基于虚拟仿真技术的《电子标识技术与RFID》实验课程设置研究

赵新海

【摘 要】针对物联网工程专业《电子标识技术与RFID》课程实验教学过程中硬件条件受限、成本过高、操作复杂的现状，提出采用京胜世纪物联网虚拟仿真实验平台进行实验教的学方法。该方法可以加深学生对基本理论的理解以及提高学生实践动手能力、综合应用能力，丰富了该课程的实验教学环节，取得了较好的教学效果。

【关键词】虚拟仿真;实验教学;电子标识;RFID

中图分类号： TP391.44文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）32-0052-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.021

0 前言

2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，我国的工程教育迈入了新的发展阶段。

物联网工程专业是新工科专业之一，具有很强的应用性，其核心是培养学生工程实践能力[1]。《电子标识技术RFID》是物联网工程专业的一门专业课，实践教学环节是掌握电子标识与RFID系统设计和开发的保证[2]，是理论联系实际的重要教学环节，是培养学生实践能力最好手段之一。

《电子标识技术RFID》课程前期的实验教学采用RFID综合教学实验箱进行，在实验教学的进行中发现了一系列问题：仅能完成验证性实验，价格昂贵，硬件复杂多样，相应的开发与下载软件较多，学生掌握起来比较困难，RFID模块较多，使用起来容易混乱而且各模块之间的布线连接比较麻烦。虚拟仿真平台具有鲜明的技术优势，是解决现阶段实验条件受限、实验成本过高、实验过程复杂等问题的有效途径[3-4]。

1 虚拟仿真教学与虚拟仿真实验平台

虚拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术，是以计算机硬件为基础，采用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通信等技术开发的一套软件[5]。

虚拟仿真教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。这种教学方法生动形象，很接近现实工作场景，有利于提高学生兴趣，使学生在短时间内进入相应情境，真实的体验在现实生活中进行操作的感觉，以达到更快掌握操作技能的目的，而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景，使学生掌握更多的操作技能[6-7]。

京胜世纪物联网虚拟仿真实验平台以软件方式模拟各种物联网感知设备，并可以通过拓扑的方式，自由组成各种应用。平台虚拟仿真了各种RFID设备，具有真实设备的完整接口和特性，可以通过串口及Socket网络接口进行访问，数据接口与实际硬件设备完全一致，在仿真环境下开发的应用能够直接连接实际硬件运行。平台能够让学生直接观察到上位机与仿真平台的交互信息及内部存储信息，方便学生掌握RFID系统的组成及工作原理。

2 虚拟仿真实验课程设置

《电子标识技术与RFID》的虚拟仿真实验包含两个实验：低频125KHz RFID实验、高频ISO/IEC14443标准RFID实验。实验应用北京京胜世纪科技有限公司的物联网虚拟仿真实验平台创建仿真实验台，微软的Visual Studio 2012创建Windows应用程序实现对RFID标签的读写操作。

2.1 低频125KHz RFID實验

通过本实验使学生掌握物联网虚拟仿真实验平台的使用方法，掌握在物联网虚拟仿真实验平台中创建125KHz实验的仿真实验台的方法，掌握在Visual Studio 2012中创建Windows应用程序实现打开与关闭125KHz仿真实验使用的虚拟串口的方法。

2.1.1 创建仿真实验台

在物联网虚拟仿真实验平台的工作区中拖放电源，读写器及标签模块，将电源与读写器连接，并打开读写器串口，如图1所示。

2.1.2 Winform项目打开与关闭虚拟串口

图2展示了在Visual Studio 2012中创建Windows应用程序的打开与关闭虚拟串口界面，在此界面中正确设置串口号与波特率后可以打卡与关闭虚拟串口，如图2所示。

2.2 高频ISO/IEC14443标准RFID实验

通过本实验使学生了解ISO/IEC14443标准、标签存储结构、认证秘钥A和认证秘钥B，掌握在物联网虚拟仿真实验系统中创建14443实验的仿真实验台的方法;掌握如何在Visual Studio 2012中创建Windows应用程序实现打开与关闭14443仿真实验使用的虚拟串口，标签ID的读取，以及对标签的特定块的读写。

图1 低频125KHz RFID仿真实验台

图2 打开与关闭虚拟串口界面

2.2.1 创建仿真实验台

在物联网虚拟仿真实验平台的工作区中拖放电源，读写器及多个标签模块，将电源与读写器连接，并打开读写器串口，如图3所示。

图3 高ISO/IEC14443标准RFID仿真实验台

2.2.2 读取/改写标签数据块内容

在图4中输入块地址“2”，然后依次单击【认证秘钥A】、【读取】按钮，标签内部块2的数据显示在红圈处。

依次单击【写入】，【读取】按钮，标签内部块2的数据被改写，如图5所示。

3 结语

通过虚拟仿真实验平台根据实际需求，选择相应的虚拟设备模拟出真实的实验环境，这样能够避免在真实环境中设备的损坏、各模块的使用混乱以及布线的麻烦，同时也可以减少真实设备不稳定因素对实验的影响。

在课程的实验教学中，将虚拟仿真教学与其他教学方法相结合降低了教学耗材的消耗量，从而降低了教学成本，在不额外添置硬件设备的前提下扩充实验内容，开设RFID综合设计型实验，充分发挥学生的主观能动性，帮助学生更好地提升工程实践能力和设计创新能力。

图4 读取标签块2数据

图5 改写标签块2数据

【参考文献】

[1]邢丹，姚俊明，邵婷婷.基于虚拟仿真平台的物联网专业RFID课程实践教学探索[J].医学信息学杂志，2018，39（08）：84-88.

[2]曹国平，王宜怀，曹金华.应用型本科物联网专业RFID课程实践教学研究[J].计算机教育，2015（10）：100-102.

[3]罗高峰.仿真技术在物联网实践教学中的应用研究[J].物联网技术，2015，5（07）：101-102+104.

[4]王竞，吴响，黄怡鹤，胡俊峰.医学院校物联网工程专业虚拟仿真实验教学体系建设与实践[J].高教学刊，2017（21）：35-37.

[5]项国雄，熊力杨，胡三华.建设教师教育虚拟仿真实验教学中心促进实践教学能力培养模式创新[J].中国教育信息化，2014（05）：29-33.

[6]黄琳，杨铁军.虚拟仿真技术在数字信号处理课程教学中的应用研究[J].高教学刊，2019（06）：122-124.

[7]刘小花，唐贵进，吉新村.基于虚拟仿真平台的信息电子技术实验教学研究[J].软件导刊，2018，17（11）：223-226.