《射频识别与传感器技术》教学大纲

课程名称 ：射频识别与传感器技术

学时/学分：4.5/72(含实验16学时)

先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、通信原理

适用专业：物联网工程、计算机科学与技术

开课学院(系、教研室)：计算机科学与技术学院物联网工程系系统结构教研

一、课程性质与任务(要求学生完成的任务等)

射频识别(RFID)技术是当前最受人们关注的热点技术，也是物联网工程的核心技术之一。这项技术既和传统应用紧密相关，又充满着新意与活力。射频识别技术的应用领域众多，它已经渗透到我们日常生活和工作的各个方面，给我们的社会活动、生产活动、行为方法和思维观念带来了巨大的变革。

本课程是物联网专业学生必修的一门重要专业课程，分为“射频识别技术”和“传感器技术”两个部分。“射频识别技术”主要讲授射频识别技术的基础理论和标准；通过对典型芯片的介绍，分析讨论在125KHz、13.56MHz与微波应用下阅读器、应答器和天线的设计方法；EPC编码基础上的物联网基本概念与应用。“传感器技术”主要研究各类传感器的机理、结构、测量电路和应用方法，主要包括常用传感器、近代新型传感技术及信号调理电路等内容。

通过本课程的教学要使学生能对物联网的“感知”层结构有清析的理解，能利用射频识别技术对所标识的“物件”进行自动识别，能利用传感器技术对所感受的“物件”进行检测，能采集检测和识别到的信息到计算机系统中进行处理，实现为物联网的前端“节点”提供感知数据。

二、课程教学内容(要求学生掌握的内容，突出重难点等)

(一)教学内容

1．射频识别技术概论

射频识别基本原理、射频识别应用系统架构、RFID与相关的自动识别技术、RFID技术的应用和发展前景

2．电感耦合方式的射频前端

阅读器天线电路、应答器天线电路、阅读器和应答器之间的电感耦合、功率放大电路

3．编码和调制

信号和编码、曼切斯特码与密勒码、脉冲调制、正弦波调制

4．数据校验和防碰撞算法

差错检测、防碰撞算法、防碰撞协议、碰撞检测、防碰撞RFID系统设计实例

5．RFID系统数据传输的安全性

密码学基础、序列密码、认证技术、密钥管理

6．RFID的ISO/IEC标准

RFID标准概述、ISO/IEC的RFID标准简介、ISO/IEC 14443标准、ISO/IEC 15693标准、ISO/IEC 18000-6标准、ISO/IEC 18000-7标准

7．低频RFID应答器/阅读器电路原理分析及应用

典型阅读器芯片u2270B及读/写模式、典型应答器芯片e5551及写模式、阅读器电路设计

8．高频RFID应答器/阅读器电路原理分析及应用

13.56 MHz射频存储器应答器、MCRF355/360芯片、MIFARE技术、PCD基站芯片与应用、MF RC500芯片与天线电路设计

9．超高频与微波RFID应答器/阅读器电路原理分析及应用

天线技术基础及常用天线、微波应答器的工作原理、无源应答器芯片XRA00、主动式应答器设计、应答器的印制技术

10．EPC系统组成与物联网

EPC系统的组成、EPC编码 、EPC标签和阅读器、中间件(Savant)、对象名称解析服务(ONS)和、EPC信息服务(EPCIS)、EPC框架下的RFID应用

11．传感、检测与数据采集概述

传感器的定义/组成/分类、检测系统的定义/基本结构/类型、检测系统静态特性和动态特性与性能指标、测量系统的误差计算方法、数据采集系统基本结构

12．常用传感器原理与应用

八大基本传感器：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、电涡流式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、热电式传感器、霍尔式传感器

其它常用传感器：数字式传感器、光纤传感器、超声波传感器、微波传感器、红外传感器、核辐射传感器、化学传感器

13．新型传感器原理

智能式传感器、微型传感器、生物传感器、模糊传感器、网络传感器

14．常见非电参数的检测方法简介

力、压力和转矩的测量；位移、物位和厚度的测量；速度、加速度与振动的测量；转速的测量；噪声测量；温度的测量；流量的测量；成分量的测量；视觉检测技术；微弱信号检测；检测系统抗干扰方法；测量信号的调理及处理

15．数据采集系统设计

静态数据采集、动态数据采集

(二)课程内容的重点、难点

1．射频识别(RFID) 基础理论和标准

重点：电感耦合方式原理、反向散射耦合方式原理、应答器、阅读器、天线、信号编码和调制、数据校验和防碰撞算法、RFID系统数据传输的安全性、RFID的ISO/IEC标准、RFID的国家标准/行业标准。

难点：以上内容中用到的电磁/电路/数学公式的理解

2．低频RFID应答器/阅读器电路原理分析及应用

重点：应答器/阅读器结构原理分析、典型阅读器芯片u2270B及读/写模式、典型应答器芯片e5551及写模式

难点：以上内容中用到的电路/数学公式的理解

3．高频RFID应答器/阅读器电路原理分析及应用

重点：13.56 MHz射频存储器应答器、MCRF355/360芯片、MIFARE技术、PCD基站芯片与应用、MF RC500芯片与天线电路设计

难点：以上内容中用到的电磁/电路/数学公式的理解

4．超高频与微波RFID应答器/阅读器电路原理分析及应用

重点：天线技术基础及常用天线、微波应答器的工作原理、无源应答器芯片XRA00、主动式应答器设计、应答器的印制技术

难点：以上内容中用到的电磁/电路/数学公式的理解

5．EPC系统组成与物联网

重点：EPC系统的组成、EPC编码 、EPC标签和阅读器、中间件(Savant)、对象名称解析服务(ONS)和、EPC信息服务(EPCIS)、EPC框架下的RFID应用

难点：EPC编码、中间件(Savant)

6．传感、检测与数据采集概述

重点：传感器的定义/组成/分类、检测系统的定义/基本结构/类型、检测系统静态特性和动态特性与性能指标、测量系统的误差计算方法、数据采集系统基本结构

难点：传感器及检测系统性能指标、测量系统的误差计算

7．常用传感器原理与应用

重点：八大基本传感器：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、电涡流式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、热电式传感器、霍尔式传感器

其它常用传感器：数字式传感器、光纤传感器、超声波传感器、微波传感器、红外传感器、核辐射传感器、化学传感器

难点：各种传感器涉及到知识内容庞杂(机械、动力、物理、化学、光学、材料、电子、生物、半导体、信息处理等众多学科)，需花精力补习整理

8．新型传感器原理

重点：智能式传感器、微型传感器、生物传感器、模糊传感器、网络传感器

难点：新型传感器正在快速发展中，只作原理和发展趋势介绍。

9．常见非电参数的检测方法简介

重点：力、压力和转矩的测量；位移、物位和厚度的测量；速度、加速度与振动的测量；转速的测量；噪声测量；温度的测量；流量的测量；成分量的测量；视觉检测技术；微弱信号检测；检测系统抗干扰方法；测量信号的调理及处理

难点：测量环境难搭建，介绍方法

10．数据采集系统

重点：静态数据采集、动态数据采集。

难点：系统电路，接口，软件设计

三、课程基本要求

本课程内容分“了解、理解、掌握”三个层次提出要求。本课程的基本要求是：

1)了解射频识别应用系统的构架和标准体系；了解非电量测量系统的基本概念和系统组成；了解传感器的静态特性、动态特性的性能指标；了解新型传感器的发展特点和方向；了解EPC系统的组成；了解数据采集的基本方法。

2)理解射频识别(RFID)技术的基本原理；理解常用传感器的结构与工作原理以及各种应用中传感器的选取原则。

3)掌握低频、高频、超高频与微波的射频识别(RFID)应答器/阅读器的读写原理；掌握典型传感器的检测方法；掌握基本的多路数据采集方法。

四、课程学时分配

课程内容	讲课	习题课	小  计
射频识别(RFID)技术概论	4
RFID的射频前端	4
编码和调制	4
数据校验和防碰撞算法	2
RFID系统数据传输的安全性	2
RFID的ISO/IEC标准	4
低频RFID应答器/阅读器电路原理分析及应用	2
高频RFID应答器/阅读器电路原理分析及应用	4
超高频与微波RFID应答器/阅读器电路原理分析及应用	4
EPC系统组成与物联网	4
传感、检测与数据采集概述	4
常用传感器原理分析与应用	10
新型传感器原理	4
常见非电参数的检测方法简介	2
数据采集系统设计设计	2
合计	56

五、课程特色(包括教学内容、教学手段、方法等)

本门课程涉及面广、实践性强、内容庞杂、与工程实际紧密相联并与提高学生综合能力紧密相关。因此应大力调动学生学习本门课程的积积性，可以采用的方法包括：学校在课程学时之外开放实验室；鼓励教师开专题讲座，学生分成讨论小组、开展兴趣活动写出综合报告，教师阅改作平时成绩。

六、课程考核方式(包括内容、方法、相应内容或环节所占比例等)

本课程考核内容包括：上课出勤情况、平时作业、课内实验出勤及实验报告和期末考试。前两项20%，后两项分别是10%和70%。

七、推荐教材

《射频识别与传感器技术》实验教学大纲

课程名称 ：射频识别与传感器技术

学时/学分：16

适用专业：物联网工程

先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、通信原理

适用专业：物联网工程、计算机科学与技术

开课学院(系、教研室)：计算机科学与技术学院物联网工程系系统结构教研室

承担实验室：计算机学院实验中心

一、实验教学目的和任务

本课程实验教学的目的是使学生进一步加深RFID和传感器的基本原理的理解，了解不同频段RFID系统和各种传感器的构成。通过实验教学使学生：

1)了解射频识别应用系统的构架和标准体系；了解非电量测量系统的基本概念和系统组成；了解传感器的静态特性、动态特性的性能指标；了解新型传感器的发展特点和方向；了解数据采集的基本方法。

2)理解射频识别(RFID)技术的基本原理；理解常用传感器的结构与工作原理以及各种应用中传感器的选取原则。

3)掌握低频、高频、超高频与微波的射频识别(RFID)应答器/阅读器的读写原理；掌握典型传感器的检测方法；掌握基本的多路数据采集方法。

二、实验项目及学时分配

序号	实 验 项 目 名 称	实验学时	每组人数	实验类别	实验类型
1	125KHz RFID实验	2	1	专业课	综合性
2	13.56MHz RFID实验(ISO14443协议)	2	1	专业课	综合性
3	13.56MHz RFID实验(ISO15693 协议)	2	1	专业课	综合性
4	900MHz RFID 实验	2	1	专业课	综合性
5	RFID应用系统实验	2	1	专业课	综合性
6	金属箔式应变片性能实验	2	2	专业基础	验证性
7	温度传感器温度特性实验	2	2	专业基础	验证性
8	霍尔传感器应用实验	2	2	专业基础	验证性

注：实验类别：基础、专业基础、专业课、其他

实验类型：演示型、验证性、综合性、设计研究性、其他

三、单项实验内容和要求

项 目 名 称	实验内容	实验要求	主要仪器
			设备名称	型号	数量
125KHz RFID实验	认识了解125KHz只读卡和读写卡；通过实验平台识别标签卡号；观察只读卡和读写卡通信协议；示波器观测相关信号	必修	创维特RFID实验箱CVT-RFID-II  36 杭州英联传感器实验箱YLXS-01  20
13.56MHz RFID实验(ISO14443协议)	认识了解Mifare one卡；通过实验平台识别标签卡号、数据读写、密码下载、密码修改；了解Mifare  one卡通信协议	必修
13.56MHz RFID实验(ISO15693 协议)	认识了解15693卡；通过实验平台完成标签识别、选择及单个和多个数据块读写；多标签的防碰撞；了解ISO15693通信协议；示波器观测相关信号	必修
900MHz RFID 实验	认识了解900MHz卡；通过实验平台完成标签功率设置、识别、读写和防碰撞实验；了解ISO18000-6通信协议	必修
RFID应用系统实验	了解各种频段RFID系统的应用场合；利用实验平台实现简单的考勤管理、物流管理和图书管理	必修
金属箔式应变片性能实验	了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况，比较半桥、全桥和单臂方式性能	必修
温度传感器温度特性实验	了解Pt100热电阻的特性与应用，通过实验测试记录分析该温度传感器特性	必修
霍尔传感器应用实验	了解霍尔传感器的原理与应用，完成用霍尔传感器测量振幅的实验	必修

注：实验要求：选修、必修、其他

四、课程特色

本门课程涉及面广、实践性强、内容庞杂、与工程实际紧密相联并与提高学生综合能力紧密相关。因此应大力调动学生学习本门课程的积积性，可以采用的方法包括：学校在课程学时之外开放实验室；鼓励教师开专题讲座，学生分成讨论小组、开展兴趣活动写出综合报告，教师阅改作平时成绩。

五、实验考核方式(内容、方法，相应内容或环节所占比例)

本实验考核包括出勤情况、实验结果及实验报告三部分，比例分别是30%、30%和40%。

作者：许毅、陈建军

定价：35元

ISBN：9787302305798

本书根据新的物联网工程本科专业的发展方向和教学需要，结合射频识别技术的最新发展及其应用现状编写而成。本书主要介绍射频识别技术的基本工作原理、设计技术基础、天线技术、射频前端、电子标签、读写器、标准体系、中间件及系统集成技术、应用系统的构建、测试与分析技术。 本书的特色在于内容简单明了、浅显易懂，侧重基本概念和基础技术，强调基本原理和方法，力求概念准确、图文并茂。本书适宜作为普通高等院校本科生新的物联网工程专业的教材。