基于射頻卡的預(yù)付費(fèi)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何 艷, 劉 乙, 李海全

(1.江蘇安科瑞電器制造有限公司, 江蘇 江陰 214400;2.內(nèi)蒙古建筑勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

0 引 言

預(yù)付費(fèi)管理系統(tǒng)是一種先交費(fèi)后用電的收費(fèi)管理軟件,采用射頻卡作為用戶和供電部門中間進(jìn)行一對一購售電信息傳輸?shù)慕橘|(zhì),完成電能表參數(shù)設(shè)置、售電管理及用電管理工作。

近年來,預(yù)付費(fèi)售電系統(tǒng)主要以接觸式IC卡為主,但接觸式IC卡在安全性、技術(shù)質(zhì)量及管理等方面存在一些問題,主要有電能表抗干擾能力弱,質(zhì)量不過關(guān),容易受到外界的攻擊,從而引發(fā)用電糾紛;IC卡存在質(zhì)量問題,極易被解密,篡改數(shù)據(jù),給用電管理部門和國家?guī)頁p失;價(jià)格高,易損壞,壽命短,使用風(fēng)險(xiǎn)大,因此綜合效益差[1]。

預(yù)付費(fèi)管理系統(tǒng)采用國際標(biāo)準(zhǔn)DES算法對射頻卡進(jìn)行加密,能夠有效識別非管轄區(qū)的射頻卡和用戶非法制作的射頻卡,有效防止非法使用射頻卡,從而保障合法用電。該系統(tǒng)提供運(yùn)行過程中需要的大多數(shù)缺省數(shù)據(jù),各項(xiàng)操作符合實(shí)際業(yè)務(wù)的工作流程,避免操作員重復(fù)操作。系統(tǒng)對輸入的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行合法性檢查,對操作人員的誤操作也進(jìn)行友好提示,即使是一般的用戶,也能完成較復(fù)雜的業(yè)務(wù)操作。

1 射頻識別技術(shù)

射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)是一種無線通信技術(shù),通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫數(shù)據(jù)。目前,射頻識別技術(shù)已在很多行業(yè)中得到應(yīng)用,是公交運(yùn)輸、門禁、考勤、網(wǎng)絡(luò)安全等應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇[2]。

射頻識別技術(shù)最重要的優(yōu)點(diǎn)是非接觸識別,采用的射頻卡是明華公司生產(chǎn)的Mifare Standard 1K卡,其數(shù)據(jù)在卡和讀寫器之間傳輸時(shí)可進(jìn)行數(shù)據(jù)加密和雙向驗(yàn)證,可以防沖突,也可以同時(shí)讀取多張射頻卡,有讀、寫和加密等功能,可以控制蜂鳴器鳴響。技術(shù)指標(biāo)有:容量為8 KB E2PROM;分為16個(gè)扇區(qū),每個(gè)扇區(qū)為4塊,每塊16 Byte,以塊為存取單位;每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問控制;每張卡有唯一序列號,為32位;具有防沖突機(jī)制,支持多卡操作;無電源,自帶天線,內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路;數(shù)據(jù)保存期為10年,可改寫10萬次,讀無限次;工作溫度-20 ℃～50 ℃(濕度為90%);工作頻率13.56 MHz;通信速率106 KB/s;讀寫距離:10 cm以內(nèi)(與讀寫器有關(guān))[3]。扇區(qū)1存儲區(qū)的分布結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 扇區(qū)1存儲區(qū)的分布結(jié)構(gòu)

表1中的數(shù)據(jù)區(qū)是所有扇區(qū)都有3塊(每塊16 Byte)存儲數(shù)據(jù),處理扇區(qū)0只有2個(gè)數(shù)據(jù)塊和1個(gè)只讀廠商代碼塊。扇區(qū)控制塊是塊3,每個(gè)扇區(qū)都有一個(gè)扇區(qū)控制塊,包括密碼A和密碼B(可選),讀取時(shí)返回0;訪問該扇區(qū)4塊的存取控制;如果不需要密碼B,塊3的最后6個(gè)字節(jié)可用作數(shù)據(jù)。

射頻卡的工作原理是:讀寫器向射頻卡發(fā)一組固定頻率的電磁波,射頻卡內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路,其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同,在電磁波的激勵(lì)下,LC諧振電路產(chǎn)生共振,使電容內(nèi)產(chǎn)生電荷,在電容另一端接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?將電容內(nèi)的電荷發(fā)送到另一個(gè)電容內(nèi)儲存起來,電荷累積達(dá)到2 V時(shí)電容可為其他電路提供工作電壓,將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)[4]。射頻卡操作流程如圖1所示。

圖1 射頻卡操作流程

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程:首先由安裝人員給用戶安裝電能表,然后用戶到營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)申請開戶,再次營業(yè)員根據(jù)用戶信息開戶辦卡,同時(shí)可以辦理交款售電,最后用戶帶回售電卡往電能表刷卡。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)由服務(wù)器、客戶端工作站、IP網(wǎng)絡(luò)和電能表4部分組成,系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

(1) 電能表主要完成對電能表用戶用電電量的計(jì)量與付費(fèi)控制。該系統(tǒng)支持的電能表包括安科瑞公司的DDSY1352-NK、DTSY1352-NK預(yù)付費(fèi)電能表,將電能表支持的射頻卡(售電介質(zhì))系統(tǒng)性地集成到統(tǒng)一的售電軟件系統(tǒng),方便用戶在同一個(gè)售電系統(tǒng)完成售電業(yè)務(wù)。

(2) IP網(wǎng)絡(luò)主要完成客戶端和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸,通過交換機(jī)連接售電工作站和后臺的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

(3) 客戶端工作站主要完成預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)開展工作,包括給新表開戶、老用戶的銷戶、日常購電、檔案維護(hù)等業(yè)務(wù)的處理。

(4) 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要完成對預(yù)付費(fèi)售電管理系統(tǒng)的用戶信息、電能表信息、購電信息等數(shù)據(jù)的存放處理[5]。

2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

用電時(shí)遵循的原則是“一戶一表,一表一卡”,即一個(gè)用戶綁定一張射頻卡,一張射頻卡綁定一個(gè)電能表[6-7]。射頻卡是用戶和售電工作站之間的橋梁。預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

由圖3可知,當(dāng)用戶拿射頻卡去售電管理站購買電量時(shí),售電管理站先讀取射頻卡上的表計(jì)返回值,如果表計(jì)返回值沒有異常信息,則售電管理站把電售給用戶,即把售電信息寫入射頻卡。然后用戶拿著射頻卡去電能表進(jìn)行刷卡,電能表先讀取射頻卡上的售電信息,如果售電信息沒有異常就寫入表內(nèi),同時(shí)會把表計(jì)返回值寫入射頻卡,而且用戶還可以在電能表上按鍵查詢電能表的剩余金額、電價(jià)、購電次數(shù)等信息。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí),管理員也可以直接去查看電能表中的各項(xiàng)參數(shù)[8]。

3 系統(tǒng)主要功能

預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)軟件采用Microsoft Visual Studio為開發(fā)平臺,設(shè)計(jì)和開發(fā)預(yù)付費(fèi)電能管理系統(tǒng),具有軟件開發(fā)成本低、功能靈活性高等特點(diǎn)。同時(shí)結(jié)合Microsoft Access數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)對預(yù)付費(fèi)電能表的信息管理,由界面模塊、數(shù)據(jù)庫操作模塊和射頻卡通信模塊組成。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中采用模塊化的設(shè)計(jì)思想,易于維護(hù)和功能擴(kuò)充,提高代碼的重用性,同時(shí)也提高預(yù)付費(fèi)電能管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,同時(shí)具有擴(kuò)展靈活、操作簡單、功能齊全等特點(diǎn)。

該預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)主要由系統(tǒng)設(shè)置、售電管理、IC卡操作和數(shù)據(jù)查詢4部分組成。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

(1) 售電管理模塊主要對客戶進(jìn)行操作,管理客戶信息,包括開戶、修改、注銷。新表開戶界面如圖5所示。新用戶必須在系統(tǒng)中開戶才能正常使用預(yù)付費(fèi)功能。新用戶需先填寫用戶基本信息,系統(tǒng)將保存客戶信息以及第一次所購電量。

圖5 新表開戶界面

(2) IC卡操作模塊主要負(fù)責(zé)用戶的日常業(yè)務(wù),包括客戶售電、改寫卡內(nèi)金額、補(bǔ)卡和制作特殊卡。所有的操作進(jìn)行完把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫,做到數(shù)據(jù)有據(jù)可查?？蛻羰垭娊缑嫒鐖D6所示。給用戶售電時(shí),售電操作員先讀卡,若顯示電量有效,提醒用戶把卡內(nèi)的電量刷到電能表里,否則無法再次購電,只有當(dāng)電量無效時(shí)才能繼續(xù)購電。

(3) 數(shù)據(jù)查詢模塊是起到對系統(tǒng)生成的用戶信息、售電信息、售電報(bào)表、補(bǔ)卡信息和操作日志信息等數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)的作用。售電報(bào)表查詢界面如圖7所示。該售電報(bào)表可以根據(jù)售電時(shí)間和售電員進(jìn)行篩選出相應(yīng)的結(jié)果,同時(shí)還能通過報(bào)表類型選擇查詢?nèi)請?bào)表、月報(bào)表和年報(bào)表。報(bào)表另存可以把查詢結(jié)果顯示在Excell中,并且保存下來。

圖6 客戶售電界面

圖7 售電報(bào)表查詢界面

4 結(jié) 語

基于射頻卡的預(yù)付費(fèi)管理系統(tǒng)采用Microsoft Visual Studio為開發(fā)平臺,結(jié)合Access數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)對預(yù)付費(fèi)電能表的信息管理。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中采用模塊化的設(shè)計(jì)思想,易于維護(hù)和功能擴(kuò)充,提高代碼的重用性,同時(shí)也提高預(yù)付費(fèi)電能管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,同時(shí)具有擴(kuò)展靈活、界面友好、智能化程度高等優(yōu)點(diǎn),能有效避免用戶偷電、欠費(fèi)的現(xiàn)象,同時(shí)也有效降低供電管理成本,滿足電力市場的需求。