IC卡燃氣表預付費系統(tǒng)的研究

摘要：根據當前IC卡燃氣表的應用現(xiàn)狀及存在的問題，設計了一個預付費系統(tǒng)。說明了系統(tǒng)的功能，給出了終端設備的硬件結構，分析了預付費系統(tǒng)的體系結構。經過已有實驗環(huán)境下進行實驗，根據實驗結果，表明了該系統(tǒng)能夠基本滿足用戶的需求。
關鍵詞：IC卡；燃氣表；預付費系統(tǒng)

O 引言
    目前，煤氣和天然氣作為主要的能源進入千家萬戶，傳統(tǒng)的人工抄表計費方式存在著效率低下、計費人員工作量增大等缺點，越來越無法滿足用戶的需求。隨著計算機技術的發(fā)展，IC卡預付費燃氣表作為燃氣計費的主要手段在眾多城市中相繼應用。預付費技術在燃氣計費中的應用主要針對在燃氣計費收費中出現(xiàn)的用戶拖欠燃氣費、人工統(tǒng)計出錯率高、計費人員與用戶出現(xiàn)糾紛等問題。IC卡預付費燃氣表的應用不僅能夠很好地解決上述問題，而且還具有以下優(yōu)點：(1)有效地收集用戶信息，為企業(yè)發(fā)展提供了良好的支持。(2)方便用戶繳費，為普及燃氣使用提供了良好的支持。(3)減輕了燃氣公司資金周轉負擔，杜絕了計費人員與現(xiàn)金直接接觸的現(xiàn)象，幫助燃氣公司提高燃氣銷售的管理水平。因此，IC卡預付費燃氣表已經成為燃氣計費的主要手段之一。
    自動計費功能是IC卡燃氣表的核心功能之一。因此，預付費系統(tǒng)是IC卡燃氣表的重要組成部分。然而，在目前眾多預付費系統(tǒng)中還存在著諸多問題，如：計費系統(tǒng)擁有各自的規(guī)范，沒有提供統(tǒng)一的接口，使得系統(tǒng)之間的數(shù)據無法共享；很少提供系統(tǒng)二次開發(fā)接口，使得系統(tǒng)無法升級，以滿足用戶需求等。
    基于以上系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，本文設計了一個預付費系統(tǒng)，并進行了初步的實驗驗證。經實驗結果表明，該系統(tǒng)能夠初步地解決了以上問題。

1 系統(tǒng)的功能
    根據IC卡燃氣表應用的現(xiàn)狀，IC卡燃氣表預付費系統(tǒng)可分解為以下功能：
    (1)流量計費：從計量傳感器中獲得燃氣流量，并結合燃氣單位價格計算燃氣價格，再通過讀卡設備更新IC卡中的金額。
    (2)流量控制：從讀卡器中獲得用戶的插卡信息及IC卡內的金額信息，以判斷是否開啟或關閉控制閥門以及提醒用戶充值后繼續(xù)使用。
    (3)自動報警及預警：燃氣發(fā)生泄漏、電源供電不足、燃氣表損壞或被打開時，關閉閥門并提示用戶申請工作人員上門檢修、或更換電池、燃氣表。
    (4)IC卡驗證：通過讀卡器讀入用戶信息并進行本地驗證，若卡與用戶信息不符或插入的IC卡與讀卡器不匹配，則將系統(tǒng)鎖定。
    (5)網絡管理：將IC卡中的信息通過Interact進行定時傳送，不僅能夠確保服務器與IC卡燃氣表中的數(shù)據在一定程度上一致，而且也能夠便于數(shù)據的統(tǒng)計。
    (6)信息提示：通過燃氣表的顯示設備將IC卡的余額、燃氣表狀態(tài)及其他狀態(tài)信息通過顯示設備顯示給用戶。

2 IC卡燃氣表控制系統(tǒng)的設計
    由于以往的IC卡燃氣表成本較高，使得IC卡燃氣表的普及速度較慢，然而如何在確保IC卡燃氣表成本較低的情況下滿足預付費系統(tǒng)對硬件需求成為了目前的難點。IC卡燃氣表在設計上應當減少用戶以往從終端中獲取IC卡信息的煩瑣性，讓客戶及時了解IC卡的余額、IC卡狀態(tài)及燃氣表狀態(tài)等信息，體現(xiàn)更人性化的服務。[!--empirenews.page--]
    本文給出了一種IC卡燃氣表的控制系統(tǒng)的結構，能夠滿足預付費系統(tǒng)對硬件需求且成本較低(如圖1所示)。該系統(tǒng)微處理器采用ARM9的EP9315芯片，由Cirrus Logic公司出品，基于ARM920T內核，內帶MMU、16 kB的指令cache、16 kB的數(shù)據cache、Maverick Crunch數(shù)學協(xié)處理器；主頻高達200 MHz。EP9315芯片克服了同類產品的內核資源有限的缺點，能夠提供較高的處理能力，可輕松實現(xiàn)音頻、視頻等多媒體功能；存儲器采用NOR Flash32M字節(jié)存儲器(2片Intel E28F128 FLASH芯片組成32位接口)，能夠提供較大的存儲單元；音頻接口采用IIS接口芯片UDAl341。以上硬件設備不僅能夠滿足預付費系統(tǒng)的運行，而且能夠支持嵌入式操作系統(tǒng)，為系統(tǒng)的升級及移植提供良好的硬件平臺。

3 系統(tǒng)結構設計
    根據IC卡燃氣表預付費系統(tǒng)的總體功能，應采用一戶一表制，不僅有利于IC卡燃氣表的管理，而且也減少了預付費系統(tǒng)開發(fā)的成本，并且可以將IC卡燃氣表進行二次開發(fā)，例如，可利用其硬件性價比高的優(yōu)勢，在現(xiàn)有燃氣表功能的基礎上增加多媒體等附加功能。由于燃氣用戶較多、且分布較廣、不集中，采用實時數(shù)據網絡傳輸會造成服務器壓力負載較大，帶來設備更換或系統(tǒng)升級的問題。根據IC卡燃氣表的實際應用情況，采用三層網絡體系結構，第一層為IC卡燃氣表，通過Internet與子應用服務器連接；第二層為子應用服務器；第三層為中心應用服務器、數(shù)據庫服務器，通過Internet防火墻與子應用服務器連接。系統(tǒng)結構如圖2所示。
    三層網絡體系結構擁有以下優(yōu)點：
    (1)IC卡燃氣表設備可靈活管理。燃氣作為主要日常主要能源，普及使用的速度較快，當燃氣表新增速度較快時，頻繁更新數(shù)量龐大的用戶數(shù)據時，會增加系統(tǒng)負擔，不利于IC卡燃氣表的擴展使用。因此，當IC卡燃氣表增加時，可先將用戶的開戶信息添加至子應用服務器中，再由子應用服務器將開戶信息上傳至中心應用服務器中。這樣不僅可以確保數(shù)據安全，也可降低中心應用服務器的負載，更有利于燃氣公司業(yè)務的擴展。[!--empirenews.page--]
    (2)便于系統(tǒng)升級。子應用服務器減少了IC卡燃氣表設備與服務器之間的物理距離，便于服務器對終端設備的控制。隨著IC卡燃氣表設備的不斷增加，相應的增加子應用服務器的數(shù)量以應對業(yè)務量的增加。
    (3)便于網絡業(yè)務的開展。隨著互聯(lián)網的發(fā)展和應用，可對系統(tǒng)進行升級，增加網絡服務功能。系統(tǒng)可增加網絡繳費和短信提醒等業(yè)務。注冊用戶可通過網上銀行對帳戶進行充值，中心應用服務器將更新后的用戶信息發(fā)送至該終端所在的子應用服務器，由子應用服務器對該IC卡燃氣表發(fā)送寫命令，由IC卡燃氣表更新用戶的IC卡信息，充值后可由中心應用服務器通過短信網關為用戶發(fā)送充值成功的信息。用戶也可通過互聯(lián)網查詢帳戶信息，查詢的內容可包括IC卡余額、用戶基本信息、消費及充值記錄等。
    預付費系統(tǒng)包括服務器管控系統(tǒng)及IC卡燃氣表管控系統(tǒng)。服務器管控系統(tǒng)是在中心應用服務器的基礎上，通過通信控制器對子應用服務器及終端進行管理及控制，并對IC卡用戶信息進行管理、統(tǒng)計、分析。IC卡燃氣表管控系統(tǒng)是在IC卡燃氣表現(xiàn)有功能的基礎上，實現(xiàn)對IC卡燃氣表的控制與管理，對IC卡識別器、電源、存儲器、閥門等進行有效控制，并對IC卡燃氣表中存儲的數(shù)據進行初步地統(tǒng)計、整理、分析，再通過通信控制器將IC卡信息進行上傳。
    IC卡燃氣表預付費系統(tǒng)工作流程為：
    (1)用戶將IC卡插入IC卡燃氣表中，系統(tǒng)將驗證IC卡的合法性，若出現(xiàn)IC卡損壞、無法識別、錯卡等情況，則系統(tǒng)將IC卡燃氣表進行鎖定，并通過顯示設備及音頻信息通知用戶；若IC卡通過合法性驗證后，則對IC卡金額進行判斷，若小于最小單位燃氣所對應的金額，則將IC卡燃氣表鎖定，并通過顯示設備將IC卡余額顯示，同時用音頻提示用戶充值；若IC卡中金額大于最小單位燃氣使用金額，則將IC卡燃氣表開啟，打開燃氣閥門。并啟動電壓測試、計量傳感等設備對IC卡燃氣表進行監(jiān)控；在使用時，當IC卡中金額低于預警數(shù)值時通過顯示設備及音頻提示用戶充值，當IC卡中金額為零時，則關閉燃氣閥門，再次通過顯示設備及音頻提示用戶充值，并關閉IC卡燃氣表。
    (2)根據IC卡燃氣表中的燃氣計量設備獲取的燃氣量及換算后的金額等數(shù)據進行存儲，將IC卡中的信息進行更新，并將燃氣量、IC卡信息、系統(tǒng)時間等數(shù)據通過通信控制器上傳至子應用服務器中。
    (3)子應用服務器將IC卡燃氣表中數(shù)據進行存儲后根據系統(tǒng)時間再將數(shù)據上傳至中心應用服務器中。

4 實驗
4．1 實驗環(huán)境
    根據現(xiàn)有條件，硬件環(huán)境：PC機1臺(CPU：Pentium D2．8 G，內存1．5 Gb，硬盤160 Gb)作為數(shù)據庫服務器，PC機1臺(CPU AMD3000+，內存1．5 Gb以上，硬盤160 Gb)作為中心應用服務器，低端PC機2臺(CPU Pentium4 1．6 G，內存1 Gb，硬盤80 Gb以上)作為子應用服務器。IC卡燃氣表10個。
    軟件及開發(fā)工具：WindowsXP Professional，RedHat Linux4企業(yè)版，Oracle10g企業(yè)版，Rational Rose2003，Office2003，JDKl．5，Eclipse3．3，Tomcat6．O等。
4．2 實驗結果
    將中心應用服務器、數(shù)據庫服務器、服務器群、子應用服務器和IC卡燃氣表通過Internet連接，每個子應用服務器首先連接2個IC卡燃氣表，將預付費系統(tǒng)移植到IC卡燃氣表中后進行群集測試。實驗結果表明，該系統(tǒng)能夠正常運行，并且能夠初步地實現(xiàn)系統(tǒng)預期的功能。當每個子應用服務器連接到5個IC卡燃氣表時，且終端數(shù)據上傳時間間隔較短時，子應用服務器的數(shù)據處理壓力就會過大。若終端數(shù)據上傳時間間隔較長，則不利于服務器中數(shù)據的一致性。因此，實際應用的數(shù)據上傳間隔時間可根據硬件設備的選擇來確定。

5 結束語
    IC卡燃氣表的應用是燃氣公司信息化的重要一環(huán)，能夠大大減少人員的工作量、減少抄表人員的配備、降低統(tǒng)計出錯率、有利于資金的流動等，從而間接地提高燃氣公司管理的水平并逐步降低燃氣公司的成本。IC卡燃氣表作為用戶日常生活密切相關的產品為用戶提供服務，也是燃氣公司為用戶提供服務的平臺之一，因此，IC卡燃氣表的應用受到了業(yè)內的廣泛關注。智能IC卡燃氣表成為了IC卡燃氣表未來發(fā)展方向之一，智能IC卡燃氣表不僅能夠為用戶提供更安全可靠的服務，也能夠為用戶提供一個人機交互的平臺，為用戶提供的信息不僅限于簡單的IC卡余額、IC卡燃氣表的狀態(tài)等信息，而是將音頻、視頻等多媒體信息提供給用戶，用戶還能通過終端設備進行充值、開戶、消戶等業(yè)務的辦理。可見，隨著硬件設備成本的逐漸降低，IC卡燃氣表的普及便會是個必然的趨勢；隨著智能技術的不斷發(fā)展，智能IC卡燃氣表的應用也會很快到來。本文根據目前IC卡燃氣表應用的現(xiàn)狀及存在的問題，設計了一個預付費系統(tǒng)，給出了IC卡燃氣表的硬件結構，分析了預付費系統(tǒng)的體系結構，并進行了初步的實驗驗證。下一步工作將進行更大范圍的實驗，并逐步對軟件及硬件進行不斷地優(yōu)化。