一种RFID应用开发课程实践教学项目的设计.docVIP

一种RFID应用开发课程实践教学项目的设计 　　摘要：针对计算机物联网专业RFID应用开发课程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的现状，本文提出了一种RFID实践教学的简易开发框架用于指导学生进行系统开发及课程设计，详细介绍了开发框架的实现及使用方法，并讨论了针对计算机专业学生设计RFID实践教学项目的思路。 　　关键词：RFID应用开发；Arduino；实践教学 　　中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）27-0094-03 　　射频识别技术是计算机科学物联网专业的核心课程之一，教学内容深入、细节具体，往往需要两门以上的配套课程才能使学生掌握。而在课程的实验及课程设计部分，相当的篇幅涉及电子学科的内容，使得没有前置知识的学生难以把握，加之市场上提供的RFID相关的实验设备都比较封闭，大多仅能完成验证性实验，学生无法顺利开展课程项目设计[1-2]。 　　为了满足实践教学，我们使用Arduino UNO作为开发平台、MFRC522作为阅读器，一个双轴按键摇杆JoyStick作为用户交互控制，实现了一套用于进行RFID应用开发课程设计的框架，以资源库的形式提供给学生，并在其上完成了一个校园一卡通系统业务的代码例程，用于支撑、指导学生完成课程项目开发，例如公交卡系统、门禁系统等。这套硬件平台及库资源可以以一门单独实验课程开设，约48～54学时，或以应用技术课程的综合实验出现。框架的全部源代码及配套的实验指导、文献都分享至GitHub：https：///sketchpink/RFID.git。 　　1 设计思路 　　1.1 设计原则 　　本课程项目开发框架必须具有较强的复用性以满足不同的RFID应用场景。它应该可以满足典型的校园一卡通系统、公交卡系统、地铁计费卡系统、门禁系统等不同场景的需要。所以，要求系统中的各个模块具有清晰的接口，以及简明易用的整合方法以提高整个框架的复用性。 　　开发框架必须较少的引入其他商业设施，以方便教学。我们在希望构建应用系统时尽量少的引入其他商业化的软硬件，设计一个RFID应用系统“最小集”，从而将教学核心放在RFID技术本身。所以，开发框架中的控制主机的功能，例如数据存储，仅考虑在Arduino UNO的1K 大小的EEPROM上实现，同时，用户控制也仅考虑使用JoyStick摇杆的四个方向作为输入，从而完全脱离对开发端PC机上其他软硬件的依赖。也就是说，我们希望应用系统可以在接通5V电源的情况下即开始正常工作，PC机仅仅起到一个串口监视器的作用。 　　1.2 课程开发环境 　　Arduino官方提供的IDE环境仅仅由最基本的文本编辑器、编译器及烧录器构成。相较较为流行的IDE环境中所提供的代码高亮、代码自动补全以及重要的Debug工具等，Arduino IDE对于用户可谓并不友好。为了方便学生使用，我们设计在课程中采用学生熟悉的Visual Studio 2015并配合Visual Micro Arduino Plugin插件来完成课程设计的开发。 　　1.3 硬件开发平台 　　采用Arduino作为开发平台是考虑到计算机专业学生没有单片机等前置知识。Arduino作为一款非专业开发板，简化了嵌入式开发的准备工作，对于不熟悉电子的计算机专业学生非常友好。MFRC522阅读器通过SPI接口接入Arduino，选取这一款13.56MHz 的阅读器通过是考虑到ISO 14443高频协议是目前市场RFID应用场景最多的技术，便于学生利用身边常见的情景完成自己的项目设计。 　　2 功能定义 　　本课程项目开发框架所提供的功能可以分为四个部分：对ISO/IEC 14443协议的实现、对卡片的管理、对数据的管理、对用户交互控制支持，如表1所示。 　　3 框架实现 　　框架以C/C++作为开发语言，我们实现了以下类来描述并实现功能定义，如图1所示。DATA类描述了数据在Arduino EEPROM的存储方式，STORAGE类则负责对数据的所有存取改查操作；OPTION类完成了用户通过JoyStick完成菜单选取的功能，另一方面，CreateUI类负责格式化输出开发者自定义的菜单；MONEY类负责完成输入金额的字符串到数值之间的转换。在MFRC522上对ISO/IEC 14443协议的实现由RFID类完成，这个类引用自GitHub上的一个开源项目①。BUSINESS类及UI类则是针对校园一卡通这项应用场景所编写的业务类，它作为例程提供给学生使用框架的方法。学生可以通过这些类所组成的开发框架，自行修改、编写BUSINESS类来实现自己的RFID应用系统，或者也可以考虑以继承的方式获取BUSINESS中的卡片管理功能。