射频识别技术教学大纲草稿西北师范大学在线教学系统.docx

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射频识别技术教学大纲草稿西北师范大学在线教学系统

西北师范大学物联网工程专业课程教学大纲

射频识别技术

一、说明

（一）课程性质

《射频识别技术》是高等学校物联网工程专业的核心课程。

学习本课程，要求具备《电子技术基础》、《单片机与接口技术》、《C语言程序设计》方面的知识，即这三门课程是其先导课程。

本课程是按照西北师范大学2013年的本科教学计划执行的，课程的开设时间为第三学期（二年级第一学期）。

学分为3分，含理论课2学分，实验1学分。

（二）教学目的

通过对本课程的学习，使学生能了解射频识别技术的基本概念，熟悉射频识别技术相关的无线电频率、识别系统、电磁场、电磁波、天线等基本概念，理解数据通信技术的基本概念，掌握射频识别技术应用系统的构成及其设计等，逐步培养学生掌握射频识别技术的系统集成、设计及分析能力，并通过典型案例来了解射频识别技术在社会生产环节中的应用。

（三）教学内容

本课程以基于MSP430系列单片机的高频RFID系统和基于AS3991的超高频RFID系统为背景，介绍RFID系统的基本原理、基本组成与体系结构、相关协议和应用实例。

相关内容有机结合、相互渗透，形成整体。

主要内容包括：

传输线理论、谐振电路、天线基础、物联网RFID概论、电子标签、RFID读写器、编码和调制、RFID防碰撞技术、RFID系统的安全、物联网RFID标准、物联网的典型架构-EPC系统及RFID的应用实例。

（四）教学时数

理论讲授时数以每周2学时、每学期十八教学周计，共36学时。

另附设实验课，1学分，每周2学时，以每学期十八教学周计，共36学时。

（五）教学方式

课程具有实用性强、理论和实践结合、软件与硬件结合等特点，软件与硬件的紧密结合是贯穿整个课程的主线，教学中应强调“系统”的概念并注重综合应用能力和动手实践能力的培养。

鉴于以上原因，课程的教学方式包括理论讲授、实验和实践自学。

理论课教学适合以多媒体讲授方式为主，结合基于具体RFID系统的实验演示和小型应用开发演示的讲授方式。

为加深学生对基础概念的理解和强化学生的动手实践能力，建议适当布置课程设计作业，以项目的形式进行。

二、本文

理论部分

第1章传输线理论

教学要点：

1.了解传输线概念

2.了解传输线方程

3.了解传输线特征参数

教学时数：

2学时

教学内容：

1.1传输线基础（1学时）

1.长线与短线

2.传输线构成

3.传输线等效电路表示

1.2传输线分析（1学时）

1.传输线方程

2.传输线特征参数

3.均匀无耗传输线工作状态分析

第2章谐振电路

教学要点：

1.了解串联谐振电路

2.了解并联谐振电路

教学时数：

3学时

教学内容：

2.1串联谐振电路（1学时）

1.串联谐振电路的谐振条件

2.串联谐振电路的谐振特性

3.串联谐振电路的谐振曲线和通频带

4.串联谐振电路的有载品质因素

5.串联谐振电路在RFID中的应用

2.2并联谐振电路（1学时）

1.并联谐振电路的组成

2.并联谐振电路的谐振条件

3.并联谐振电路的谐振特性

4.并联谐振电路的谐振曲线和通频带

5.并联谐振电路的有载品质因素

6.并联谐振电路在RFID中的应用

2.3传输线谐振电路概念（1学时）

第3章天线基础

教学要点：

1.了解天线定义和分类

2.熟悉基本振子的辐射

3.掌握天线的电参数

4.掌握RFID系统常用的天线

5.熟悉不同频段的RFID天线技术

教学时数：

2学时

教学内容：

3.1天线概述（0.5学时）

1.天线的定义

2.天线的分类

3.2基本振子的辐射（0.5学时）

1.电基本振子的辐射

2.磁基本振子的辐射

3.3天线的电参数（0.5学时）

1.天线的效率

2.输入阻抗

3.频带宽度

4.方向图

5.天线的增益

6.极化特性

3.4RFID系统常用天线（0.5学时）

1.对称振子天线

2.引向天线

3.微带天线

4.低频和高频RFID天线技术

5.微波RFID天线技术

第4章物联网RFID系统

教学要点：

1.熟悉自动识别技术

2.掌握射频识别系统的组成

3.掌握RFID系统的分类

4.掌握RFID系统使用的频率

教学时数：

2

2学时

教学内容：

4.1自动识别技术简介（0.5学时）

1.条形码

2.生物特征识别技术

3.射频识别RFID

4.2射频识别系统组成（0.5学时）

1.读写器

2.电子标签

3.上层管理系统

4.3RFID系统的分类（0.5学时）

1.按照工作方式分类

2.按照电子标签的数据量分类

3.按照读取信息手段分类

4.4RFID系统使用的频率（0.5学时）

1.低频

2.高频

3.超高频

4.微波

第5章电子标签

教学要点：

1.了解智能卡与电子标签

2.掌握电子标签的类别

3.掌握电子标签的组成结构

4.了解电子标签的封装

5.了解RFID电子标签的问题及趋势

教学时数：

3学时

教学内容：

5.1智能卡与电子标签（0.5学时）

1.磁卡

2.IC卡

3.电子标签

5.2电子标签的类别（0.5学时）

1.工作方式类别

2.可读写性类别

3.工作频率类别

5.3电子标签的组成结构（1学时）

1.电子标签的天线

2.电子标签的芯片

5.4电子标签的封装（0.5学时）

1.电子标签的封装加工

2.电子标签的封装形式

5.5RFID电子标签的问题及趋势（0.5学时）

1.RFID电子标签存在的问题

2.RFID电子标签的发展趋势

第6章RFID读写器

教学要点：

1.了解RFID读写器的基本工作原理

2.掌握读写器的基本构成

3.熟悉读写器的结构形式

4.掌握读写器的管理技术

教学时数：

2学时

教学内容：

6.1读写器基本工作原理（0.5学时）

1.读写器的基本功能

2.读写器的工作过程

6.2读写器的基本构成（0.5学时）

1.射频模块

2.射频控制模块

3.天线模块

6.3读写器的结构形式（0.5学时）

1.固定式读写器

2.便携式读写器

6.2读写器管理技术（0.5学时）

1.读写器管理协议

2.多读写器组网技术

3.读写器发展趋势

第7章编码与调制

教学要点：

1.了解RFID系统的通信过程

2.了解RFID信源编码方法

3.掌握差错控制编码

4.掌握RFID系统调制方法

5.掌握RFID系统的耦合方式与调制

教学时数：

4学时

教学内容：

7.1RFID系统的通信过程（0.5学时）

7.2RFID信源编码方法（0.5学时）

7.3差错控制编码（信道编码）（1学时）

1.差错控制编码的相关概念

2.常用的差错控制编码

7.4RFID系统调制方法（1学时）

1.振幅键控

2.频移键控

3.相移键控

4.副载波调制

7.5RFID系统的耦合方式与调制（1学时）

1.电感耦合与负载调制

2.电磁反向散射耦合与调制

第8章RFID防碰撞技术

教学要点：

1.了解RFID系统中的碰撞与防碰撞

2.掌握ALOHA算法

3.掌握二进制树型搜索算法

教学时数：

4学时

教学内容：

8.1RFID系统中的碰撞与防碰撞（0.5学时）

1.RFID系统中的碰撞

2.RFID系统中防碰撞算法分类

8.2ALOHA算法（2学时）

1.纯ALOHA算法

2.时隙ALOHA算法

3.帧时隙ALOHA算法

4.动态帧时隙ALOHA算法

8.3二进制树型搜索算法（1.5学时）

1.二进制树型搜索

2.动态二进制树型搜索

3.基于随机数和时隙的二进制树搜索

第9章RFID系统的安全

教学要点：

1.了解RFID系统面临的安全攻击

2.熟悉RFID系统安全解决方案

3.连接智能卡的安全问题

教学时数：

2学时

教学内容：

9.1RFID系统面临的安全攻击（0.5学时）

9.2RFID系统安全解决方案（1学时）

1.物理方法

2.逻辑方法

9.3智能卡的安全问题（0.5学时）

1.影响智能卡安全的基本问题

2.物理方法

3.逻辑方法

第10章物联网RFID标准

教学要点：

1.了解RFID标准体系和国际标准化机构

2.掌握ISO/IEC相关标准

3.掌握EPC相关标准

教学时数：

6学时

教学内容：

10.1RFID标准概述（0.5学时）

1.RFID国际标准化机构

2.RFID标准体系

3.RFID标准多元化的原因

10.2ISO/IEC的相关标准（4.5学时）

1.ISO/IEC的标准体系

2.非接触式IC卡国际标准（ISO/IEC14443）

3.ISO/IEC15693标准

4.ISO/IEC18000-6C标准

5.空中接口通信协议标准（ISO/IEC18000）

10.3EPC的相关标准（1学时）

1.EPCglobal的RFID标准体系

2.EPCglobal与ISO/IECRFID标准之间的关系

第11章物联网的典型架构-EPC系统

教学要点：

1.了解RFID系统应用类型

2.掌握EPC系统的组成

3.掌握EPC编码体系

4.掌握EPC信息网络系统

教学时数：

4学时

教学内容：

11.1RFID系统应用类型（0.5学时）

1.开放式RFID应用系统

2.非开放式RFID应用系统

3.基于EPC的开放式RFID应用系统

11.2EPC系统的组成（1学时）

1.EPC系统与物联网

2.EPC系统构成

3.EPC系统的特点

11.3EPC编码体系（1.5学时）

1.EPC编码原则

2.EPC编码的结构

3.EPC编码的类型

11.4EPC信息网络系统（1学时）

1.Savant中间件

2.对象名称解析服务ONS

3.EPC信息服务

第12章RFID的应用实例

教学要点：

1.了解低频RFID系统的应用

2.了解高频RFID系统的应用

3.了解超高频RFID系统的应用

4.了解微波RFID系统的应用

教学时数：

2学时

教学内容：

12.1低频RFID系统的应用（0.5学时）

1.超市管理系统

2.动物识别管理系统

12.2高频RFID系统的应用（0.5学时）

1.门禁管理系统

2.证件管理系统

12.3超高频RFID系统的应用（0.5学时）

1.图书馆管理系统

2.智能仓储管理系统

12.4微波RFID系统的应用（0.5学时）

1.电子车牌系统

2.ETC不停车收费系统

实验部分

（一）基本要求

学生在完成本课程的实验题目，应该对ISO14443、ISO15693、ISO18000-6C等类别的RFID标签和读写器有较为深刻的认识，能够完成对RFID信息的基本操作，掌握EPC编码的基本应用，并能初步进行基于RFID的应用系统的设计、实现。

（二）实验项目总表

序号

实验项目名称

学时数

项目类别

项目类型

1

实验环境了解

2

基础

必做

2

ISO15693中读UID

2

基础

必做

3

读、写数据块

2

基础

必做

4

锁定数据块

2

基础

必做

5

防冲撞协议原理

2

基础

必做

6

读、写标签存储空间

2

基础

必做

7

ISO14443基础

2

基础

必做

8

ISOI4443应用

4

设计

必做

9

EPC标签读、写EPC号

2

基础

必做

10

UFH标签读、写用户数据块

2

基础

必做

11

EPC编码设计

4

设计

必做

12

UHF标签综合应用

4

综合

必做

13

RFID综合应用兼考核

6

综合

必做

（三）实验项目内容及要求

1.实验一：

实验环境了解

实验内容：

学生实际接触实验箱，了解整个实验系统的构成。

包括MSP430微控制器、TRF7960高频读卡器、AS3991超高频读卡器、IAR软件开发环境和VisualStudio软件开发环境以及相关RFID标签。

实验目的：

通过本实验使学生了解RFID的基本原理，熟悉实验系统的基本使用，理解并掌握实验过程中所用到的基本操作要求。

实验要求：

了解MSP430的硬件资源和IAR编程调试工具，了解TRF7960高频读卡器的工作原理和硬件资源，了解AS3991的工作原理和硬件资源，了解VisualStudio编程开发环境，完成MSP430仿真其与TRF7969高频读卡器及微机的连接，完成AS3991读卡器和UHF天线及微机的连接，完成相关驱动程序的安装，完成通过串口观察数据通信的过程。

实验器材：

MSP430仿真器、TITRF7960高频读卡器、AS3391超高频读卡器、UHF天线各一个，微机一台，D型USB线，MiniUSB线，读卡器电源，上位机软件及ISO14443、ISO156963、UHFEPC标签若干张

2.实验二：

ISO15693中读UID

实验内容：

完成MSP430仿真器和TRF7960的连接，调用上位机软件，观察LOG窗口和RSSI窗口的内容，读出ISO15693标签的UID

实验目的：

通过本实验使学生了解RFID的基本原理，熟悉ISO15693标签的基本特征以及协议规范，理解并掌握实验过程中所用到的基本概念。

通过使用开发系统的TI-TRF7960开发系统理解本节所用的的命令操作以及通讯机制。

实验要求：

注意不同协议选择，在实验过程中熟练掌握操作步骤，认真做好数据记录与分析。

实验器材：

TITRF7960读卡器一个、usb连接线一条、电脑一台、HFRFID实验上位机软件、ISO156963标签若干张

3.实验三：

ISO15693中读、写数据块

实验内容：

完成对ISO15693标签数据块的读、写操作

实验目的：

通过本实验使学生了解RFID的基本原理，熟悉ISO15693标签的基本特征以及协议规范，理解并掌握实验过程中所用到的基本概念。

通过使用开发系统的TI-TRF7960开发系统理解本节所用的的命令操作以及通讯机制。

实验要求：

在实验过程中熟练掌握操作步骤，认真做好数据记录与分析。

实验器材：

TITRF7960读卡器一个、usb连接线一条、电脑一台、HFRFID实验上位机软件、ISO156963标签若干张

4.实验四：

ISO15693中锁定数据块

实验内容：

完成锁定AFI命令、锁定DSFID命令、获得数据安全命令和系统信息命令操作

实验目的：

通过本实验了解ISO15693标签的存储器结构，并熟练使用标签存储空间的锁定命令。

理解AFI、DSFID等相关概念。

实验要求：

在实验过程中熟练掌握操作步骤，认真做好数据记录与分析。

实验器材：

TITRF7960读卡器一个、usb连接线一条、电脑一台、HFRFID实验上位机软件、ISO15693标签若干张

5.实验五：

ISO15693中防冲撞协议原理

实验内容：

重现RFID标签冲撞情况，实现RFID标签防冲撞。

实验目的：

通过本实验使学生了解RFID的防冲撞原理的实现方法，掌握时间槽、VICC四种状态的含义以及状态的切换规律。

实验要求：

在实验过程中熟练掌握操作步骤，认真做好数据记录与分析。

实验器材：

TITRF7960读卡器一个、usb连接线一条、电脑一台、HFRFID实验上位机软件、ISO15693标签若干张

6.实验六：

ISO15693中读、写标签存储空间

实验内容：

完成对RFID标签单个数据块的读、写过程，完成对标签多个数据块的读、写过程。

实验目的：

通过本实验掌握ISO15693标签的存储器结构，并熟练使用标签存储空间的读写命令。

理解AFI、DSFID等相关概念。

实验要求：

在实验过程中熟练掌握操作步骤，认真做好数据记录与分析。

实验器材：

TITRF7960读卡器一个、usb连接线一条、电脑一台、HFRFID实验上位机软件、ISO15693标签若干张

7.实验七：

ISO14443基础

实验内容：

完成ISO14443协议选定，实现ISO14443标签寻卡等访问过程

实验目的：

理解ISO14443A、B标签特点以及两种标签的异同，掌握ISO14443的重点概念以及命令。

实验要求：

在实验过程中熟练掌握操作步骤，认真做好数据记录与分析。

实验器材：

TITRF7960读卡器一个、usb连接线一条、电脑一台、HFRFID实验上位机软件、ISO14443A/B标签若干张

8.实验八：

ISO14443应用

实验内容：

利用所学知识，利用ISO1443标签完成门禁身份验证系统的模拟开发

实验目的：

掌握HFRFID标签在实际工作的应用流程。

实验要求：

在实验过程中熟练掌握操作步骤，认真做好数据记录与分析。

实验器材：

TITRF7960读卡器一个、usb连接线一条、电脑一台、HFRFID实验上位机软件、ISO14443A/B标签若干张，实验室其它支撑环境

9.实验九：

EPC标签读、写标签EPC号

实验内容：

完成UHF读写器和天线及微机连接，上位机软件操作，读、写RFID标签的EPC号

实验目的：

理解UHFRFID的工作原理，并掌握其与HFRFID工作原理的异同点。

掌握EPC标签号的存储区域以及结构特点。

实验要求：

在实验过程中熟练掌握操作步骤，认真做好数据记录与分析。

实验器材：

UHF读卡器一个、UHF天线一个、USB连接线一条、9V电源适配器一个、电脑一台、UHF实验上位机软件

10.实验十：

UHF标签读、写用户数据块

实验内容：

完成读、写UHF标签的用户数据块

实验目的：

理解UHFRFID的工作原理，掌握EPC标签的用户数据存储区域以及操作命令访问特点。

实验要求：

在实验过程中熟练掌握操作步骤，认真做好数据记录与分析。

实验器材：

UHF读卡器一个、UHF天线一个、USB连接线一条、9V电源适配器一个、电脑一台、UHF实验上位机软件

11.实验十一：

EPC编码设计

实验内容：

自行设计一套EPC编码并在EPC标签上完成基于该编码的模拟工作流程

实验目的：

理解EPC编码体系，进一步掌握UHFRFID标签和EPC编码。

实验要求：

在实验过程中熟练掌握操作步骤，认真做好数据记录与分析。

实验器材：

UHF读卡器一个、UHF天线一个、USB连接线一条、9V电源适配器一个、电脑一台、UHF实验上位机软件

12.实验十二：

UHF标签综合应用

实验内容：

打开上位机软件，分别完成超市、物流、门禁演示系统的应用

实验目的：

通过本实验使学生了解UHFRFID标签的优点以及工程应用，并了解UHF应用开发的流程。

实验要求：

在实验过程中熟练掌握操作步骤，认真做好数据记录与分析。

实验器材：

UHF读卡器一个、UHF天线一个、USB连接线一条、9V电源适配器一个、电脑一台、UHF综合应用实验上位机软件

13.实验十三：

RFID综合应用兼考核

实验内容：

参考实验用上位机软件，编写一个基于RFID的功能较为完善的实用软件系统

实验目的：

锻炼学生的实践能力，考核学生对知识的掌握程度和运用能力

实验要求：

遵循软件工程思想，提交完整工程文件和报告文档。

实验器材：

HF读卡器一个，UHF读卡器一个、UHF天线一个，电脑一台、实验室其它支撑环境

（参考实验教学大纲要求）

三、参考书目

1、高建良，贺建飚，《物联网RFID原理与技术》，电子工业出版社，2013年7月第一版。

2、黄玉兰，《物联网射频识别（RFID）核心技术详解》，人民邮电出版社，2012年12月第二版。

3、彭力，《无线射频识别（RFID）技术基础》，北京航天航空大学出版社，2012年9月第一版。

4、许毅，陈建军，《RFID原理与应用》，清华大学出版社，2013年1月第一版。

5、单承赣，单玉峰，姚磊，《射频识别（RFID）原理与应用》，电子工业出版社，2013年6月第一版。

6、DamithC.Ranasinghe，《物联网RFID多领域应用解决方案》，机械工业出版社，2014年1月第一版。

7、程曦，《RFID应用指南：

面向用户的应用模式、标准、编码及软硬件核心技术详解》，电子工业出版社，2011年8月第一版。

8、宁焕生，《RFID重大工程与国家物联网》，机械工业出版社，2012年2月第三版。

本课程使用教具和现代教育技术的指导性意见

课程以文字教材为主要教学媒体，但目前主流教材已经开始采用项目化的内容安排和结合实际设备的实训过程。

建议课堂教学采取现代电教手段，条件许可时理论课在RFID实验室进行授课，让学生亲手接触更多的RFID设备，如RFID标签打印机、手持式RFID数据终端、有源RFID读写器和标签等，结合基于数据库技术和网络技术的小型项目开发的实训过程，使得理论教学与实践教学有机结合，以探索更为有效的教学模式，提高教学质量。