基于射频卡的预付费管理系统设计

何 艳, 刘 乙, 李海全

(1.江苏安科瑞电器制造有限公司, 江苏 江阴 214400;2.内蒙古建筑勘察设计研究院有限责任公司, 内蒙古 呼和浩特 010020)

0 引 言

预付费管理系统是一种先交费后用电的收费管理软件,采用射频卡作为用户和供电部门中间进行一对一购售电信息传输的介质,完成电能表参数设置、售电管理及用电管理工作。

近年来,预付费售电系统主要以接触式IC卡为主,但接触式IC卡在安全性、技术质量及管理等方面存在一些问题,主要有电能表抗干扰能力弱,质量不过关,容易受到外界的攻击,从而引发用电纠纷;IC卡存在质量问题,极易被解密,篡改数据,给用电管理部门和国家带来损失;价格高,易损坏,寿命短,使用风险大,因此综合效益差[1]。

预付费管理系统采用国际标准DES算法对射频卡进行加密,能够有效识别非管辖区的射频卡和用户非法制作的射频卡,有效防止非法使用射频卡,从而保障合法用电。该系统提供运行过程中需要的大多数缺省数据,各项操作符合实际业务的工作流程,避免操作员重复操作。系统对输入的数据自动进行合法性检查,对操作人员的误操作也进行友好提示,即使是一般的用户,也能完成较复杂的业务操作。

1 射频识别技术

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)是一种无线通信技术,通过无线电讯号识别特定目标并读写数据。目前,射频识别技术已在很多行业中得到应用,是公交运输、门禁、考勤、网络安全等应用领域的理想选择[2]。

射频识别技术最重要的优点是非接触识别,采用的射频卡是明华公司生产的Mifare Standard 1K卡,其数据在卡和读写器之间传输时可进行数据加密和双向验证,可以防冲突,也可以同时读取多张射频卡,有读、写和加密等功能,可以控制蜂鸣器鸣响。技术指标有:容量为8 KB E2PROM;分为16个扇区,每个扇区为4块,每块16 Byte,以块为存取单位;每个扇区有独立的一组密码及访问控制;每张卡有唯一序列号,为32位;具有防冲突机制,支持多卡操作;无电源,自带天线,内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路;数据保存期为10年,可改写10万次,读无限次;工作温度-20 ℃～50 ℃(湿度为90%);工作频率13.56 MHz;通信速率106 KB/s;读写距离:10 cm以内(与读写器有关)[3]。扇区1存储区的分布结构如表1所示。

表1 扇区1存储区的分布结构

表1中的数据区是所有扇区都有3块(每块16 Byte)存储数据,处理扇区0只有2个数据块和1个只读厂商代码块。扇区控制块是块3,每个扇区都有一个扇区控制块,包括密码A和密码B(可选),读取时返回0;访问该扇区4块的存取控制;如果不需要密码B,块3的最后6个字节可用作数据。

射频卡的工作原理是:读写器向射频卡发一组固定频率的电磁波,射频卡内有一个LC串联谐振电路,其频率与读写器发射的频率相同,在电磁波的激励下,LC谐振电路产生共振,使电容内产生电荷,在电容另一端接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷发送到另一个电容内储存起来,电荷累积达到2 V时电容可为其他电路提供工作电压,将卡内数据发射出去或接取读写器的数据[4]。射频卡操作流程如图1所示。

图1 射频卡操作流程

2 系统整体设计

预付费售电管理系统的业务流程:首先由安装人员给用户安装电能表,然后用户到营业网点申请开户,再次营业员根据用户信息开户办卡,同时可以办理交款售电,最后用户带回售电卡往电能表刷卡。

2.1 系统架构

预付费售电管理系统由服务器、客户端工作站、IP网络和电能表4部分组成,系统架构如图2所示。

图2 系统架构

(1) 电能表主要完成对电能表用户用电电量的计量与付费控制。该系统支持的电能表包括安科瑞公司的DDSY1352-NK、DTSY1352-NK预付费电能表,将电能表支持的射频卡(售电介质)系统性地集成到统一的售电软件系统,方便用户在同一个售电系统完成售电业务。

(2) IP网络主要完成客户端和数据库的数据传输,通过交换机连接售电工作站和后台的数据库服务器。

(3) 客户端工作站主要完成预付费售电管理系统的业务开展工作,包括给新表开户、老用户的销户、日常购电、档案维护等业务的处理。

(4) 数据库服务器主要完成对预付费售电管理系统的用户信息、电能表信息、购电信息等数据的存放处理[5]。

2.2 系统总体设计结构

用电时遵循的原则是“一户一表,一表一卡”,即一个用户绑定一张射频卡,一张射频卡绑定一个电能表[6-7]。射频卡是用户和售电工作站之间的桥梁。预付费系统的结构框图如图3所示。

图3 预付费系统的结构框图

由图3可知,当用户拿射频卡去售电管理站购买电量时,售电管理站先读取射频卡上的表计返回值,如果表计返回值没有异常信息,则售电管理站把电售给用户,即把售电信息写入射频卡。然后用户拿着射频卡去电能表进行刷卡,电能表先读取射频卡上的售电信息,如果售电信息没有异常就写入表内,同时会把表计返回值写入射频卡,而且用户还可以在电能表上按键查询电能表的剩余金额、电价、购电次数等信息。当出现异常情况时,管理员也可以直接去查看电能表中的各项参数[8]。

3 系统主要功能

预付费系统软件采用Microsoft Visual Studio为开发平台,设计和开发预付费电能管理系统,具有软件开发成本低、功能灵活性高等特点。同时结合Microsoft Access数据库,实现对预付费电能表的信息管理,由界面模块、数据库操作模块和射频卡通信模块组成。系统在设计过程中采用模块化的设计思想,易于维护和功能扩充,提高代码的重用性,同时也提高预付费电能管理系统的稳定性和可靠性,同时具有扩展灵活、操作简单、功能齐全等特点。

该预付费系统主要由系统设置、售电管理、IC卡操作和数据查询4部分组成。系统功能结构如图4所示。

图4 系统功能结构

(1) 售电管理模块主要对客户进行操作,管理客户信息,包括开户、修改、注销。新表开户界面如图5所示。新用户必须在系统中开户才能正常使用预付费功能。新用户需先填写用户基本信息,系统将保存客户信息以及第一次所购电量。

图5 新表开户界面

(2) IC卡操作模块主要负责用户的日常业务,包括客户售电、改写卡内金额、补卡和制作特殊卡。所有的操作进行完把数据写入数据库,做到数据有据可查。客户售电界面如图6所示。给用户售电时,售电操作员先读卡,若显示电量有效,提醒用户把卡内的电量刷到电能表里,否则无法再次购电,只有当电量无效时才能继续购电。

(3) 数据查询模块是起到对系统生成的用户信息、售电信息、售电报表、补卡信息和操作日志信息等数据查询与统计的作用。售电报表查询界面如图7所示。该售电报表可以根据售电时间和售电员进行筛选出相应的结果,同时还能通过报表类型选择查询日报表、月报表和年报表。报表另存可以把查询结果显示在Excell中,并且保存下来。

图6 客户售电界面

图7 售电报表查询界面

4 结 语

基于射频卡的预付费管理系统采用Microsoft Visual Studio为开发平台,结合Access数据库,实现对预付费电能表的信息管理。系统在设计过程中采用模块化的设计思想,易于维护和功能扩充,提高代码的重用性,同时也提高预付费电能管理系统的稳定性和可靠性,同时具有扩展灵活、界面友好、智能化程度高等优点,能有效避免用户偷电、欠费的现象,同时也有效降低供电管理成本,满足电力市场的需求。