【摘要】針對公用事業(yè)計量收費的特點(diǎn)和技術(shù)要求，指出了現有IC卡預付費表應用系統在實(shí)際應用中存在的問(wèn)題，提出了基于智能卡的預付費表應用系統的設計方案。選用美國德州儀器公司的MSP430系列微動(dòng)耗單片機,使系統具有較低的功耗和較高的集成度,提高了系統的可靠性和抗干擾能力，對其他領(lǐng)域中采用IC卡預付費應用技術(shù)具有一定的借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】預付費表;智能卡;預付費控制器;應用系統
一、公用事業(yè)計量收費技術(shù)的現狀與發(fā)展趨勢
在本世紀中期以前，由于受技術(shù)條件的限制，公用事業(yè)的計量收費問(wèn)題一直沒(méi)能得到很好的解決。很多國家采用將戶(hù)用表安裝到戶(hù)外以解決査表問(wèn)題。
目前許多發(fā)達國家釆用遙讀方式采集用戶(hù)用量數據,并通過(guò)用戶(hù)在銀行的賬戶(hù)進(jìn)行資金結算。在歐洲，許多國家釆用有線(xiàn)遙讀方式査表;而在美國等國家則采用無(wú)線(xiàn)遙讀方式查表。近年來(lái)， 日本等國家又出現通過(guò)電線(xiàn)采集數據的查表方式，可以實(shí)現雙向遙讀、遙控功能,且具有泄露保護、地震保護等各種輔助功能，抄讀方便、控制可靠。然而，由于釆用這種方式査表需將用戶(hù)計量表具安裝在戶(hù)外，這樣做無(wú)疑會(huì )增加投資成本。
在查表收費方面,國內卻一直延用著(zhù)原始落后的入戶(hù)查表收費方式。這種收費方式是先抄表，后收款，每月需上門(mén)兩次。“先使用、后收費”的方式存在抄表收費擾民、人工收費成本高及資金回收周期長(cháng)等問(wèn)題。
IC卡預付費表的應用解決了查表收費難題,IC卡技術(shù)的推廣應用,兼顧了企業(yè)和用戶(hù)的利益。
二、公用事業(yè)智能插卡式預付費系統的組成
公用事業(yè)智能卡預付費表應用系統主要由以下三個(gè)部分構成:智能卡、預付費控制器、銷(xiāo)售管理系統。
預付費控制器由計量傳感器電路、微功耗單片機、微功耗閥門(mén)機、電壓測試電路、防竊用電路、流量監測等部分組成。具有準確記數功能、功能卡傳輸媒介功能、閥門(mén)自動(dòng)處理功能、非法操作處理功能、掉電處理功能、數據下載功能、數據顯示與聲音提示功能等。
銷(xiāo)售管理功能主要包括計算機、服務(wù)器、打印機、讀寫(xiě)卡器、 POS機、系統軟件、應用軟件等，完整的銷(xiāo)售管理系統可以實(shí)現秘鑰管理、開(kāi)戶(hù)發(fā)卡、售氣管理、數據查詢(xún)、用戶(hù)管理、運營(yíng)管理等。
公用事業(yè)只能卡預付費表應用系統設計上釆用新的微功耗大規模集成電路、的低功耗閥門(mén)和表面貼裝工藝，并選用智能卡作為數據傳輸的存儲媒介，集用戶(hù)預付費、煤氣表自動(dòng)付費、狀態(tài)報警提示和防止竊用等功能于一體，是適用公用事業(yè)管理現代化的計量器具。
三、公用事業(yè)智能插卡式預付費系統的工作過(guò)程
在銷(xiāo)售管理系統中建立用戶(hù)基本檔案信息,發(fā)行開(kāi)戶(hù)卡并充值。用戶(hù)將已充值的開(kāi)戶(hù)卡插入到智能卡預付費表中，預付費控制器讀取卡中數據，并判斷數據的有效性。若數據有效則開(kāi)啟閥門(mén)，允許用戶(hù)使用。同時(shí),智能卡預付費表會(huì )將表的當前工作狀態(tài)、運行狀態(tài)等數據寫(xiě)入到用戶(hù)卡中。當用戶(hù)持卡再次充值時(shí)，管理部門(mén)能夠記錄用戶(hù)表的運行信息,以便監測用戶(hù)的使用情況。當智能卡預付費表檢測到用戶(hù)剩余量不足時(shí)將給出報警信息，提示用戶(hù)及時(shí)充值。當用戶(hù)剩余量用盡時(shí)，智能卡預付費表將自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)，直到用戶(hù)持卡充值并重新插后才能繼續恢復使用。
智能卡預付費表應用系統通過(guò)信息載體-智能卡實(shí)現信息的雙向傳遞，用戶(hù)現場(chǎng)使用的智能卡預付費表同公用事業(yè)公司的智能卡預付費表銷(xiāo)售管理系統之間通過(guò)智能卡建立，實(shí)現用戶(hù)計量?jì)x表使用的預付費管理。預付費控制器通過(guò)對用戶(hù)用計量?jì)x表基表流量信號的檢測，來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，以達到控制用戶(hù)預付費使用的目的。
四、IC卡的種類(lèi)及特點(diǎn)
IC卡即智能卡，又稱(chēng)集成電路卡，是隨著(zhù)半導體技術(shù)和存儲容量的要求日益提高應運而生的。IC卡芯片具有存儲數據和改寫(xiě)數據的能力,IC卡存儲器中的內容可以根據需要有條件地供外部讀取，或供內部信息處理和判斷之用。根據IC卡內所向鑲嵌成電路的不同,可以將IC卡分成存儲卡，邏輯加密卡、智能卡（CPU 卡）等，它們各自有不同的數據保護安全級別。
智能卡是在將EEPROM芯片封裝在卡片上的同時(shí),將微處理器芯片（CPU）也封裝在卡片上，外部讀寫(xiě)設備只能通過(guò)CPU與IC卡內的EEPROM進(jìn)行數據交換，在任何情況下都不能訪(fǎng)問(wèn)到 EEPROM中的任何一個(gè)單元。
五、公用事業(yè)智能插卡式預付費系統的硬件及軟件設計
5.1 硬件設計
本系統硬件設計時(shí)還需要考慮的兩大因素是現場(chǎng)環(huán)境和操作人員技術(shù)水平。在實(shí)際應用時(shí)，現場(chǎng)環(huán)境與實(shí)驗環(huán)境條件相比差異很大，而不同地區的現場(chǎng)環(huán)境又有所不同。如北方地區冬季較為寒冷干燥，預付費控制器中的液晶及電池等器件的工作溫度范圍應符合實(shí)際工作環(huán)境需求;南方地區夏季多雨且氣候潮濕,預付 費控制器中元器件的設計選型應充分考慮到這些因素，并加強預付費控制器特別是卡座等環(huán)節的整體密封設計。
5.2 銷(xiāo)售管理系統的軟件設計
銷(xiāo)售管理系統主要包括計算機、服務(wù)器、打印機、讀寫(xiě)卡器、POS機、系統軟件、應用軟件等，完整的銷(xiāo)售管理系統可以實(shí)現秘鑰管理、開(kāi)戶(hù)發(fā)卡、售氣管理、數據查詢(xún)、用戶(hù)管理、運營(yíng)管理等。
本方案充分利用了城市中星羅棋布的銀行服務(wù)網(wǎng)點(diǎn),來(lái)實(shí)現IC卡的發(fā)行和充值，同時(shí)銀行也能獲取大量的預付費沉淀資金并提高發(fā)卡數量。在每個(gè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)設立一到兩個(gè)IC卡終端機（PC機+ IC卡讀寫(xiě)器+打印機，或是的POS終端），來(lái)服務(wù)周?chē)木用裼脩?hù)。
在煤氣公司的銷(xiāo)售公司，建立一個(gè)銷(xiāo)售管理中心，它的核心是一個(gè)局域網(wǎng)，包括網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、若干臺銷(xiāo)售管理工作站、若干臺用戶(hù)發(fā)行工作站以及打印設備等。用戶(hù)發(fā)行工作站用來(lái)建立用戶(hù)檔案、發(fā)行岀始IC卡、預售一定數量的煤氣等。銷(xiāo)售管理工作站負責分析全市的銷(xiāo)售情況，形成各種統計報表，并對銷(xiāo)售情況進(jìn)行分析。而服務(wù)器運行數據庫則存儲所有用戶(hù)的檔案和銷(xiāo)售記錄，并管理文件系統和打印任務(wù)。
銷(xiāo)售管理系統主要用于完成對城市居民用戶(hù)的檔案管理、智能卡預付費表的收費管理及運營(yíng)管理。系統分為前臺和后臺兩個(gè)版本，設計上采用客戶(hù)機/服務(wù)器體系結構,服務(wù)器端采用了Window NT操作系統及SQL Server企業(yè)版數據庫，各種數據軍存儲在中心服務(wù)器上。前臺微機即可通過(guò)局域網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)中心服務(wù)器進(jìn)行收費，也可通過(guò)Modem、遠程訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器訪(fǎng)問(wèn)中心服務(wù)器進(jìn)行遠程收費，遠程訪(fǎng)問(wèn)需對通信數據進(jìn)行加密。本系統前*理業(yè)務(wù)效率高，系統管理功能完善，后臺數據吞吐量大，運行可靠等優(yōu)點(diǎn)。
5.3 智能卡的密鑰生成及發(fā)行管理
在IC卡預付費系統設計中關(guān)鍵的是安全性，安全性與密鑰的發(fā)行、管理關(guān)系密切。密鑰要實(shí)行分級管理，總控卡密鑰及DES算法的關(guān)鍵信息分別由幾個(gè)人輸入，密鑰的產(chǎn)生、存放、使用都是以密文的形式出現，對應用系統來(lái)說(shuō)不可見(jiàn),增加了破譯難度，提高了坑攻擊性。密鑰的管理應遵循售氣流程與密鑰的生成、管理無(wú)關(guān)的原則。
六、安科瑞智能插卡式預付費系統（含選型）
6.1 概述
《ACREL- PVMS預付費售電管理系統》是與預付費電能表配套的售電管理系統。它是以售電管理軟件和數據庫軟件為主，包括計算機、IC卡讀寫(xiě)器、打印機等設備在內的計算機系統。主要完成電能表參數設置、售電管理及用電管理工作。操作簡(jiǎn)便，具有良好的人機界面，能夠有效的統計和管理數據，并對數據的安全性做有效的保密措施。是用電管理部門(mén)和物業(yè)小區管理部門(mén)提高用電管理水平，解決收費難問(wèn)題的理想產(chǎn)品。
6.2 系統組成
6.3 系統運行環(huán)境
為正確地運行安科瑞預付費售電管理系統，將系統性能發(fā)揮到合理水平，推薦以下配置：
硬件環(huán)境：
●工作站配置：雙核處理器2.8G或更快，2G內存，120GB以上的可用磁盤(pán)空間。建議使用硬盤(pán)備份，確保數據安全。
●配套工具：IC卡讀寫(xiě)器、IC卡及預付費電能表。
●LQ1600K打印機或其他打印機(票據打印機)。
●顯示器分辨率:：(根據顯示器大小設定)。
軟件環(huán)境：
●工作站操作系統：中文WINDOWS 7 ,WINDOWS 2003，WINDOWS XP。
推薦操作系統 WINDOWS XP。
●服務(wù)器操作系統 WINDOWS 2003。
●數據庫系統：Microsoft SQL SERVER 2008 R2。
6.4 系統功能模塊
●登錄管理：主要管理登錄系統的操作，包括操作員管理、修改操作員密碼、權限的管理等。
●系統設置：系統相關(guān)參數維護管理。
●客戶(hù)管理：包括新表開(kāi)戶(hù)、換表補電、過(guò)戶(hù)處理、注銷(xiāo)客戶(hù)信息等。
●IC卡操作：包括讀卡、清卡、售電寫(xiě)卡、制作各種參數卡等。
●數據查詢(xún)：各類(lèi)明細報表、統計報表、通用查詢(xún)等。
●數據管理：系統數據庫備份、數據庫管理。
6.5 設備選型
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注：預付費儀表、電流互感器等應根據現場(chǎng)回路電流大小等選擇配置，安裝、接線(xiàn)等由甲方負責。
七、結束語(yǔ)
本系統利用計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、大型數據庫技術(shù)、智能卡及其機具技術(shù),解決了企業(yè)信息管理、用戶(hù)管理、交易自動(dòng)化和電子支付等問(wèn)題。本系統實(shí)現了工作流程自動(dòng)化，強化了公用實(shí)業(yè)公司的管理，減少了公用事業(yè)公司不應有的經(jīng)濟損失，保證了公用事業(yè)公司應收賬款的及時(shí)到位。既方便了公用事業(yè)用戶(hù)，也方便了公用事業(yè)公司基工作人員。同時(shí)本系統具有良好的擴展性，為公用事業(yè)公司開(kāi)展新型業(yè)務(wù)和服務(wù)奠定了技術(shù)基礎和數據基礎，具有較好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，值得推廣應用。
參考文獻
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