基于互联网的电费缴费系统的设计与研究

田珂 徐岚 牛晓霞

摘 要： 为了降低收取电费的周期，提高用户电费缴费的便利性。研究设计了一种以IC卡作为读写装置，手机用户通过互联网来进行电费充值等操作的平台。研究包括音频读卡器与检测电路的研制、系统的硬件组合方案以及系统各程序架构。除此之外，对系统核心功能的电费相关信息查询、充值等数据流程进行了研究，为后续采用互联网进行电力缴费的推广与深入研究提供了理论参考与依据。

关键词： 互联网; 音频; 接触式IC卡; 电费

中图分类号： TP391

文献标志码： A

文章编号：1007-757X（2019）06-0089-05

Abstract： In order to reduce the cycle time of charging electricity fee and improve the convenience of user's electricity fee payment. This paper studies and designs a platform which uses IC card as reading and writing device， and users mobile phone to electricity charge through the Internet. The research includes the development of audio card reader and detection circuit， the hardware combination scheme of the system， and the program architecture of the system. In addition， the data flow of electricity fee related information query， recharge and so on， which are the core functions of the system， are studied. Thus， it provides a theoretical reference and basis for the promotion and in-depth study of the subsequent use of the Internet for electricity payment.

Key words： The Internet; Audio; Contact IC card; Electricity charge

0 引言

随着社会经济的不断发展，电卡表的使用者越来越多，加之电费充值营业点数目有限，其对电费的充值系统以及营业网点的服务造成极大的压力，并且使用者需要花费一段的路途时间完成电费的充值[1-3]。因此，如何提高使用者充值电费的便捷性，降低成本，减少营业网点的压力具有重要的意义。

我国已经步入了4G通信的时代，甚至逐步走向5G时代，互联网技术的发展不断应用到了各行各业[4]。田宏武等研究了互联网与农业节水领域的研究现状与未来发展方向，并且指出了相关技术应转向服务的概念[5]。盛万兴等将互联网应用到了灵活配电系统，并且研究了不同情况下的组网模型[6]。左秀然等将移动互联网技术应用在了就医流程上，兵研究了具体实现的构架以及构架中相关的内容[7]。本研究设计了一种以IC卡作为读写装置，手机用户通过互联网来进行电费充值等操作的平台。并对系统的音频读卡器以及软件进行了深入研究。

1 平台框架设计与关键技术

本研究设计的平台为业务终端层、信息安全层、应用服务层以及数据服务层。其功能分别为：电费充值、用户认证、电费查询;对电费的金额交易、个人信息隐私提供保护;保证电费充值过程中数据与流程的合理;为其他软硬件的接入提供平台。因此，所设计平台的硬件主要为：服务设备、安全设备、智能终端设备，软件主要为：手机客户端与服务端软件。

目前智能中断的操作系统种类较多，主流操作系统为Android与IOS，需研究适用于不同操作系统的电费缴费软件，除此之外系统应具有较高的安全性与扩展型等[8-10]。因在中国移动公司的基础建立专用网络，建立相关防火墙保证系统、用户信息的安全性能。进行电脑充值的交互示意图如图1所示。

在首次進行电费缴费时，由对应使用者标记（如签字）的音频读卡器限定在对应智能移动手机上使用。

2 系统音频读卡器的研发设计

2.1 音频口读卡器的原理

研究采用WM8978 型音频处理器对WAVE 数字化声音文件进行编码以及解码，其内部框图如图2所示。

由2可以得知，该处理器芯片有多个模拟开关，除此之外还具有HIFI数字信号处理功能以及硬件均衡器件。MCU选取STM32L431RC芯片如图3所示。

该芯片可以支持多种音频协议，并且可以对数据配置为多种位数。系统的电源设置为纽扣型，从而使系统针对不同型号的智能手机具有更高的兼容性[11]。

2.2 音频口读卡器的硬件选择

本研究采用MT3608升压模块作为电源模块的主体芯片，如图4所示。

VDD为2.6 V，电源的电路图如图5所示。

图4中J2为系统连接电池的接口，电压由C19、C20、C21以及C22进行滤波等相关处理。音频数据的解、编码电路如图6所示。

音频处理器芯片与MCU通过SAIL开展信息的通讯，同时以DMA作为系统的缓冲机制。采用RC522感应模块作为读卡器的内部主体芯片，如图7所示。

其电路图如图8所示。

在印制电路板布线的过程中应着重考虑读卡器的电路，对读卡器的电路进行总体设计如图9所示。

在图9中，为了使信号在传输的过程更加稳定，在稳压芯片的底部开口，同时在其周围设置通孔，从而增大与单片机接触的部分。

3 系统软件的研发设计

本研究通过安卓SDK的环境中使用Java语言来实现系统的软件部分。数据的远程交互流程主要为：使用者通过智能手机相关软件以及音频读卡器对电卡芯片进行读取，来使用各项功能，系统对其数据加密并传输到第三方平台，第三方平台通过支付平台对数据进行验证，如结果正确，支付平台再将信息通过第三方平台反馈到手机软件中。为了保证整个系统信息的安全与运行的稳定，对相关交易信息进行加密与解密操作。为了减少系统在使用的过程中出现相同代码，从而引起安全隐患，对研究的系统安置一个多类密钥，同时为了更好确保系统的安全性，防止代码被非法人员反编译，整个编、解码的语言采用C语言，并最终通过类库对其封装结果进行调用。

采用E-R模型对整个系统的数据库进行设计，其中实体主要为：使用者信息、住户信息、用电信息、电卡信息、计费标准等，除此之外对各实习的属性以及各实体之间的联系进行设计。在系统的登陆页面中使用者通过账号与密码形式进行登陆，同时系统采用MD5算法对所有使用者的账号、密码进行加密存储[12]，充电系统登录功能的设计流程如图10所示。

在本研究中将系统的导航界面作为主界面，其中包含有系统主要的导航功能按钮，根据Android平台的UI程序来设计系统界面，采用 Intent接口对不同屏幕来进行切换。在本文设计的系统主界面上，包含有系统各个功能入口。系统登录成功后的主界面为导航界面，如图11所示。

电费查询以及用户信息查询是为查询功能的主要部分，用于查询用户的电力消费情况以及所缴纳电费的信息。界面设计利用的是 UI 布局技术，系统各项功能的转换以及屏幕的转换为通过创建 Intent 对象来实现。在信息查询的设计中，首先对控件view开展规划，除此之外，分别通过文本可视化与图片可视化对文本以及图片进行处理，最终通过Content实现显示画面的跳转。

本系统的充值设中，若使用者长期处于欠费状态可对其进行断电处理，其中电费的上限γ由式（1）計算。

式中，β为使用者当月用电量，M为所计算的时间，α为权重，由式（2）计算。

式中，ρ使用者所欠电费，其工作与设计流程如图12所示。

最后通过在系统中安装广播接受器（Broadcast Receiver）打开客户端端相关服务，从而达到系统的平稳运行。

4 总结

（1） 对基于移动互联电费充值系统的总体框架进行了设计，同时对音频读卡器的处理器、电源模块以及通讯部分进行了研究。

（2） 对基于移动互联电费充值系统的软件进行了研发。使用者通过智能手机相关软件以及音频读卡器对电卡芯片进行读取，来使用各项功能，系统对其数据加密并传输到第三方平台，第三方平台通过支付平台对数据进行验证，如结果正确，支付平台再将信息通过第三方平台反馈到手机软件中，从而完整充费等整个过程。为后续采用互联网进行电力缴费的推广与深入研究提供了理论参考与依据。

参考文献

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（收稿日期： 2018.12.25）