【摘要】針對(duì)公用事業(yè)計(jì)量收費(fèi)的特點(diǎn)和技術(shù)要求，指出了現(xiàn)有IC卡預(yù)付費(fèi)表應(yīng)用系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，提出了基于智能卡的預(yù)付費(fèi)表應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。選用美國(guó)德州儀器公司的MSP430系列微動(dòng)耗單片機(jī),使系統(tǒng)具有較低的功耗和較高的集成度,提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，對(duì)其他領(lǐng)域中采用IC卡預(yù)付費(fèi)應(yīng)用技術(shù)具有一定的借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】預(yù)付費(fèi)表;智能卡;預(yù)付費(fèi)控制器;應(yīng)用系統(tǒng)
一、公用事業(yè)計(jì)量收費(fèi)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
在本世紀(jì)中期以前，由于受技術(shù)條件的限制，公用事業(yè)的計(jì)量收費(fèi)問題一直沒能得到很好的解決。很多國(guó)家采用將戶用表安裝到戶外以解決査表問題。
目前許多發(fā)達(dá)國(guó)家釆用遙讀方式采集用戶用量數(shù)據(jù),并通過用戶在銀行的賬戶進(jìn)行資金結(jié)算。在歐洲，許多國(guó)家釆用有線遙讀方式査表;而在美國(guó)等國(guó)家則采用無線遙讀方式查表。近年來， 日本等國(guó)家又出現(xiàn)通過電線采集數(shù)據(jù)的查表方式，可以實(shí)現(xiàn)雙向遙讀、遙控功能,且具有泄露保護(hù)、地震保護(hù)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計(jì)量表具安裝在戶外，這樣做無疑會(huì)增加投資成本。
在查表收費(fèi)方面,國(guó)內(nèi)卻一直延用著原始落后的入戶查表收費(fèi)方式。這種收費(fèi)方式是先抄表，后收款，每月需上門兩次。“先使用、后收費(fèi)”的方式存在抄表收費(fèi)擾民、人工收費(fèi)成本高及資金回收周期長(zhǎng)等問題。
IC卡預(yù)付費(fèi)表的應(yīng)用解決了查表收費(fèi)難題,IC卡技術(shù)的推廣應(yīng)用,兼顧了企業(yè)和用戶的利益。
二、公用事業(yè)智能插卡式預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的組成
公用事業(yè)智能卡預(yù)付費(fèi)表應(yīng)用系統(tǒng)主要由以下三個(gè)部分構(gòu)成:智能卡、預(yù)付費(fèi)控制器、銷售管理系統(tǒng)。
預(yù)付費(fèi)控制器由計(jì)量傳感器電路、微功耗單片機(jī)、微功耗閥門機(jī)、電壓測(cè)試電路、防竊用電路、流量監(jiān)測(cè)等部分組成。具有準(zhǔn)確記數(shù)功能、功能卡傳輸媒介功能、閥門自動(dòng)處理功能、非法操作處理功能、掉電處理功能、數(shù)據(jù)下載功能、數(shù)據(jù)顯示與聲音提示功能等。
銷售管理功能主要包括計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、打印機(jī)、讀寫卡器、 POS機(jī)、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件等，完整的銷售管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)秘鑰管理、開戶發(fā)卡、售氣管理、數(shù)據(jù)查詢、用戶管理、運(yùn)營(yíng)管理等。
公用事業(yè)只能卡預(yù)付費(fèi)表應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)上釆用新的微功耗大規(guī)模集成電路、的低功耗閥門和表面貼裝工藝，并選用智能卡作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇鎯?chǔ)媒介，集用戶預(yù)付費(fèi)、煤氣表自動(dòng)付費(fèi)、狀態(tài)報(bào)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(xiàn)代化的計(jì)量器具。
三、公用事業(yè)智能插卡式預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的工作過程
在銷售管理系統(tǒng)中建立用戶基本檔案信息,發(fā)行開戶卡并充值。用戶將已充值的開戶卡插入到智能卡預(yù)付費(fèi)表中，預(yù)付費(fèi)控制器讀取卡中數(shù)據(jù)，并判斷數(shù)據(jù)的有效性。若數(shù)據(jù)有效則開啟閥門，允許用戶使用。同時(shí),智能卡預(yù)付費(fèi)表會(huì)將表的當(dāng)前工作狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)寫入到用戶卡中。當(dāng)用戶持卡再次充值時(shí)，管理部門能夠記錄用戶表的運(yùn)行信息,以便監(jiān)測(cè)用戶的使用情況。當(dāng)智能卡預(yù)付費(fèi)表檢測(cè)到用戶剩余量不足時(shí)將給出報(bào)警信息，提示用戶及時(shí)充值。當(dāng)用戶剩余量用盡時(shí)，智能卡預(yù)付費(fèi)表將自動(dòng)關(guān)閉閥門，直到用戶持卡充值并重新插后才能繼續(xù)恢復(fù)使用。
智能卡預(yù)付費(fèi)表應(yīng)用系統(tǒng)通過信息載體-智能卡實(shí)現(xiàn)信息的雙向傳遞，用戶現(xiàn)場(chǎng)使用的智能卡預(yù)付費(fèi)表同公用事業(yè)公司的智能卡預(yù)付費(fèi)表銷售管理系統(tǒng)之間通過智能卡建立，實(shí)現(xiàn)用戶計(jì)量?jī)x表使用的預(yù)付費(fèi)管理。預(yù)付費(fèi)控制器通過對(duì)用戶用計(jì)量?jī)x表基表流量信號(hào)的檢測(cè)，來控制閥門的開關(guān)動(dòng)作，以達(dá)到控制用戶預(yù)付費(fèi)使用的目的。
四、IC卡的種類及特點(diǎn)
IC卡即智能卡，又稱集成電路卡，是隨著半導(dǎo)體技術(shù)和存儲(chǔ)容量的要求日益提高應(yīng)運(yùn)而生的。IC卡芯片具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和改寫數(shù)據(jù)的能力,IC卡存儲(chǔ)器中的內(nèi)容可以根據(jù)需要有條件地供外部讀取，或供內(nèi)部信息處理和判斷之用。根據(jù)IC卡內(nèi)所向鑲嵌成電路的不同,可以將IC卡分成存儲(chǔ)卡，邏輯加密卡、智能卡（CPU 卡）等，它們各自有不同的數(shù)據(jù)保護(hù)安全級(jí)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，外部讀寫設(shè)備只能通過CPU與IC卡內(nèi)的EEPROM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在任何情況下都不能訪問到 EEPROM中的任何一個(gè)單元。
五、公用事業(yè)智能插卡式預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)
5.1 硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮的兩大因素是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和操作人員技術(shù)水平。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件相比差異很大，而不同地區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境又有所不同。如北方地區(qū)冬季較為寒冷干燥，預(yù)付費(fèi)控制器中的液晶及電池等器件的工作溫度范圍應(yīng)符合實(shí)際工作環(huán)境需求;南方地區(qū)夏季多雨且氣候潮濕,預(yù)付 費(fèi)控制器中元器件的設(shè)計(jì)選型應(yīng)充分考慮到這些因素，并加強(qiáng)預(yù)付費(fèi)控制器特別是卡座等環(huán)節(jié)的整體密封設(shè)計(jì)。
5.2 銷售管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
銷售管理系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、打印機(jī)、讀寫卡器、POS機(jī)、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件等，完整的銷售管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)秘鑰管理、開戶發(fā)卡、售氣管理、數(shù)據(jù)查詢、用戶管理、運(yùn)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),來實(shí)現(xiàn)IC卡的發(fā)行和充值，同時(shí)銀行也能獲取大量的預(yù)付費(fèi)沉淀資金并提高發(fā)卡數(shù)量。在每個(gè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)設(shè)立一到兩個(gè)IC卡終端機(jī)（PC機(jī)+ IC卡讀寫器+打印機(jī)，或是的POS終端），來服務(wù)周圍的居民用戶。
在煤氣公司的銷售公司，建立一個(gè)銷售管理中心，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(tái)銷售管理工作站、若干臺(tái)用戶發(fā)行工作站以及打印設(shè)備等。用戶發(fā)行工作站用來建立用戶檔案、發(fā)行岀始IC卡、預(yù)售一定數(shù)量的煤氣等。銷售管理工作站負(fù)責(zé)分析全市的銷售情況，形成各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并對(duì)銷售情況進(jìn)行分析。而服務(wù)器運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)則存儲(chǔ)所有用戶的檔案和銷售記錄，并管理文件系統(tǒng)和打印任務(wù)。
銷售管理系統(tǒng)主要用于完成對(duì)城市居民用戶的檔案管理、智能卡預(yù)付費(fèi)表的收費(fèi)管理及運(yùn)營(yíng)管理。系統(tǒng)分為前臺(tái)和后臺(tái)兩個(gè)版本，設(shè)計(jì)上采用客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu),服務(wù)器端采用了Window NT操作系統(tǒng)及SQL Server企業(yè)版數(shù)據(jù)庫(kù)，各種數(shù)據(jù)軍存儲(chǔ)在中心服務(wù)器上。前臺(tái)微機(jī)即可通過局域網(wǎng)訪問中心服務(wù)器進(jìn)行收費(fèi)，也可通過Modem、遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器訪問中心服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程收費(fèi)，遠(yuǎn)程訪問需對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。本系統(tǒng)前*理業(yè)務(wù)效率高，系統(tǒng)管理功能完善，后臺(tái)數(shù)據(jù)吞吐量大，運(yùn)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(yù)付費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jí)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(xiàn)，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)來說不可見,增加了破譯難度，提高了坑攻擊性。密鑰的管理應(yīng)遵循售氣流程與密鑰的生成、管理無關(guān)的原則。
六、安科瑞智能插卡式預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)（含選型）
6.1 概述
《ACREL- PVMS預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)》是與預(yù)付費(fèi)電能表配套的售電管理系統(tǒng)。它是以售電管理軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)軟件為主，包括計(jì)算機(jī)、IC卡讀寫器、打印機(jī)等設(shè)備在內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。主要完成電能表參數(shù)設(shè)置、售電管理及用電管理工作。操作簡(jiǎn)便，具有良好的人機(jī)界面，能夠有效的統(tǒng)計(jì)和管理數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)的安全性做有效的保密措施。是用電管理部門和物業(yè)小區(qū)管理部門提高用電管理水平，解決收費(fèi)難問題的理想產(chǎn)品。
6.2 系統(tǒng)組成
6.3 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境
為正確地運(yùn)行安科瑞預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)，將系統(tǒng)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(nèi)存，120GB以上的可用磁盤空間。建議使用硬盤備份，確保數(shù)據(jù)安全。
●配套工具：IC卡讀寫器、IC卡及預(yù)付費(fèi)電能表。
●LQ1600K打印機(jī)或其他打印機(jī)(票據(jù)打印機(jī))。
●顯示器分辨率:：(根據(jù)顯示器大小設(shè)定)。
軟件環(huán)境：
●工作站操作系統(tǒng)：中文WINDOWS 7 ,WINDOWS 2003，WINDOWS XP。
推薦操作系統(tǒng) WINDOWS XP。
●服務(wù)器操作系統(tǒng) WINDOWS 2003。
●數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：Microsoft SQL SERVER 2008 R2。
6.4 系統(tǒng)功能模塊
●登錄管理：主要管理登錄系統(tǒng)的操作，包括操作員管理、修改操作員密碼、權(quán)限的管理等。
●系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)維護(hù)管理。
●客戶管理：包括新表開戶、換表補(bǔ)電、過戶處理、注銷客戶信息等。
●IC卡操作：包括讀卡、清卡、售電寫卡、制作各種參數(shù)卡等。
●數(shù)據(jù)查詢：各類明細(xì)報(bào)表、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、通用查詢等。
●數(shù)據(jù)管理：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)備份、數(shù)據(jù)庫(kù)管理。
6.5 設(shè)備選型
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注：預(yù)付費(fèi)儀表、電流互感器等應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回路電流大小等選擇配置，安裝、接線等由甲方負(fù)責(zé)。
七、結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、智能卡及其機(jī)具技術(shù),解決了企業(yè)信息管理、用戶管理、交易自動(dòng)化和電子支付等問題。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工作流程自動(dòng)化，強(qiáng)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(yīng)有的經(jīng)濟(jì)損失，保證了公用事業(yè)公司應(yīng)收賬款的及時(shí)到位。既方便了公用事業(yè)用戶，也方便了公用事業(yè)公司基工作人員。同時(shí)本系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，為公用事業(yè)公司開展新型業(yè)務(wù)和服務(wù)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得推廣應(yīng)用。
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