别目标信息的目的。随着通信技术和半导体制作工艺的发展，微波领域的RFID应用越来越广，而作为物联网工程专业核心课程之一的 RFID技术，对物联网感知层感知水平的提高起到关键作用，物联网工程专业实践教学开展的质量对培养复合型工程应用人才质量的影响至关重要。但大多院校物联网实践教学均围绕传感器、无线传感网络构建分析和 RFID基础理论验证开展，正确把握物联网各专业课之间的联系特点，同时设计好其实践教学环节已成为各高校需要关注的问题。

1 RFID实践教学体系

物联网是一个涉及计算机软件、电子信息、通信工程和信息安全等专业知识的学科，需要对以上各专业技术集成创新。RFID 基础理论包含了上述各专业知识，但又是一个独立的完整体系架构，其实践教学是整个物联网专业实践教学环节的重要组成部分，由于各高校侧重学科不同，RFID 实践教学的开展也不相同，大致可分为以下 3 类：

(1) 通信类实践。RFID实践教学主要依托通信知识开展，包括电子标签和读写器通信编解码方式的实验、调制解调的实验、无线传感节点通信实验等，课程设计和毕业设计等实践也均围绕通信技术开展。

(2) 计算机软件类实践。RFID实践教学以软件类为主， 主要包括通信协议分析实验、防碰撞算法验证实验、编解码

算法编程实验等，课程设计和毕业设计为中间件开发、应用系统软件设计等。

(3) 电子类实践。RFID 实践教学主要以电子信息类为主，包括电子标签读写实验、电子标签和读写器阻抗匹配实验、射频电路仿真实验等，课程设计和毕业设计为RFID阻抗匹配网络设计、读写器电源设计、读写器射频电路设计、射频频率跟踪系统设计等。RFID实践教学体系结构如图 1所示。

2 物联网 RFID实践教学创新模式

由于物联网涉及多项专业知识，所以 RFID 实践教学模式不应是某一类专业的教学，应当综合通信专业、计算机专业和电子专业的实践，以通信专业知识理论验证为基础，电子专业硬件设计制作为平台，计算机应用软件设计为目标，贯穿RFID实践教学体系，才能把众多专业知识在RFID 课程中融会贯通，达到比较全面的实践目的。和以往依托院校特色专业为基础的物联网专业实践教学开展模式不同，RFID 实践教学创新模式体系构建如图 2 所示。

（1） 基础理论验证， 主要为 RFID 通信技术基础理论的验证实验。包括 RFID 通信模型中的各种编码解码波形观察分析对比， 常用调制解调算法的实现和波形观察， 125 kHz/13.56 MHz/900 MHz RFID 标签内容在不同标准体系下的读写实验以及RFID 天线频率、方向性、阻抗和稳定性仿真分析。其中编解码、调制解调和电子标签读写实验可由RFID 综合实验平台的试验箱实现，天线特性仿真分析可由HFSS 或者MWS 等仿真软件实现。

(2) 硬件设计，主要为 RFID读写系统部件的设计。包括电子标签和读写器的设计，其中电子标签的设计主要为天线设计，读写器设计主要为射频电路和天线的设计，可以按照模块分次完成，也可以课程设计的形式进行实践教学。

(3) 软件设计，主要为读写器读写程序的设计和防碰撞算法的实现。包括低频和高频的读写器数据存取程序设计或者仿真，ALOHA及其改进算法以及BTS算法的仿真和观察。

(4) 应用系统集成，主要为RFID通信系统的综合应用设计。包括利用单片机或 DSP实现抑或其他基于无线通信技术的应用系统设计，如单片机控制的 RFID标签汽车防盗系统、考勤系统和一卡通信息读取系统的设计。可以以课程设计或毕业设计的形式进行实践教学。

RFID 实践教学体系基础理论验证实践平台如图 3 所示。

图 3 RFID 实践教学体系基础理论验证实践平台

3 RFID实践教学创新模式实施应注意的问题

RFID 实践教学创新模式的实施应注意以下几个问题：

理论教学相关知识的完善。为实现 RFID实践教学开展的有效性，与其相关专业知识的补充十分必要，主要包括通信基础理论、无线通信技术、电磁场电磁波技术、微波技术和天线理论等基础知识，而这在一定程度上取决于培养计划的保障。

实践教学设备的配置。实践教学开展的好坏直接 受制于其配套设备，RFID实践教学创新模式实施的必要设备包括具有通信编解码和调制解调功能的综合开发平台、RFID 标签制作综合试验箱、电磁场电磁波或天线特性分析软件和不同频段的RFID读写器等硬件设备。

实验室师资队伍建设。物联网RFID课程涉及多专业、多学科，单一学科的实验室人员无法胜任学生实践教学的指导，因此应加强实验室师资队伍的建设，由专业课老师来指导学生的实践教学。

4 结 语

物联网RFID 课程是一个涉及多专业知识的学科，本文分析了目前依托特色专业的RFID 实践教学体系结构，提出了物联网RFID 实践教学创新模式，并说明了其实施应注意的问题，为RFID 实践教学的有效开展奠定了基础。