基于互聯網的電費繳費系統的設計與研究

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。研究設計了一種以IC卡作為讀寫裝置，手機用戶通過互聯網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、系統的硬件組合方案以及系統各程序架構。除此之外，對系統核心功能的電費相關信息查詢、充值等數據流程進行了研究，為后續采用互聯網進行電力繳費的推廣與深入研究提供了理論參考與依據。

關鍵詞： 互聯網; 音頻; 接觸式IC卡; 電費

中圖分類號： TP391

文獻標志碼： 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

隨著社會經濟的不斷發展，電卡表的使用者越來越多，加之電費充值營業點數目有限，其對電費的充值系統以及營業網點的服務造成極大的壓力，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，減少營業網點的壓力具有重要的意義。

我國已經步入了4G通信的時代，甚至逐步走向5G時代，互聯網技術的發展不斷應用到了各行各業[4]。田宏武等研究了互聯網與農業節水領域的研究現狀與未來發展方向，并且指出了相關技術應轉向服務的概念[5]。盛萬興等將互聯網應用到了靈活配電系統，并且研究了不同情況下的組網模型[6]。左秀然等將移動互聯網技術應用在了就醫流程上，兵研究了具體實現的構架以及構架中相關的內容[7]。本研究設計了一種以IC卡作為讀寫裝置，手機用戶通過互聯網來進行電費充值等操作的平臺。并對系統的音頻讀卡器以及軟件進行了深入研究。

1?平臺框架設計與關鍵技術

本研究設計的平臺為業務終端層、信息安全層、應用服務層以及數據服務層。其功能分別為：電費充值、用戶認證、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據與流程的合理;為其他軟硬件的接入提供平臺。因此，所設計平臺的硬件主要為：服務設備、安全設備、智能終端設備，軟件主要為：手機客戶端與服務端軟件。

目前智能中斷的操作系統種類較多，主流操作系統為Android與IOS，需研究適用于不同操作系統的電費繳費軟件，除此之外系統應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建立專用網絡，建立相關防火墻保證系統、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，由對應使用者標記（如簽字）的音頻讀卡器限定在對應智能移動手機上使用。

2?系統音頻讀卡器的研發設計

2.1?音頻口讀卡器的原理

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

由2可以得知，該處理器芯片有多個模擬開關，除此之外還具有HIFI數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議，并且可以對數據配置為多種位數。系統的電源設置為紐扣型，從而使系統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為系統連接電池的接口，電壓由C19、C20、C21以及C22進行濾波等相關處理。音頻數據的解、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作為系統的緩沖機制。采用RC522感應模塊作為讀卡器的內部主體芯片，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著重考慮讀卡器的電路，對讀卡器的電路進行總體設計如圖9所示。

在圖9中，為了使信號在傳輸的過程更加穩定，在穩壓芯片的底部開口，同時在其周圍設置通孔，從而增大與單片機接觸的部分。

3?系統軟件的研發設計

本研究通過安卓SDK的環境中使用Java語言來實現系統的軟件部分。數據的遠程交互流程主要為：使用者通過智能手機相關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，系統對其數據加密并傳輸到第三方平臺，第三方平臺通過支付平臺對數據進行驗證，如結果正確，支付平臺再將信息通過第三方平臺反饋到手機軟件中。為了保證整個系統信息的安全與運行的穩定，對相關交易信息進行加密與解密操作。為了減少系統在使用的過程中出現相同代碼，從而引起安全隱患，對研究的系統安置一個多類密鑰，同時為了更好確保系統的安全性，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果進行調用。

采用E-R模型對整個系統的數據庫進行設計，其中實體主要為：使用者信息、住戶信息、用電信息、電卡信息、計費標準等，除此之外對各實習的屬性以及各實體之間的聯系進行設計。在系統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]，充電系統登錄功能的設計流程如圖10所示。

在本研究中將系統的導航界面作為主界面，其中包含有系統主要的導航功能按鈕，根據Android平臺的UI程序來設計系統界面，采用 Intent接口對不同屏幕來進行切換。在本文設計的系統主界面上，包含有系統各個功能入口。系統登錄成功后的主界面為導航界面，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。界面設計利用的是 UI 布局技術，系統各項功能的轉換以及屏幕的轉換為通過創建 Intent 對象來實現。在信息查詢的設計中，首先對控件view開展規劃，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實現顯示畫面的跳轉。

本系統的充值設中，若使用者長期處于欠費狀態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為使用者當月用電量，M為所計算的時間，α為權重，由式（2）計算。

式中，ρ使用者所欠電費，其工作與設計流程如圖12所示。

最后通過在系統中安裝廣播接受器（Broadcast Receiver）打開客戶端端相關服務，從而達到系統的平穩運行。

4?總結

（1） 對基于移動互聯電費充值系統的總體框架進行了設計，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） 對基于移動互聯電費充值系統的軟件進行了研發。使用者通過智能手機相關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，系統對其數據加密并傳輸到第三方平臺，第三方平臺通過支付平臺對數據進行驗證，如結果正確，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。為后續采用互聯網進行電力繳費的推廣與深入研究提供了理論參考與依據。

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（收稿日期： 2018.12.25）