??? 近年來IC卡智能儀表在水、電、煤氣等行業的應用越來越廣泛，有效解決了抄表難、收費難等問題。但是IC卡智能儀表在應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，容易拿錯或丟失；(3)從網絡銷售來考慮，用戶希望能夠在一家銷售點用一張卡完成售電、售水、售氣3項數據的操作。
??? 簽于以上考慮，設計和開發了水、電、氣多表一卡管理系統，該系統以CPU卡安全技術為核心，實現水、電、氣表數據的智能化管理，達到多表一卡、先買后用的目的。
1 CPU卡技術?
??? 根據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卡中技術含量較高的一種，其內部結構如圖1所示。其中RAM 是CPU工作時存放命令參數、返回結果、安全狀態及臨時工作密鑰的區域，ROM 是存放CPU程序的區域，EEPROM 是存放用戶應用數據的區域，CPU及加密邏輯能保護EEPROM 中數據的安全，使外界不能用任何手段獲取EEPROM 中的數據。CPU卡中數據具有多種文件類型、密鑰種類和動態加密方法，數據的存儲是以文件的形式保存，數據讀取受到各級認證權限的控制，具有很高的安全性能。CPU卡使用壽命長、存儲容量大、易于實現一卡多用。CPU卡的文件結構為層次結構，其基本文件支持多種記錄結構，如支持線性定長結構、循環結構、計算結構、透明結構等。故本系統選用CPU 卡作為數據傳輸媒介，以CPU卡為基礎來開發多表一卡的軟、硬件系統。本文僅涉及到多表一卡的數據管理系統。
圖1CPU卡內部結構
2 基于CPU卡的多表一卡管理系統的設計?
??? 本系統采用CPU卡作為管理部門和用戶聯系的紐帶，有效地保證了整個用電、水、氣過程中資金流動的安全性。另外，CPU 卡的COS文件系統是一種樹型層次結構，訪問子目錄下的每一個工作EF(ElementaryFile)時，都需要各自的密碼和密鑰。
2．1系統硬件蛆成?
??? 系統硬件組成如圖2所示。
圖2系統組成
包括以下部分：?
??? (1)計算機。是整個系統的核心，安裝有CPU卡發行軟件以及水、電、氣表計費管理軟件。
??? (2)PKEY密鑰認證卡。主要用來對CPU用戶卡進行身份驗證。
??? (3)IC卡讀寫器。利用Ic卡讀寫器和計費管理軟件可以對CPU卡進行安全認證和數據讀寫操作。
??? (4)用戶卡。是計費管理系統與用戶表進行數據交換的介質，由用戶持有。
??? (5)設置卡。由計費管理部門持有。設置卡有編程卡、清零卡、抄表卡。
??? (6)用戶表。完成用戶水、電、氣使用情況的計量以及控制。?
2．2系統工作流程?
??? 系統工作流程如圖3所示。
圖3系統工作流程
??? 待發行CPU 卡是由計費表生產廠家提供給計費管理部門的，計費管理部門在初始化發卡系統里設置自己的密鑰體系。根據這個密鑰體系通過初始化發卡系統，生成本計費管理部門所需使用的用戶卡、設置卡等。用戶卡和用戶ESAM卡是一一對應的。用戶卡發行后在計費管理系統里進行建檔立戶，并且進行第1次購水(電、氣)，然后交給用戶使用。ESAM 卡發行后直接安裝到計費表里使用。?
??? 設置卡發行后在計費管理系統里將其制作成其它的功能卡如：編程卡，清零卡，抄表卡。這些功能卡由計費管理部
門持有。
?
2．3系統主要功能和特點
??? 系統主要有數據管理、查詢統計及系統管理3大功能模塊組成。數據管理主要實現三表日常收費管理業務的需求，包括日常業務、建檔立戶、換卡、寫卡、清零、修改檔案、日報、月報等子模塊。查詢統計主要包括綜合查詢、故障查詢及各種統計子模塊；系統管理主要包括人員、權限管理及站點管理等。?
??? 該系統功能全面，操作簡單，操作員只需鍵入用戶的購賣量，系統就能自動完成數據庫更新、寫卡、發票、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據庫中，便于管理部門掌握各用戶的使用情況。另外，本系統其它功能如工具卡制作、報表打印、價格修改、表參數修改以及數據庫備份及恢復等都可方便地實現。
??? 該系統的使用可以達到以下目的：(1)用CPU卡實現預付費，完成“先付費后使用”，持卡結算的理想管理模式，從根本上杜絕欠繳、遲繳、漏繳費的現象，使應收費用及時到位；(2)能夠提供集數據、文字、圖像為一體的，直觀、友好、操作方便的人機界面；(3)具備簡單快捷的查詢功能及美觀豐富的報表功能，既可使用戶準確了解水、電、氣的使用情況，也便于管理部門全面、及時了解情況，為其決策提供依據；(4)可以提高管理部門的管理水平和工作效率，使其管理工作規范化、科學化，提高服務質量和競爭力。?
2．4系統設計?
??? 2．4．1系統網絡結構?
??? 系統采用Windows 9812000／XP操作系統平臺，前臺開發工具為Delphi6．0，后臺數據庫管理系統為InterBase6．0。系
統采用客戶／服務器(Client／Server)模式，并可通過金融部門代理收費。此系統在設計中，盡量做到功能完善、安全可靠、操作方便，使用戶在短時間內就能操作自如。
??? 2．4．2 CPU卡文件結構的設計?
??? 采用符合ISO7816標準的CPU卡，通過密碼或密鑰保護，系統用戶之間采用系統標識符加以區分，普通用戶之間采用用戶標識符加以區分，達到互不干擾和無法仿制的目的。卡內的信息分成多個區域：用戶基本數據區，認證密鑰區，目錄管理區等。?
??? CPU卡文件結構的設計主要包括：CPU卡主要文件結構設計，PSAM 主要文件結構設計，片文件結構設計，數據庫結構合并等。由于篇幅所限，本文只給出CPU卡主要文件結構圖。?
??? 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x代表儀表類型的標識(0一電；1一水；2-氣)，前一個代表同種類型儀表的數量；EF11為儀表統一編制的表號；Dfkey為DF的密鑰文件；EF18用于購水(電、氣)時的校驗。
圖4CPU卡主要文件結構
??? 2．4-3讀CPU卡流程?
??? 系統在對CPU卡進行讀寫之前先進行各種認證，只有確定其合法之后才進行讀寫操作。讀CPU卡流程如圖5所示。
圖5讀CPU卡流程?
??? 2．4．4數據庫設計?
??? 由于本系統要實現對多表一卡的管理，并涉及到不同的管理部門，管理系統前臺的設計分為對口管理部門的交費管理和銀行等金融部門代收費用管理，后臺數據庫的設計要考慮到不同計量儀表所對應文件的讀寫和各計量儀表管理部門預交費用的劃分等，同時還要考慮到所需的各種各樣的報表。基于這種情況的假設在設計數據庫、CPU卡文件結構時就要考慮將來數據庫和文件的兼容。根據以往的設計經驗和集中抄表的特點，采用分布式數據庫，這種設計比較復雜但各個數據庫服務器的數據量比較 小，通信速度比較快。
??? 數據庫包括用戶信息、計量儀表信息、優惠計算信息、業務記錄信息、參量信息、站點信息注冊、公變信息、價格設置信息、表型號信息、行業分類信息、故障記錄信息、退／補費信息表等20多個表。?
??? 2．4．5實驗方案?
??? 由于本系統涉及多種儀表的數據，涉及不同的行業、不同的管理部門以及不同儀表廠家的產品標準化的問題，目前只能在小范圍做試驗性的驗證，在實驗階段以最易得到的CPU卡電表的數據來驗證系統的功能，該系統真正投入大范圍的運行還要做大量的協調工作。但相信隨著技術的進步和社會的發展，水、電、氣多表合一的收費管理模式將是一種發展趨勢。?
3結束語?
??? 本系統是在原有一表一卡收費管理系統的基礎上設計而成，設計中充分利用了原有系統的開發設計經驗及成熟技術，考慮了CPU 卡的安全性能及易于實現一卡多用的特性。另外，本系統在開發中還考慮了將來系統功能的進一步擴充，采用了符合國際標準的接口和線路，有利于將來將本系統應用到更多的行業。?
作者簡介：袁懷民(1965-)，男，寧夏大學數學計算機學院 副教授、碩士， 主研方向：智能儀表及數據庫技術
E-mail：yuan_hm@nxu．edu．cn
參考文獻?
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