高职院校物联网专业RFID实训室功能二次开发的研究

摘要：RFID应用技术是计算机物联网专业的核心课程之一，课程目标是使学生能够对技术规程具有清晰的了解，并最终掌握基于此项技术进行实际的应用系统开发的能力。该文针对RFID应用技术课程的实训设备的实验内容涉及大篇幅电子技术、多数实验设备仅能提供验证性实验、综合开发示例少等问题，讨论了如何通过二次开发实训室设备功能，重新编排实训教学内容，更好地适应计算机物联网专业学生的学习要求。

关键词：物联网专业实训教学；实训室建设；实训室功能二次开发；“教、学、做”一体化

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）30-0151-02

1 引言

目前，物联网应用技术作为开设不久的新专业，其专业建设的各个方面都处在一个探索与实践的过程中，其中实训室的建设对于注重学生技能培养的高职院校来讲尤为重要。其中，RFID应用技术课程的实训设备的实验内容涉及大篇幅电子技术、多数实验设备仅能提供验证性实验、综合开发示例少，这不利于学生以计算机专业的角度来学习课程内容。这是由于市场上绝大部分的物联网教学设备供应商所提供的产品都是厂商以自己对物联网设备的理解进行设计的，并没有充分考虑到在具体的教学环节中设备的应用方式、整套系统的分层教学模式等。尤其对于高职计算机专业学生，设备所配套的实训项目中大量篇幅讲解基本电子元器件的实验不完全符合计算机科学这一学科的教学要求。而对计算机专业主要关注的系统级应用开发项目，实训项目描述却草草几笔带过，而且所提供的系统级开发项目在可操作性、可定制化方面所提供的功能几近于无，教师在授课的过程中由于设备的限制、学生的学习能力的限制推进得困难重重。

本文针对上述问题，讨论了如何对物联网专业RFID实训室设备进行二次开发，选择成本适当、部署便捷的硬件设备，设计了一种面向学生课程设计的开发框架，包括一套RFID综合实训开发框架（含软硬件），以支撑相关课程。通过二次开发，将现有设备的功能进行封装抽象，形成模块化的、学生可选、直接调用的软硬件整体，进而更好地适应计算机物联网专业学生的学习要求。

2 研究内容及成果

本文主要针对高职院校计算机物联网RFID应用技术课程的实训项目及实训室设备进行重新建设，选取合理的实训硬件环境，充分考虑到高职院校物联网专业学生的学习目标和特点，规避一些封闭商业化产品中常见的硬件结构等内容，在底层与业务层之间自主开发一套学生易学易用的函数库，让学生直接利用函数库开发自己的RFID应用系统，规避电子技术、商业化闭源软件对开发过程的干扰，将实训重点回归到RFID技术本身，重点培养学生通过相关技术进行系统开发的能力，体现“教、学、做”一体化的职业教育方法。

3 功能总体设计

物联网应用技术专业涉及RFID技术的相关课程在高职院校通常开设在第2、3、4学期。在技术选型方面，通过分析ISO/IEC 14443规程，总结适用于技术原理教学的部分，并且着重分析Philips NXP公司的Mifare One卡片、MFRC522对规程的实现，采用C/C++语言完成开发框架资源库的及示例程序开发，这充分考虑到了高职计算机专业学生通常在第2学期刚好完成C程序设计等语言类课程的学习并开始在第3学期学习面向对象语言的学习進度。针对RFID实训室的教学项目，选取单片机平台为Arduino，同时放弃了Arduino官方自带的开发环境，而转向要求学生采用Visual Studio 2015加载Arduino Plugin for Visual Studio插件的开发环境。这不仅可以帮助学生利用Visual Studio所提供的代码自动补全，声明及类型高亮的友好特性，还进一步的提升学生掌握企业主流开发工具的能力。

观察RFID课程体系发现，针对RFID技术的课程体系路线可以大致总结为：物联网概论 → C程序设计 → RFID应用技术 →（面向对象语言/数据库）→ RFID技术综合实训。学生在《物联网概论》课程中将首次接触到RFID技术的各种标准，包括但不限于13.56MHz RFID、860MHz～920MHz RFID等，同时了解相关技术所对应的国际ISO标准；《C程序设计》为RFID技术的项目开发（C/C++）做好语言及程序设计能力的基础；《RFID应用技术》课程负责讲解ISO/IEC 14443A技术标准、市场主流商业化产品的技术原理及基本的读写卡方法。本文中所描述的商业化产品是指行业主要设备厂商针对特定ISO标准所推出的产品。例如，RFID应用技术课程在开发应用部分所讲解规程大多为近耦合PICC卡片技术，由ISO/IEC 14443A标准定义，市场上所使用PICC卡片大多都采用Philips NXP公司所推出的Mifare One系列卡片。所以，课程在技术原理部分及实验部分也采用此卡片为原型。由于ISO/IEC 14443A标准本身也是在Philips所提出方案的基础上设计的，那么在课程中使用此类商业化产品作为原型是无法避免的。

4 RFID实训室功能二次开发

4.1硬件平台设计

采用Arduino作为开发平台是考虑到计算机专业学生没有过深的嵌入式、单片机等前置课程知识。Arduino作为一款非专业开发板，简化了嵌入式开发的准备工作，对于不熟悉电子技术的计算机专业学生非常友好。硬件部分我们选取了Arduino UNO、MFRC522阅读器、JoyStick摇杆来构成开发框架的硬件部分：Arduino UNO作为主机，提供控制、处理功能，并使用UNO内置的512K EEPROM来存储卡片管理信息；MFRC522芯片作为阅读器原型，负责卡片读写通信；JoyStick摇杆通过上下左右来模拟4方向菜单的输入。

4.2 功能二次开发

本着对高职学生简单易用的原则，RFID实训室二次开发的重点工作是设计并实现一套用于在上述硬件平台上开发RFID应用系统的开发框架。

框架的主要功能分为如下几个模块：

1）ISO/IEC 14443A协议流程在Arduino上的实现；

2）卡片管理，实现卡片注册、卡片注销等基本操作；

3）数据管理，在Arduino中创建、修改、删除一条卡片记录，汇总、打印记录等操作；

4）交互管理，JoyStick的控制定义；

5）输出模块，输出信息的显示方式定义。

RFID开发框架源代码共计1500余行，几个功能模块整体分为界面层、业务层、模块层3层，最大化的考虑到了后续模块的单独使用场景。

4.3 实训教学项目开发

在RFID开发框架的基础上，需要编写相应的实训项目及任务，内容如表1所示。

考虑到二次开发需求分析的科学、有效，避免闭门造车，研究过程特意采用与授课过程同步进行的方式。建议相关教研室先行在教学进度计划中修改RFID应用技术相关课程的课程标准。所提出的二次开发内容应该是通过不断的实践检验并不断修正更新，需要参阅大量的行业标准与技术文献，保证所编写的项目内容详实、丰富，适应高职学生的学习能力，也兼顾对优秀学生能力扩展的要求。

5结论

在物联网应用技术专业教学实践的过程中，我们发现仅仅增加各种硬件配套设施仍然不能达到令人满意的教学效果，还需要进一步提高對设备使用的软实力：尽可能地挖掘实训室设备的最大潜力，适应日益变化的行业要求与相应的课程内容调整。高职计算机物联网专业软硬件结合的系统开发类课程一直都是学生学习过程中的难点课程，又是专业培养中的重点课程。本课题的提出是缘于一线教师在授课过程中遇到了关于实训设备、关于教学内容、关于实训设计、关于学习规律、关于高职学生的接受能力等种种问题，可以说，本文所研究的内容即是关于物联网实训教学的一次尝试性探讨。通过此次对实训室功能的开发、扩展，新的实训内容将有力地协助学生更好更快地完成这一角色转变的过程，真正体现出高等职业教育的优势与内涵。

参考文献：

[1] 韩少男.一种RFID应用开发课程实践教学项目的设计[J].电脑知识与技术，2016，11（07）.

[2] 沈洋.高职院校物联网应用技术实训室建设方案探索[J].辽宁高职学报，2012，09（20）.

[3] 胡国胜.高职物联网RFID实训室设计与实现[J].计算机教育，2015，10（25）.

【通联编辑：光文玲】