可配套手机app的RFID实验箱的研制

李天松 周晓燕 沈学源 吴成吉

摘要：目前，很多电子类大学或电子类专业开设了射频实验，但是许多学生仅仅只是在机械式按着例程进行操作，可能连基本的实验原理都无法理解。通过制作RFID实验箱及配套的手机APP，让学生能够更深入的了解实验过程中的实质，让学生对实验的了解不仅仅停留在纸上。将实验箱和手机进行连接，在手机上显示相关数据和波形，改善教学效果。为了完成这个目标，则需要建立射频模块和手机之间的连接，开发一款便于实验学习的手机APP，实现创新与實践应用的相结合。

关键词：射频；手机APP；教学；实验箱；实践应用

中图分类号：G482 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）08-0247-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Development of RFID Experimental Box with Mobile Phone App

LI Tian-song， ZHOU Xiao-yan， SHEN Xue-yuan， WU Cheng-ji

（School of Information and Communication， Guilin University of Electronic Technology， Guilin 541004，China）

Abstract： at present， many universities have set up radio frequency experiments， but many students only work in mechanical routines， and even the basic experimental principles can not be understood. Through the production of RFID experimental box and supporting mobile phone APP， students can be more in-depth understanding of the essence of the experiment process， so that students do not just stay on the paper understanding of the paper. The experiment box and the mobile phone are connected， and the relevant data and the waveform are displayed on the mobile phone， so as to improve the teaching effect. To accomplish this goal， we need to build a connection between the RF module and the cell phone and develop an easy to experiment handset APP.

Key words： Radio frequency； mobile phone APP； teaching； experiment box； practical application

1 引言

射频实验箱在电子类大学普遍出现在学生的实验教学中，射频技术也涉及各个领域。无线射频识别技术（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一种非接触的自动识别技术，它基本由三部分组成：标签（Tag）、阅读器（Reader）和天线（Antenna），是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个识别卡，操作快捷方便。随着智能手机的普及与3G/4G技术的成熟，手机上网用户尤其大学生用户数量和应用需求不断增长，目前，手机在大学生中极为普遍，越来越多的读者倾向于使用更加便捷的方式来接收知识，传统WAP（wireless application protocol，无线应用协议）网站服务是为PC机定制的，用户在移动终端使用不方便，为了解决和弥补这些不足，针对手机定制的Android平台下的射频实验箱可以使广大读者更加灵活的使用上课的资源。

2 研究目的与应用前景

在今天，随着社会经济和科技的发展，智能手机已经成为人类生活的必需品。运用智能手机教学，不仅使教学更加方便，而且能让教学跟上科技发展的节奏。

目前，射频识别实验箱种类繁多，无法直接显示卡的UID、载波波形和调制信号波形，需靠外接PC端，运行读卡软件，读出卡的UID，以及外接示波器，显示载波波形和调制信号波形。因此，改进该类射频实验箱的使用方式，在实验箱内嵌入蓝牙模块或Wifi模块，通过这个模块将实验箱和手机进行连接，在手机上显示相关数据和波形，改善教学效果。为了完成这个目标，我们需要建立射频模块和手机之间的连接，开发一款便于实验的手机APP。

3 设计思路及设计方案

开发一款包含基本射频实验的实验箱，能够满足基本的教学实验内容，让学生深入理解实验原理。实验箱包括基本的电源模块，测量点模块，可以通过示波器观测信号，125K模块，高频13.56MHz ISO14443协议模块、高频13.56MHz ISO15693M RFID原理模块以及超高频900MHz ISO18000-6C协议模块；开发一款与实验内容相关的，具有协助学习功能的手机APP，将实验箱和手机进行连接，在手机上显示相关数据和波形，辅助教师教学，帮助学生学习；自主开发设计射频电路卡，具有集成电路卡的功能，并且设置多个测量点。

可配套手机app的RFID实验箱主要实现以下功能：

1） 通过蓝牙或WiFi连接，可以将实验时产生的实验数据传输到手机端，并在APP界面上进行显示，可以不借助大体积的PC机，这样将会变得非常的便捷。

2） 在手机APP上学生可以选择点击特定的实验，手机上会出现相关的实验原理、实验步骤及注意事项，让学生随时随地都能学习，方便课后复习。

3） 设计电子标签，并自主搭建电子标签电路，使得各个点的波形可测。

射频识别基本原理如图1所示。实验箱包括基本教学模块，信号波形显示于示波器，并与PC端进行数据交换。另外实验箱嵌入蓝牙模块或者WiFi模块，并编写出一款手机app，实验箱数据、波形和相关提示均可直接从手机看到，从而达到学生可以课下便捷地学习实验知识，改善教学的目的。设计方案图如图2所示。

4 软件开发环境

目前智慧型手机已经成为社会主流，基本上达到了人手至少一部智能机。而且在智能机系统中，Android成了广泛用于手机和平板电脑等移动设备的开放的手机作业系统。因此，Android开发占据了应用开发榜首。

可配套手机app的RFID实验箱，需要一个APP作为中介的控制途径，程序用简单的JAVA语言编写。首先电脑安装JAVA开发包（JDK），版本在7.0以上均可（推荐使用电脑安装的版本为jdk 1.7.0_71-b14），接下来在许多Android开发环境中选择了Android Studio，因为其完全免费还处于不断更新完善阶段。相比其他开发软件，Android Studio可以智能保存，响应速度也快一些，会提升开发人员效率，在配置、编译、打包方面都很实用，同时有超强的代码补全功能，不需要记忆众多代码关键词，对于新手很好上手。安装Android Studio时必须安装专属的软件开发工具包Android SDK才可以正常使用。

在Android Studio中首先新建一个程序，在弹出的设置对话框中大都保持默认。界面设计有2种方式：编写代码设计和使用XML，使用XML设计界面更加容易上手而且容易设置界面样式，因此选择使用XML进行界面设计。用鼠标将按钮控件拖放到画布上，安排好清晰明了的位置并在旁边页面设置好各自的名称属性；在新建工程中的MainActivity.java中开始编写主程序，从OnCreate（）后放入编写的程序，表示开始创建活动。初涉JAVA语言和Android开发，为了使编程简洁明了，可采用创建多个线程的方式来判断不同状态下APP可以进行的活动；利用extends Thread 扩展线程类创造多个线程，这样在多种状态下程序都可以照常执行，且彼此独立，各自拥有自己的资源，线程的优势就在于其程序的移植性强，代码和数据资源独立性。

5 创新试验箱问题解决途径

每一项创新都有问题等待解决，每一个问题解决了，创新就实现了。可配套手机app的RFID实验箱的创新设计在于开发一款与实验内容相关的，具有协助学习的手机APP，将实验箱和学生手机可以通过蓝牙或WiFi直接连接起来，达到学生可以课下学习复习巩固实验内容，手机显示实验相关数据和实验波形并一定程度上显示解释实验原理，帮助学生学习，辅助教师教学。为了实现可配套手机app的RFID实验箱的设计，创新实验箱问题解决流程途径可参考如下：

1） 前期先进行资料的查询，进行仿真，了解基本的协议及相关编码。

2） 查阅相关资料，相关的射频实验书，使用PCB制作软件画出电路图，并做出电路板进行调试。

3） 学习JAVA，并使用JAVA编写安卓APP，使用一定的算法，能够在手机上显示编码前、编码后的波形以及相关的资料都将通过手机发送给学生了解。

4） 学习电子标签的内部结构及原理，通过仿真调试，设计开发射频电路卡。

6 结语

可配套手机app的RFID实验箱的设计是便于教师教学、利于学生学习实验的一款多功能实验箱。在基本射频实验箱的基础上嵌入蓝牙或WiFi模块，并编写一款适用本实验箱的手机APP，学习射频实验的学生只要下载APP，就能在手机上随时随地学习实验，巩固知识。可以线下复习每一个实验，分析相关数据和波形，从而达到便利教学便利学习的目的，利用一部智能手机每一位同学线下交流学习内容就很方便。可配套手机app的RFID实验箱的设计是一款可以应用于教学的实验箱，改善教学质量和效果。

参考文献：

[1] 侯玉宝，陈忠平，邬书跃.51单片机C语言程序设计经典实例[M] .北京：电子工业出版社，2016.

[2] 曹才开，刘辉，汤群芳，等.模拟电子电路[M] .北京：电子工业出版社，2013.

[3] Ed Burnette，袁国忠（译）.Android基础教程（第4版）[M].北京：人民邮电出版社， 2015.

[4] 丁振凡.Java语言实用教程[M] .北京：北京邮电大学出版社，2016.

[5] 姜奇平，阙星文，谢然.App小应用大世界[J]. 互联网周刊. 2013（21）

[6] 郭梦玲，王艳辉，刘畅，瞿春霞，苗俊宏，葛玲，王然，张经韬.浅谈基于HTML5的Web前端APP开发[J].电脑迷，2017（9）.

[7] 吕敬.物联网技术下智慧校园的建设研究[J].无线互联科技，2017（15）.

[8] 謝杭，朱鹏羽，孟庆贺.基于安卓平台的掌上校园APP的设计与开发[J].软件工程，2016（3）.

[9] Duan L. Research on Wireless Video Access Control System Application Based on Android Smart Phone[J].Video Engineering，2013.

【通联编辑：王力】