RFID技术教学与应用开发平台

    潘定远+刘映群

    摘要：RFID技术应用课程是物联网专业重要的专业核心课程。文章针对高职物联网应用技术专业RFID课程的实践教学，探索设计了一套RFID技术教学与应用开发平台，阐述了该系统的硬件结构、软件系统和体系结构，并从实训内容选择、实践教学活动等方面提出具体实施方案，为建立较为完善的应用型人才培养模式提供参考。

    关键词：RFID；教学与应用；硬软件体系结构

    经过信息科技几十年的酝酿积累，传感网、通信网、互联网等逐渐成熟，物联网技术也开始了迅猛发展，越来越多的应用于工业监控、智能家居、智能交通等多个领域，使人们的日常生活发生巨大的变化，是继计算机、互联网与移动通信之后的又_次信息产业革命。

    《RFID技术与应用》课程是高职院校物联网应用技术专业的核心专业课程，为了使学生深刻理解技术核心，培养应用型创新人才，整合并开发一套既可用于教学示范，又可用作学生课程设计或毕业设计，还能为社会提供RFID技术应用开发的系统平台，具有重要意义。

    1RFID教学与应用开发平台的体系架构

    本RFID教学与应用开发平台集成了多种接口，提供了开发RFID相关应用的通用组件，包括硬件和软件，相关应用都可通过此平台来实现。

    该系统包括3个层次，即感知层、网络层、应用层。感知层主要由各类RFID标签及读写器组成；网络层由局域网及互联网组成；应用层由上位机、服务器及应用软件系统组成。

    2RFID教学与应用开发平台的硬件系统

    RFID教学与应用开发平台的硬件系统主要由读卡器、网络与服务器及其附属设备等组成。

    2.1RFID读卡器

    读卡器包括：低频125KHz模块、高频13.56MHz模块、超高频900MHz模块、极高频/微波2.45/5.8GHz模块。

    2.2网络机柜与服务器

    使用网络及485综合交换机将实训室内服务器、PC机及所有设备连成一个网络。

    2.3附属设备

    主要包括IC卡及各种标签（EM4102/4100，TK4100，IS014443A，ISOl5693，IS018000-3，EPC G2，IS018000-6C，IS018000-4）、UHF/SHF天线及馈线、高频场强检测板、高频天线信号探测板、UHF/EPC标签打印机、多踪数字示波器。

    3RFID教学与应用开发平台的软件系统

    RFID教学与应用开发平台的软件系统主要由前端软件、中间件软件、后端软件及其他软件等组成。

    3.1前端软件

    设备供应商提供的系统演示软件、驱动、接口软件、集成商或者客户自身开发的RFID前端操作软件等。本系统在厂家提供的驱动程序和API接口的基础上，运用Labview虚拟仪器开发了一个可与大多数厂家读写器兼容的上位机读写器。

    前端软件的主要功能是：

    （1）读/写功能。读取功能指从电子标签中读取数据；写功能是将数据存储到电子标签。

    （2）防碰撞功能。在读写器的识别区域内同时进入多个电子标签，同时要求与读写器通信时，前端软件按一定策略进行选取和识别。

    （3）安全功能。确保电子标签和读写器双向数据交换通信的安全，即信息不被非授权获取或变更。

    （4）检/纠错功能。当无线数据传输空间受到外界干扰时，会使传输的数据产生畸变，从而导致出错。前端软件能够检测出通信错误，甚至纠正这些错误。

    3.2中间件软件

    中间件是为实现采集信息的后台传递与分发而开发的软件。RFID中间件的功能是数据处理、传递和对读写器的管理，监测RFID设备的工作状态，管控读写器和电子标签之间的数据流以及提供RFID设备和主机的接口。其具体功能如下：

    （1）数据的过滤和聚集。

    （2）RFID数据的分发。

    （3）数据安全。

    3.3后端软件

    处理采集的信息的后台应用软件和管理信息系统软件。本系统提供了《人员身份识别》《校园一卡通》《停车场管理》《资产管理》《药品管理》等所构成的后端软件系统。它具有以下功能：

    （1）RFID平台管理：系统基本信息以及用户信息和权限的设置。

    （2）电子标签管理：管理电子标签序列号和每个物品对应的详细信息。

    （3）数据分析和储存：对采集到的数据进行存储和管理，并对数据进行统计分析，生成报表。

    3.4其他软件

    本系统提供了一个在Visual Studi02005开发环境上由C#编写的RFID应用开发平台。该平台提供资产、仓储、物流各类企业软件及开发工具，同时提供代码、文档管理平台，作为一体化开发的软件支撑。

    4RFID教学与应用开发平台的功能

    4.1教学功能

    本系统能够通过软件手动配置低频、高频、超高频、微波模块，硬件通过跳线关闭或打开相关读写模块，满足Gen2，IS014443A，IS015693等协议的多标签读写要求等，可进行协议分析、跟踪与实现，提供源代码示例，让学生在示例的基础上进行IS018000-6C，IS015693，IS014443协议的软件实现、加载与测试，并通过抓取波形和信号进行协议的跟踪和分析。学生能够独立完成由低频到超高频到微波的所有实验项目，并实现工程中常用的一些应用项目。实训系统能够有效地帮助师生全面了解RFID，掌握RFID的组成结构、运行环境以及工作模式。可进行的具体实训项目如下。

    4.1.1 LF低频RFID实训

    （1）低频读写器读写操作。

    （2）低频标签的穿透性。

    4.1.2HF高频RFID实训

    （1）高频读写器的基本认知。

    （2）IS014443AI#议下标签数据读写。

    （3）IS014443A协议下密匙操作。

    （4）IS0144443A协议下标签加值减值。

    （5）IS0144443B协议下标签读写。

    （6）标签角度对标签读取效果的影响。

    （7）IS015693协议下标签数据读写。

    （8）IS015693协议标签AFI，DSFID的读写和块锁定。

    （9）高频读写器设计、制作与调试实训。

    4.1.3UHF超高频RFID实训

    （1）超高频读写器的基本认识。

    （2）Gen2协议下标签数据读取。

    （3）Gen2协议下标签数据写入。

    （4）Gen2协议下标签密匙及数据读保护。

    （5）读写器功率对标签读取距离影响。

    （6）读写器频率对标签读取距离影响。

    （7）标签角度对标签读取效果的影响。

    （8）读写器3种工作模式实验（主动模式、应答模式、触发模式）。

    4.1.4 SHF/MW有源RFID实训

    （1）有源标签的读写操作。

    （2）有源标签低频激励定位。

    4.1.5RFID应用系统设计实训

    本系统软件包含门禁系统、防伪溯源、仓储管理系统、停车场管理系统、会议签到系统等。所有各子系统都包含行业应用及源代码。具体应用系统实训如下：

    （1）基础应用实训1：RFID设备接口连接。

    （2）基础应用实训2：RFID APl调用。

    （3）基础应用实训3：读写器性能测试。

    （4）基础应用实训4：标签性能测试。

    （5）基础应用实训5：天线安装与测试。

    （6）典型应用实训1：票务防伪管理。

    （7）典型应用实训2：资产管理。

    （8）典型应用实训3：停车场管理。

    （9）典型应用实训4：仓库管理。

    （10）典型应用实训5：药品管理。

    （11）综合应用实训1：校园一卡通（卡务管理）。

    （12）综合应用实训2：校园一卡通（图书管理）。

    （13）综合应用实训3：校园一卡通（门禁管理）。

    （14）综合应用实训4：校园一卡通（考勤管理）。

    （15）综合应用实训5：校园一卡通（成绩管理）。

    4.2开发功能

    由于本系统提供了包含门禁系统、防伪溯源、仓储管理系统、停车场管理系统、会议签到系统等实用RFID应用系统，且所有各子系统都包含行业应用及源代码。这些系统及代码稍加修改即可应用与企事业单位的真实项目。此外，本系统提供了整套从设备选型到网络组网，直至系统程序的开发方法与步骤，项目人员可通过新建工程一步步完成整个RFID系统的硬件设置与软件编写与调试。

    5结语

    通过使用本平台对RFID技术与应用课程的学习，可使学生了解RFID技术概念，熟悉无线传输频率、电磁波、天线等通信理论概念，掌握RFID技术的系统构造及应用系统的设计方法与步骤，培养学生分析、设计、集成并应用RFID系统的能力。学生能够自行设计一套完整的RFID系统，包括从阅读器和应答器的选型和标准选择，到运行环境与接口方式的设计，并且运用实验室平台和设备，能够动手开发自己设计的系统。