近年來IC卡智能儀表在水、電、煤氣等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，有效解決了抄表難、收費(fèi)難等問題。但是IC卡智能儀表在應(yīng)用中還存在不少亟待解決的問題：(1)大多IC卡表采用非加密型IC卡，易解密，不安全；(2)采用一表一卡管理方式，若有多塊表，則有多塊IC卡，容易拿錯(cuò)或丟失；(3)從網(wǎng)絡(luò)銷售來考慮，用戶希望能夠在一家銷售點(diǎn)用一張卡完成售電、售水、售氣3項(xiàng)數(shù)據(jù)的操作。

    簽于以上考慮，設(shè)計(jì)和開發(fā)了水、電、氣多表一卡管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以CPU卡安全技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)水、電、氣表數(shù)據(jù)的智能化管理，達(dá)到多表一卡、先買后用的目的。

1 CPU卡技術(shù) 

    根據(jù)IC卡中所鑲嵌的集成電路不同可將IC卡分成：存儲卡，邏輯加密卡，CPU卡(智能卡)。 

    CPU卡是Ic卡中技術(shù)含量較高的一種，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中RAM 是CPU工作時(shí)存放命令參數(shù)、返回結(jié)果、安全狀態(tài)及臨時(shí)工作密鑰的區(qū)域，ROM 是存放CPU程序的區(qū)域，EEPROM 是存放用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)的區(qū)域，CPU及加密邏輯能保護(hù)EEPROM 中數(shù)據(jù)的安全，使外界不能用任何手段獲取EEPROM 中的數(shù)據(jù)。CPU卡中數(shù)據(jù)具有多種文件類型、密鑰種類和動態(tài)加密方法，數(shù)據(jù)的存儲是以文件的形式保存，數(shù)據(jù)讀取受到各級認(rèn)證權(quán)限的控制，具有很高的安全性能。CPU卡使用壽命長、存儲容量大、易于實(shí)現(xiàn)一卡多用。CPU卡的文件結(jié)構(gòu)為層次結(jié)構(gòu)，其基本文件支持多種記錄結(jié)構(gòu)，如支持線性定長結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、計(jì)算結(jié)構(gòu)、透明結(jié)構(gòu)等。故本系統(tǒng)選用CPU 卡作為數(shù)據(jù)傳輸媒介，以CPU卡為基礎(chǔ)來開發(fā)多表一卡的軟、硬件系統(tǒng)。本文僅涉及到多表一卡的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

圖1CPU卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 基于CPU卡的多表一卡管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 

    本系統(tǒng)采用CPU卡作為管理部門和用戶聯(lián)系的紐帶，有效地保證了整個(gè)用電、水、氣過程中資金流動的安全性。另外，CPU 卡的COS文件系統(tǒng)是一種樹型層次結(jié)構(gòu)，訪問子目錄下的每一個(gè)工作EF(ElementaryFile)時(shí)，都需要各自的密碼和密鑰。

2．1系統(tǒng)硬件蛆成 

    系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。

圖2系統(tǒng)組成

包括以下部分： 

    (1)計(jì)算機(jī)。是整個(gè)系統(tǒng)的核心，安裝有CPU卡發(fā)行軟件以及水、電、氣表計(jì)費(fèi)管理軟件。
    (2)PKEY密鑰認(rèn)證卡。主要用來對CPU用戶卡進(jìn)行身份驗(yàn)證。
    (3)IC卡讀寫器。利用Ic卡讀寫器和計(jì)費(fèi)管理軟件可以對CPU卡進(jìn)行安全認(rèn)證和數(shù)據(jù)讀寫操作。
    (4)用戶卡。是計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)與用戶表進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的介質(zhì)，由用戶持有。
    (5)設(shè)置卡。由計(jì)費(fèi)管理部門持有。設(shè)置卡有編程卡、清零卡、抄表卡。
    (6)用戶表。完成用戶水、電、氣使用情況的計(jì)量以及控制。 

2．2系統(tǒng)工作流程 

    系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

圖3系統(tǒng)工作流程

    待發(fā)行CPU 卡是由計(jì)費(fèi)表生產(chǎn)廠家提供給計(jì)費(fèi)管理部門的，計(jì)費(fèi)管理部門在初始化發(fā)卡系統(tǒng)里設(shè)置自己的密鑰體系。根據(jù)這個(gè)密鑰體系通過初始化發(fā)卡系統(tǒng)，生成本計(jì)費(fèi)管理部門所需使用的用戶卡、設(shè)置卡等。用戶卡和用戶ESAM卡是一一對應(yīng)的。用戶卡發(fā)行后在計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)里進(jìn)行建檔立戶，并且進(jìn)行第1次購水(電、氣)，然后交給用戶使用。ESAM 卡發(fā)行后直接安裝到計(jì)費(fèi)表里使用。 

    設(shè)置卡發(fā)行后在計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)里將其制作成其它的功能卡如：編程卡，清零卡，抄表卡。這些功能卡由計(jì)費(fèi)管理部
門持有。
 
2．3系統(tǒng)主要功能和特點(diǎn)

    系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)管理、查詢統(tǒng)計(jì)及系統(tǒng)管理3大功能模塊組成。數(shù)據(jù)管理主要實(shí)現(xiàn)三表日常收費(fèi)管理業(yè)務(wù)的需求，包括日常業(yè)務(wù)、建檔立戶、換卡、寫卡、清零、修改檔案、日報(bào)、月報(bào)等子模塊。查詢統(tǒng)計(jì)主要包括綜合查詢、故障查詢及各種統(tǒng)計(jì)子模塊；系統(tǒng)管理主要包括人員、權(quán)限管理及站點(diǎn)管理等。 

    該系統(tǒng)功能全面，操作簡單，操作員只需鍵入用戶的購賣量，系統(tǒng)就能自動完成數(shù)據(jù)庫更新、寫卡、發(fā)票、打印等一系列工作，效率很高。用戶表中的所有信息也可通過CPU卡方便快捷地寫到數(shù)據(jù)庫中，便于管理部門掌握各用戶的使用情況。另外，本系統(tǒng)其它功能如工具卡制作、報(bào)表打印、價(jià)格修改、表參數(shù)修改以及數(shù)據(jù)庫備份及恢復(fù)等都可方便地實(shí)現(xiàn)。

    該系統(tǒng)的使用可以達(dá)到以下目的：(1)用CPU卡實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)，完成“先付費(fèi)后使用”，持卡結(jié)算的理想管理模式，從根本上杜絕欠繳、遲繳、漏繳費(fèi)的現(xiàn)象，使應(yīng)收費(fèi)用及時(shí)到位；(2)能夠提供集數(shù)據(jù)、文字、圖像為一體的，直觀、友好、操作方便的人機(jī)界面；(3)具備簡單快捷的查詢功能及美觀豐富的報(bào)表功能，既可使用戶準(zhǔn)確了解水、電、氣的使用情況，也便于管理部門全面、及時(shí)了解情況，為其決策提供依據(jù)；(4)可以提高管理部門的管理水平和工作效率，使其管理工作規(guī)范化、科學(xué)化，提高服務(wù)質(zhì)量和競爭力。 

2．4系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

    2．4．1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 

    系統(tǒng)采用Windows 9812000／XP操作系統(tǒng)平臺，前臺開發(fā)工具為Delphi6．0，后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為InterBase6．0。系
統(tǒng)采用客戶／服務(wù)器(Client／Server)模式，并可通過金融部門代理收費(fèi)。此系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中，盡量做到功能完善、安全可靠、操作方便，使用戶在短時(shí)間內(nèi)就能操作自如。

    2．4．2 CPU卡文件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 

    采用符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)的CPU卡，通過密碼或密鑰保護(hù)，系統(tǒng)用戶之間采用系統(tǒng)標(biāo)識符加以區(qū)分，普通用戶之間采用用戶標(biāo)識符加以區(qū)分，達(dá)到互不干擾和無法仿制的目的?？▋?nèi)的信息分成多個(gè)區(qū)域：用戶基本數(shù)據(jù)區(qū)，認(rèn)證密鑰區(qū)，目錄管理區(qū)等。 

    CPU卡文件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括：CPU卡主要文件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，PSAM 主要文件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，片文件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)合并等。由于篇幅所限，本文只給出CPU卡主要文件結(jié)構(gòu)圖。 

    圖4中EF02為用戶編號文件；DFXX代表子文件夾，用于存儲儀表信息，XX后一個(gè)x代表儀表類型的標(biāo)識(0一電；1一水；2-氣)，前一個(gè)代表同種類型儀表的數(shù)量；EF11為儀表統(tǒng)一編制的表號；Dfkey為DF的密鑰文件；EF18用于購水(電、氣)時(shí)的校驗(yàn)。

圖4CPU卡主要文件結(jié)構(gòu)

    2．4-3讀CPU卡流程 

    系統(tǒng)在對CPU卡進(jìn)行讀寫之前先進(jìn)行各種認(rèn)證，只有確定其合法之后才進(jìn)行讀寫操作。讀CPU卡流程如圖5所示。

圖5讀CPU卡流程 

    2．4．4數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 

    由于本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對多表一卡的管理，并涉及到不同的管理部門，管理系統(tǒng)前臺的設(shè)計(jì)分為對口管理部門的交費(fèi)管理和銀行等金融部門代收費(fèi)用管理，后臺數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)要考慮到不同計(jì)量儀表所對應(yīng)文件的讀寫和各計(jì)量儀表管理部門預(yù)交費(fèi)用的劃分等，同時(shí)還要考慮到所需的各種各樣的報(bào)表?；谶@種情況的假設(shè)在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、CPU卡文件結(jié)構(gòu)時(shí)就要考慮將來數(shù)據(jù)庫和文件的兼容。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和集中抄表的特點(diǎn)，采用分布式數(shù)據(jù)庫，這種設(shè)計(jì)比較復(fù)雜但各個(gè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)量比較 小，通信速度比較快。

    數(shù)據(jù)庫包括用戶信息、計(jì)量儀表信息、優(yōu)惠計(jì)算信息、業(yè)務(wù)記錄信息、參量信息、站點(diǎn)信息注冊、公變信息、價(jià)格設(shè)置信息、表型號信息、行業(yè)分類信息、故障記錄信息、退／補(bǔ)費(fèi)信息表等20多個(gè)表。 

    2．4．5實(shí)驗(yàn)方案 

    由于本系統(tǒng)涉及多種儀表的數(shù)據(jù)，涉及不同的行業(yè)、不同的管理部門以及不同儀表廠家的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的問題，目前只能在小范圍做試驗(yàn)性的驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)階段以最易得到的CPU卡電表的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證系統(tǒng)的功能，該系統(tǒng)真正投入大范圍的運(yùn)行還要做大量的協(xié)調(diào)工作。但相信隨著技術(shù)的進(jìn)步和社會的發(fā)展，水、電、氣多表合一的收費(fèi)管理模式將是一種發(fā)展趨勢。 

3結(jié)束語 

    本系統(tǒng)是在原有一表一卡收費(fèi)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成，設(shè)計(jì)中充分利用了原有系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及成熟技術(shù)，考慮了CPU 卡的安全性能及易于實(shí)現(xiàn)一卡多用的特性。另外，本系統(tǒng)在開發(fā)中還考慮了將來系統(tǒng)功能的進(jìn)一步擴(kuò)充，采用了符合國際標(biāo)準(zhǔn)的接口和線路，有利于將來將本系統(tǒng)應(yīng)用到更多的行業(yè)。 


作者簡介：袁懷民(1965-)，男，寧夏大學(xué)數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 副教授、碩士， 主研方向：智能儀表及數(shù)據(jù)庫技術(shù)
E-mail：yuan_hm@nxu．edu．cn

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