胡冠楠
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定
【摘要】針對公用事業(yè)計量收費的特點和技術(shù)要求，指出了現(xiàn)有IC卡預(yù)付費表應(yīng)用系統(tǒng)在實際應(yīng)用中存在的問題，提出了基于智能卡的預(yù)付費表應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方案。選用美國德州儀器公司的MSP430系列微動耗單片機,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，對其他領(lǐng)域中采用IC卡預(yù)付費應(yīng)用技術(shù)具有一定的借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】預(yù)付費表;智能卡;預(yù)付費控制器;應(yīng)用系統(tǒng)
一、公用事業(yè)計量收費技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
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)的計量收費問題一直沒能得到很好的解決。很多國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)達國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行資金結(jié)算。在歐洲，許多國家釆用有線遙讀方式査表;而在美國等國家則采用無線遙讀方式查表。近年來， 日本等國家又出現(xiàn)通過電線采集數(shù)據(jù)的查表方式，可以實現(xiàn)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計量表具安裝在戶外，這樣做無疑會增加投資成本。
在查表收費方面,國內(nèi)卻一直延用著原始落后的入戶查表收費方式。這種收費方式是先抄表，后收款，每月需上門兩次。“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等問題。
IC卡預(yù)付費表的應(yīng)用解決了查表收費難題,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)付費系統(tǒng)的組成
公用事業(yè)智能卡預(yù)付費表應(yīng)用系統(tǒng)主要由以下三個部分構(gòu)成:智能卡、預(yù)付費控制器、銷售管理系統(tǒng)。
預(yù)付費控制器由計量傳感器電路、微功耗單片機、微功耗閥門機、電壓測試電路、防竊用電路、流量監(jiān)測等部分組成。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算機、服務(wù)器、打印機、讀寫卡器、 POS機、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件等，完整的銷售管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)秘鑰管理、開戶發(fā)卡、售氣管理、數(shù)據(jù)查詢、用戶管理、運營管理等。
公用事業(yè)只能卡預(yù)付費表應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計上釆用新的微功耗大規(guī)模集成電路、專用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γ浇椋脩纛A(yù)付費、煤氣表自動付費、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(xiàn)代化的計量器具。
三、公用事業(yè)智能插卡式預(yù)付費系統(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)付費表中，預(yù)付費控制器讀取卡中數(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,智能卡預(yù)付費表會將表的當(dāng)前工作狀態(tài)、運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)寫入到用戶卡中。當(dāng)用戶持卡再次充值時，管理部門能夠記錄用戶表的運行信息,以便監(jiān)測用戶的使用情況。當(dāng)智能卡預(yù)付費表檢測到用戶剩余量不足時將給出報警信息，提示用戶及時充值。當(dāng)用戶剩余量用盡時，智能卡預(yù)付費表將自動關(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)付費表應(yīng)用系統(tǒng)通過信息載體-智能卡實現(xiàn)信息的雙向傳遞，用戶現(xiàn)場使用的智能卡預(yù)付費表同公用事業(yè)公司的智能卡預(yù)付費表銷售管理系統(tǒng)之間通過智能卡建立聯(lián)系，實現(xiàn)用戶計量儀表使用的預(yù)付費管理。預(yù)付費控制器通過對用戶用計量儀表基表流量信號的檢測，來控制閥門的開關(guān)動作，以達到控制用戶預(yù)付費使用的目的。
四、IC卡的種類及特點
IC卡即智能卡，又稱集成電路卡，是隨著半導(dǎo)體技術(shù)和存儲容量的要求日益提高應(yīng)運而生的。IC卡芯片具有存儲數(shù)據(jù)和改寫數(shù)據(jù)的能力,IC卡存儲器中的內(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)保護安全級別。
智能卡是在將EEPROM芯片封裝在卡片上的同時,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中的任何一個單元。
五、公用事業(yè)智能插卡式預(yù)付費系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計
5.1 硬件設(shè)計
本系統(tǒng)硬件設(shè)計時還需要考慮的兩大因素是現(xiàn)場環(huán)境和操作人員技術(shù)水平。在實際應(yīng)用時，現(xiàn)場環(huán)境與實驗環(huán)境條件相比差異很大，而不同地區(qū)的現(xiàn)場環(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 費控制器中元器件的設(shè)計選型應(yīng)充分考慮到這些因素，并加強預(yù)付費控制器特別是卡座等環(huán)節(jié)的整體密封設(shè)計。
5.2 銷售管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計
銷售管理系統(tǒng)主要包括計算機、服務(wù)器、打印機、讀寫卡器、POS機、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件等，完整的銷售管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)秘鑰管理、開戶發(fā)卡、售氣管理、數(shù)據(jù)查詢、用戶管理、運營管理等。
本方案充分利用了城市中星羅棋布的銀行服務(wù)網(wǎng)點,來實現(xiàn)IC卡的發(fā)行和充值，同時銀行也能獲取大量的預(yù)付費沉淀資金并提高發(fā)卡數(shù)量。在每個服務(wù)網(wǎng)點設(shè)立一到兩個IC卡終端機（PC機+ IC卡讀寫器+打印機，或是專用的POS終端），來服務(wù)周圍的居民用戶。
在煤氣公司的銷售公司，建立一個銷售管理中心，它的核心是一個局域網(wǎng)，包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、若干臺銷售管理工作站、若干臺用戶發(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)計報表，并對銷售情況進行分析。而服務(wù)器運行數(shù)據(jù)庫則存儲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)主要用于完成對城市居民用戶的檔案管理、智能卡預(yù)付費表的收費管理及運營管理。系統(tǒng)分為前臺和后臺兩個版本，設(shè)計上采用客戶機/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，各種數(shù)據(jù)軍存儲在中心服務(wù)器上。前臺微機即可通過局域網(wǎng)訪問中心服務(wù)器進行收費，也可通過Modem、電話線、遠(yuǎn)程訪問服務(wù)器訪問中心服務(wù)器進行遠(yuǎn)程收費，遠(yuǎn)程訪問需對通信數(shù)據(jù)進行加密。本系統(tǒng)前臺辦理業(yè)務(wù)效率高，系統(tǒng)管理功能完善，后臺數(shù)據(jù)吞吐量大，運行可靠等優(yōu)點。
5.3 智能卡的密鑰生成及發(fā)行管理
在IC卡預(yù)付費系統(tǒng)設(shè)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)付費系統(tǒng)（含選型）
6.1 概述
《ACREL- PVMS預(yù)付費售電管理系統(tǒng)》是與預(yù)付費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)庫軟件為主，包括計算機、IC卡讀寫器、打印機等設(shè)備在內(nèi)的計算機系統(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。操作簡便，具有良好的人機界面，能夠有效的統(tǒng)計和管理數(shù)據(jù)，并對數(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，解決收費難問題的理想產(chǎn)品。
6.2 系統(tǒng)組成
6.3 系統(tǒng)運行環(huán)境
為正確地運行安科瑞預(yù)付費售電管理系統(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)付費電能表。
●LQ1600K打印機或其他打印機(票據(jù)打印機)。
●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)維護管理。
●客戶管理：包括新表開戶、換表補電、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)報表、統(tǒng)計報表、通用查詢等。
●數(shù)據(jù)管理：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫備份、數(shù)據(jù)庫管理。
6.5 設(shè)備選型
注：預(yù)付費儀表、電流互感器等應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場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
本系統(tǒng)利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)、智能卡及其專用機具技術(shù),解決了企業(yè)信息管理、用戶管理、交易自動化和電子支付等問題。本系統(tǒng)實現(xiàn)了工作流程自動化，強化了公用實業(yè)公司的管理，減少了公用事業(yè)公司不應(yīng)有的經(jīng)濟損失，保證了公用事業(yè)公司應(yīng)收賬款的及時到位。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。同時本系統(tǒng)具有良好的擴展性，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)濟效益和社會效益，值得推廣應(yīng)用。
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更新時間：2023-06-02 
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