田珂 徐嵐 牛曉霞

摘 要： 為了降低收取電費的周期，提高用戶電費繳費的便利性。研究設(shè)計了一種以IC卡作為讀寫裝置，手機用戶通過互聯(lián)網(wǎng)來進行電費充值等操作的平臺。研究包括音頻讀卡器與檢測電路的研制、系統(tǒng)的硬件組合方案以及系統(tǒng)各程序架構(gòu)。除此之外，對系統(tǒng)核心功能的電費相關(guān)信息查詢、充值等數(shù)據(jù)流程進行了研究，為后續(xù)采用互聯(lián)網(wǎng)進行電力繳費的推廣與深入研究提供了理論參考與依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 互聯(lián)網(wǎng); 音頻; 接觸式IC卡; 電費

中圖分類號： TP391

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：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

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電卡表的使用者越來越多，加之電費充值營業(yè)點數(shù)目有限，其對電費的充值系統(tǒng)以及營業(yè)網(wǎng)點的服務(wù)造成極大的壓力，并且使用者需要花費一段的路途時間完成電費的充值[1-3]。因此，如何提高使用者充值電費的便捷性，降低成本，減少營業(yè)網(wǎng)點的壓力具有重要的意義。

我國已經(jīng)步入了4G通信的時代，甚至逐步走向5G時代，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展不斷應(yīng)用到了各行各業(yè)[4]。田宏武等研究了互聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)節(jié)水領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與未來發(fā)展方向，并且指出了相關(guān)技術(shù)應(yīng)轉(zhuǎn)向服務(wù)的概念[5]。盛萬興等將互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到了靈活配電系統(tǒng)，并且研究了不同情況下的組網(wǎng)模型[6]。左秀然等將移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在了就醫(yī)流程上，兵研究了具體實現(xiàn)的構(gòu)架以及構(gòu)架中相關(guān)的內(nèi)容[7]。本研究設(shè)計了一種以IC卡作為讀寫裝置，手機用戶通過互聯(lián)網(wǎng)來進行電費充值等操作的平臺。并對系統(tǒng)的音頻讀卡器以及軟件進行了深入研究。

1?平臺框架設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)

本研究設(shè)計的平臺為業(yè)務(wù)終端層、信息安全層、應(yīng)用服務(wù)層以及數(shù)據(jù)服務(wù)層。其功能分別為：電費充值、用戶認(rèn)證、電費查詢;對電費的金額交易、個人信息隱私提供保護;保證電費充值過程中數(shù)據(jù)與流程的合理;為其他軟硬件的接入提供平臺。因此，所設(shè)計平臺的硬件主要為：服務(wù)設(shè)備、安全設(shè)備、智能終端設(shè)備，軟件主要為：手機客戶端與服務(wù)端軟件。

目前智能中斷的操作系統(tǒng)種類較多，主流操作系統(tǒng)為Android與IOS，需研究適用于不同操作系統(tǒng)的電費繳費軟件，除此之外系統(tǒng)應(yīng)具有較高的安全性與擴展型等[8-10]。因在中國移動公司的基礎(chǔ)建立專用網(wǎng)絡(luò)，建立相關(guān)防火墻保證系統(tǒng)、用戶信息的安全性能。進行電腦充值的交互示意圖如圖1所示。

在首次進行電費繳費時，由對應(yīng)使用者標(biāo)記（如簽字）的音頻讀卡器限定在對應(yīng)智能移動手機上使用。

2?系統(tǒng)音頻讀卡器的研發(fā)設(shè)計

2.1?音頻口讀卡器的原理

研究采用WM8978 型音頻處理器對WAVE 數(shù)字化聲音文件進行編碼以及解碼，其內(nèi)部框圖如圖2所示。

由2可以得知，該處理器芯片有多個模擬開關(guān)，除此之外還具有HIFI數(shù)字信號處理功能以及硬件均衡器件。MCU選取STM32L431RC芯片如圖3所示。

該芯片可以支持多種音頻協(xié)議，并且可以對數(shù)據(jù)配置為多種位數(shù)。系統(tǒng)的電源設(shè)置為紐扣型，從而使系統(tǒng)針對不同型號的智能手機具有更高的兼容性[11]。

2.2?音頻口讀卡器的硬件選擇

本研究采用MT3608升壓模塊作為電源模塊的主體芯片，如圖4所示。

VDD為2.6 V，電源的電路圖如圖5所示。

圖4中J2為系統(tǒng)連接電池的接口，電壓由C19、C20、C21以及C22進行濾波等相關(guān)處理。音頻數(shù)據(jù)的解、編碼電路如圖6所示。

音頻處理器芯片與MCU通過SAIL開展信息的通訊，同時以DMA作為系統(tǒng)的緩沖機制。采用RC522感應(yīng)模塊作為讀卡器的內(nèi)部主體芯片，如圖7所示。

其電路圖如圖8所示。

在印制電路板布線的過程中應(yīng)著重考慮讀卡器的電路，對讀卡器的電路進行總體設(shè)計如圖9所示。

在圖9中，為了使信號在傳輸?shù)倪^程更加穩(wěn)定，在穩(wěn)壓芯片的底部開口，同時在其周圍設(shè)置通孔，從而增大與單片機接觸的部分。

3?系統(tǒng)軟件的研發(fā)設(shè)計

本研究通過安卓SDK的環(huán)境中使用Java語言來實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件部分。數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程交互流程主要為：使用者通過智能手機相關(guān)軟件以及音頻讀卡器對電卡芯片進行讀取，來使用各項功能，系統(tǒng)對其數(shù)據(jù)加密并傳輸?shù)降谌狡脚_，第三方平臺通過支付平臺對數(shù)據(jù)進行驗證，如結(jié)果正確，支付平臺再將信息通過第三方平臺反饋到手機軟件中。為了保證整個系統(tǒng)信息的安全與運行的穩(wěn)定，對相關(guān)交易信息進行加密與解密操作。為了減少系統(tǒng)在使用的過程中出現(xiàn)相同代碼，從而引起安全隱患，對研究的系統(tǒng)安置一個多類密鑰，同時為了更好確保系統(tǒng)的安全性，防止代碼被非法人員反編譯，整個編、解碼的語言采用C語言，并最終通過類庫對其封裝結(jié)果進行調(diào)用。

采用E-R模型對整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進行設(shè)計，其中實體主要為：使用者信息、住戶信息、用電信息、電卡信息、計費標(biāo)準(zhǔn)等，除此之外對各實習(xí)的屬性以及各實體之間的聯(lián)系進行設(shè)計。在系統(tǒng)的登陸頁面中使用者通過賬號與密碼形式進行登陸，同時系統(tǒng)采用MD5算法對所有使用者的賬號、密碼進行加密存儲[12]，充電系統(tǒng)登錄功能的設(shè)計流程如圖10所示。

在本研究中將系統(tǒng)的導(dǎo)航界面作為主界面，其中包含有系統(tǒng)主要的導(dǎo)航功能按鈕，根據(jù)Android平臺的UI程序來設(shè)計系統(tǒng)界面，采用 Intent接口對不同屏幕來進行切換。在本文設(shè)計的系統(tǒng)主界面上，包含有系統(tǒng)各個功能入口。系統(tǒng)登錄成功后的主界面為導(dǎo)航界面，如圖11所示。

電費查詢以及用戶信息查詢是為查詢功能的主要部分，用于查詢用戶的電力消費情況以及所繳納電費的信息。界面設(shè)計利用的是 UI 布局技術(shù)，系統(tǒng)各項功能的轉(zhuǎn)換以及屏幕的轉(zhuǎn)換為通過創(chuàng)建 Intent 對象來實現(xiàn)。在信息查詢的設(shè)計中，首先對控件view開展規(guī)劃，除此之外，分別通過文本可視化與圖片可視化對文本以及圖片進行處理，最終通過Content實現(xiàn)顯示畫面的跳轉(zhuǎn)。

本系統(tǒng)的充值設(shè)中，若使用者長期處于欠費狀態(tài)可對其進行斷電處理，其中電費的上限γ由式（1）計算。

式中，β為使用者當(dāng)月用電量，M為所計算的時間，α為權(quán)重，由式（2）計算。

式中，ρ使用者所欠電費，其工作與設(shè)計流程如圖12所示。

最后通過在系統(tǒng)中安裝廣播接受器（Broadcast Receiver）打開客戶端端相關(guān)服務(wù)，從而達(dá)到系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

4?總結(jié)

（1） 對基于移動互聯(lián)電費充值系統(tǒng)的總體框架進行了設(shè)計，同時對音頻讀卡器的處理器、電源模塊以及通訊部分進行了研究。

（2） 對基于移動互聯(lián)電費充值系統(tǒng)的軟件進行了研發(fā)。使用者通過智能手機相關(guān)軟件以及音頻讀卡器對電卡芯片進行讀取，來使用各項功能，系統(tǒng)對其數(shù)據(jù)加密并傳輸?shù)降谌狡脚_，第三方平臺通過支付平臺對數(shù)據(jù)進行驗證，如結(jié)果正確，支付平臺再將信息通過第三方平臺反饋到手機軟件中，從而完整充費等整個過程。為后續(xù)采用互聯(lián)網(wǎng)進行電力繳費的推廣與深入研究提供了理論參考與依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 南紅蘭，李允俊.移動通信基站節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2017，17（3）：67-70.

[2]?竇暉，齊勇，王培健，等.一種最小化綠色數(shù)據(jù)中心電費的負(fù)載調(diào)度算法[J].軟件學(xué)報，2014，25（7）：1448-1458.

[3]?林文森，張毅威，丁超杰，等.歐洲輸電費率的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016，40（11）：3316-3321.

[4]?郭延超， 高嶺， 王海，等. 移動邊緣計算中基于內(nèi)容動態(tài)刷新的能耗優(yōu)化[J]. 計算機研究與發(fā)展， 2018， 55（3）：563-571.

[5]?田宏武，鄭文剛，李寒.大田農(nóng)業(yè)節(jié)水物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32（21）：1-12.

[6]?盛萬興， 段青， 梁英，等. 面向能源互聯(lián)網(wǎng)的靈活配電系統(tǒng)關(guān)鍵裝備與組網(wǎng)形態(tài)研究[J]. 中國電機工程學(xué)報， 2015， 35（15）：3760-3769.

[7]?左秀然，孫淼，楊國良.運用移動互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化就醫(yī)流程的實踐研究[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué)，2015，10（11）：33-35.

[8]?李濤，王永劍，邢月秀，等.移動終端的多維度隱私泄露評估模型研究[J].計算機學(xué)報，2018，41（9）：2134-2147.

[9]?姜帆，郭飛，杜君，等.手機音頻讀卡器在燃?xì)饫U費領(lǐng)域的應(yīng)用[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2017，17（10）：74-77.

[10]?崔波， 周圓. 基于6LoWPAN和ARM的校園無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計[J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用， 2015， 15（4）：33-36.

[11]?許淑義，湯玉瑩，徐祥，等.聚丙烯親水性微孔膜的制備及在鋰電池中的應(yīng)用[J].高分子材料科學(xué)與工程，2017，33（02）：152-156.

[12]?崔波， 周圓. 基于6LoWPAN和ARM的校園無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計[J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用， 2015， 15（4）：33-36.

（收稿日期： 2018.12.25）