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摘要
RFID課程是物聯網工程專業的核心課程之一，本文主要闡述了武漢工商學院開設的RFID課程的建設情況，為培養應用型物聯網本科專業人才提供了參考和一定的借鑒。
關鍵詞
自2009年國務院將無錫列入國家物聯網創新示范區后，物聯網產業呈井噴態勢發展；伴隨著物聯網產業不斷擴大的規模，隨之而來的是對物聯網應用的高端技能型專門人才的持續增加的需求量。同時，在物聯網被國家納入“十二五”規劃之后，各地高校從2010年起相繼開設了物聯網相關專業，而射頻識別RFID技術是物聯網專業的專業核心課程之一。
1RFID課程目前的狀況
RFID課程作為物聯網工程這種新興專業的核心課程，開課歷史很短，很多高校對其課程的建設也還在不斷地探索中，當前，一些重點本科院校將物聯網專業劃為自動控制類別，作為其核心課程的RFID課程也多是傾向于理論研究及其芯片設計方面，這需要學生有很好的電子電路等電子類課程的基礎，而我們學院是將物聯網專業作為計算機科學與技術的子學科，并且傾向于應用型本科教育，這就需要我們探索一種更合適應用型物聯網本科教育的RFID課程的教學內容和教學方式。
2課程規劃
本課程是面向物聯網工程專業的本科生，RFID課程講解的內容以實用為主，在課程的建設中減少理論推導，注重培養學生的實際應用能力和分析解決問題的實際工作能力。據本課程的教學目標，使學生通過理論教學和實踐教學，能夠全面了解RFID基本理論，通過RFID系統的組成部件來掌握RFID應用技術及方法，能夠構建RFID應用系統。逐步培養學生掌握RFID射頻識別技術的系統集成設計及分析能力，并通過典型案例來了解RFID射頻識別技術在社會生產環節中的應用，為未來參加工作、增加就業競爭力打下良好的基礎。
2.1課程基本情況
武漢工商學院計算機科學與技術系自2012年開始招收物聯網技術及應用方向的本科生，并于2014—2015學年春季開始開設了RFID原理及應用課程；從2013年起開始招收物聯網工程專業的本科生，至今開設了兩年。RFID原理及應用課程采取理論教學和實踐實驗訓練有機結合，對學生的成績評定采用平時成績（占40%）和期末考核（占60%）相結合，其中平時成績包括了考勤、課堂表現、平時作業以及實驗成績，期末考核以閉卷筆試為主。實驗教學以RFID的典型案例為研究目標，二者互為補充、相互促進。在教學手段上，采用PPT課件與黑板板書相結合，物聯網設備與模擬軟件相結合。根據每學年度的學生學習情況，年度期末考試情況，結合社會對人才的需求情況，及時更新補充教學內容，尤其是實驗教學的內容，針對物聯網專業的學習，要為后期的專業課程做好鋪墊，同時充分利用學院網站，實現該課程的網上資源共享，網站包括的內容有教學大綱、教學課件、部分章節內容的教學PPT、習題庫及解答、微課錄像、課程錄像及課程討論等環節，通過網上資源共享以及學生的反饋信息完善課程的教學效果。
2.2課堂講授的內容及安排
本課程的課堂講授以理解并掌握射頻識別技術的應用為主，目前本課程為40學時，其中24學時的理論課時，16學時的實踐學時。第一講，緒論（2課時）主要內容包括認識RFID技術，RFID識別技術與其他自動識別技術，RFID技術的發展；無線電信號的特征，無線電頻率；無線電頻譜的概念、特征，無線電傳輸的基本原理。這次課程主要是讓學生總體上了解什么是射頻識別技術，在教學過程中通過多媒體穿插一些圖片及公司產品和宣傳片，可以讓學生更直觀地了解，并且激發學生對RFID技術的興趣。第二講，射頻識別系統（4課時）主要內容包括射頻識別系統的組成、工作過程，射頻識別系統的關鍵技術；電子標簽的組成、工作原理；讀寫器的組成、工作原理。考慮到學生對象是屬于計算機學科的，故而將工作原理部分更側重于基本概念的介紹。第三講，電磁場與電磁波（4課時）主要內容包括電場的概念、分類；磁場的概念、分類；電磁場與電磁波的概念及其關系。這部分內容概念性比較強，通過講解讓學生了解到RFID無線傳播媒介。第四講，天線基本概念與原理（2課時）主要內容包括三種典型天線的諧振電路，天線的作用，天線的工作原理；耦合天線的概念，耦合天線的工作原理及應用場合；輻射天線的概念，輻射天線的工作原理及應用場合。第五講，數據通信技術（4課時）主要內容包括編碼的定義，常用的編碼方法；數據和信號，信道，調制和解調；數據通信協議，數據加密與解密，數據的完整性；防碰撞算法，防碰撞協議，碰撞檢測。這講的前部分內容涉及到通信和電子專業相關課程，在這里主要是讓學生對這些基本的概念有所理解，課上重點講述防碰撞算法的思想和分類。第六講，射頻識別應用系統（4課時）主要內容包括應用系統分析，識別系統分析；實施策略，存在的問題，解決方案；應用系統運行與維護。本講的主要目的是讓學生能夠了解到應用系統中的一些基本的技術參數和應用系統的一些構建，尤其在實際操作中不能片面追求某一參數，而要綜合考慮系統性能。第七講，典型應用案例（4課時）主要內容包括低頻RFID應用案例，高頻RFID應用案例，超高頻RFID應用案例，有源RFID應用案例；鐵路車號自動識別系統概述，系統意義以及系統方案設計。在這一講中會結合實驗項目中幾個比較典型的系統——考勤管理系統、人事管理系統和圖書管理系統。
2.3實驗教學的內容及安排
本課程的課堂教學積極采用多媒體等先進的教學手段授課，側重于實踐教學，物聯網工程實驗室配備了20臺武漢創維特CVT-IOT-V綜合實驗平臺以及20臺電腦，有125kHz、13.56MHz與微波應用下閱讀器、應答器和天線的設計，并提供了軟、硬件的實現方法等，在實際教學中，按照課時的需求，精心挑選了四個實驗內容，分別是125KHzRFID實驗、13.56MHzISO14443實驗、900MHzRFID實驗和RFID系統應用實驗，能滿足學生基本實驗的要求，也能為學生提高和設計性實驗提供環境。實驗內容的安排如下：
1）125KHzRFID實驗（4課時）125kHz卡片分為兩種，一種是只讀卡，一種是可讀可寫卡。這個實驗包括通過使用CVT-IOT-V綜合實驗平臺識別125kHz只讀卡卡號，觀察只讀卡讀卡協議；對125kHz讀寫卡進行數據讀寫操作，觀察讀寫卡讀寫數據協議。實驗操作不是很復雜，通過成功實驗可以讓學生掌握125kHz只讀卡和讀寫卡操作基本原理，了解125kHz只讀卡協議和125kHz讀寫卡協議。在實驗過程中尤其要注意的是：讀寫卡片的數據區分為16塊，每一塊有32位；塊0存放卡片信息及通用碼等，該塊為只讀塊；塊1存放卡片的身份識別碼(UID)，該塊為只讀塊；塊2存放卡片密碼，該塊為只寫塊，為了保護卡片密碼，該塊在本平臺中不開放寫權限；塊3存放卡片保護字，用于控制卡片每塊的讀寫權限，該塊每一位都是一次性寫入，寫入后不可修改，為保證卡片正常使用，在本平臺中不開放該塊的寫權限；塊4存放卡片配置字，用于配置卡片每塊的加密情況，該塊可讀可寫，為保證卡片正常使用，在本平臺中不開放該塊的寫權限；塊5-塊15為用戶數據區，可讀可寫。
2）13.56MHzISO14443實驗（4課時）13.56MHzISO14443實驗包括ISO14443標簽尋卡操作實驗、ISO14443標簽密碼下載實驗、ISO14443標簽數據讀寫實驗以及ISO14443TYPEB讀取身份證卡號實驗等。通過實驗認識Mifareone卡；理解Mifareone卡操作基本原理；了解Mifareone卡通信協議和身份證卡通信協議。在實驗過程要注意的是：此處讀出的身份證卡號并不同于實際的身份證號碼，身份證號碼等信息已被公安部加密，需要相應的權限才能實現。
3）900MHzRFID實驗（4課時）900MHzRFID實驗包括了900MHz標簽功率設置實驗、對900MHz標簽進行標簽識別、對900MHz標簽進行數據讀寫。通過實驗可以了解到900MHzRFID卡的通信協議。
4）RFID系統應用實驗（4課時）RFID系統應用實驗包含了考勤管理系統、物流管理系統、圖書管理系統這三個應用系統的使用，分別針對125kHz只讀卡、ISO14443標簽、125kHz只讀卡/讀寫卡的應用。通過實驗，使學生能夠熟練掌握這三種應用系統的使用，同時能夠深刻理解到RFID卡在社會生產中的應用。在這個實驗的基礎上，也可以增加一些擴充實驗內容，結合C#和數據庫的知識，開設RFID綜合課程設計，讓學生優化已有的應用系統或是開發出新的應用系統。前三個實驗主要是通過對三種不同頻率和協議的RFID卡讓學生熟悉幾種典型RFID卡的通信協議，第四個實驗可以讓學生了解到這幾種卡在社會生活中的應用，進而可以利用CVT-RFID-III實驗系統開發實現各種自動化智能管理系統和物品跟蹤、識別、防偽、監控系統。在每次實驗教學中，都會花費將近1個學時的時間給學生講解有關實驗中涉及到的相關專業知識用來補充課堂教學內容，并會對實驗的相關內容及步驟進行說明。
3總結
通過一學期的課程教學，使得學生能夠較輕松地掌握教學內容，并且激發了他們對RFID應用的興趣，為后續地發展提供了一定的基礎。只是從考核和學生反饋的情況來看，由于RFID技術是跨學科知識，其中有關原理和標準的部分包含了很多無線通信技術內容，學生們接受起來比較慢，而對于應用方面的內容，學生普遍比較感興趣，相對來說，掌握起來也比較容易。RFID技術正處于快速發展的一個階段，這也為我們的課程內容的設置提出了更高的要求，在未來的教學中，我們還要不斷地補充本領域內新的研究進展和應用實例，并結合學生的掌握程度和反饋情況不斷地修正教學內容和改進教學方法，不僅要加強實踐教學，同時也可以組織學生積極參加課外競賽，進一步提高他們的動手能力和學習能力。
作者：肖丹丹 劉芳 單位：武漢工商學院信息工程學院物聯網工程系
參考文獻
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