O 引言
    目前，煤氣和天然氣作為主要的能源進入千家萬戶，傳統的人工抄表計費方式存在著效率低下、計費人員工作量增大等缺點，越來越無法滿足用戶的需求。隨著計算機技術的發展，IC卡預付費燃氣表作為燃氣計費的主要手段在眾多城市中相繼應用。預付費技術在燃氣計費中的應用主要針對在燃氣計費收費中出現的用戶拖欠燃氣費、人工統計出錯率高、計費人員與用戶出現糾紛等問題。IC卡預付費燃氣表的應用不僅能夠很好地解決上述問題，而且還具有以下優點：(1)有效地收集用戶信息，為企業發展提供了良好的支持。(2)方便用戶繳費，為普及燃氣使用提供了良好的支持。(3)減輕了燃氣公司資金周轉負擔，杜絕了計費人員與現金直接接觸的現象，幫助燃氣公司提高燃氣銷售的管理水平。因此，IC卡預付費燃氣表已經成為燃氣計費的主要手段之一。
    自動計費功能是IC卡燃氣表的核心功能之一。因此，預付費系統是IC卡燃氣表的重要組成部分。然而，在目前眾多預付費系統中還存在著諸多問題，如：計費系統擁有各自的規范，沒有提供統一的接口，使得系統之間的數據無法共享；很少提供系統二次開發接口，使得系統無法升級，以滿足用戶需求等。
    基于以上系統中出現的問題，本文設計了一個預付費系統，并進行了初步的實驗驗證。經實驗結果表明，該系統能夠初步地解決了以上問題。

1 系統的功能
    根據IC卡燃氣表應用的現狀，IC卡燃氣表預付費系統可分解為以下功能：
    (1)流量計費：從計量傳感器中獲得燃氣流量，并結合燃氣單位價格計算燃氣價格，再通過讀卡設備更新IC卡中的金額。
    (2)流量控制：從讀卡器中獲得用戶的插卡信息及IC卡內的金額信息，以判斷是否開啟或關閉控制閥門以及提醒用戶充值后繼續使用。
    (3)自動報警及預警：燃氣發生泄漏、電源供電不足、燃氣表損壞或被打開時，關閉閥門并提示用戶申請工作人員上門檢修、或更換電池、燃氣表。
    (4)IC卡驗證：通過讀卡器讀入用戶信息并進行本地驗證，若卡與用戶信息不符或插入的IC卡與讀卡器不匹配，則將系統鎖定。
    (5)網絡管理：將IC卡中的信息通過Interact進行定時傳送，不僅能夠確保服務器與IC卡燃氣表中的數據在一定程度上一致，而且也能夠便于數據的統計。
    (6)信息提示：通過燃氣表的顯示設備將IC卡的余額、燃氣表狀態及其他狀態信息通過顯示設備顯示給用戶。

2 IC卡燃氣表控制系統的設計
    由于以往的IC卡燃氣表成本較高，使得IC卡燃氣表的普及速度較慢，然而如何在確保IC卡燃氣表成本較低的情況下滿足預付費系統對硬件需求成為了目前的難點。IC卡燃氣表在設計上應當減少用戶以往從終端中獲取IC卡信息的煩瑣性，讓客戶及時了解IC卡的余額、IC卡狀態及燃氣表狀態等信息，體現更人性化的服務。
    本文給出了一種IC卡燃氣表的控制系統的結構，能夠滿足預付費系統對硬件需求且成本較低(如圖1所示)。該系統微處理器采用ARM9的EP9315芯片，由Cirrus Logic公司出品，基于ARM920T內核，內帶MMU、16 kB的指令cache、16 kB的數據cache、Maverick Crunch數學協處理器；主頻高達200 MHz。EP9315芯片克服了同類產品的內核資源有限的缺點，能夠提供較高的處理能力，可輕松實現音頻、視頻等多媒體功能；存儲器采用NOR Flash32M字節存儲器(2片Intel E28F128 FLASH芯片組成32位接口)，能夠提供較大的存儲單元；音頻接口采用IIS接口芯片UDAl341。以上硬件設備不僅能夠滿足預付費系統的運行，而且能夠支持嵌入式操作系統，為系統的升級及移植提供良好的硬件平臺。

3 系統結構設計
    根據IC卡燃氣表預付費系統的總體功能，應采用一戶一表制，不僅有利于IC卡燃氣表的管理，而且也減少了預付費系統開發的成本，并且可以將IC卡燃氣表進行二次開發，例如，可利用其硬件性價比高的優勢，在現有燃氣表功能的基礎上增加多媒體等附加功能。由于燃氣用戶較多、且分布較廣、不集中，采用實時數據網絡傳輸會造成服務器壓力負載較大，帶來設備更換或系統升級的問題。根據IC卡燃氣表的實際應用情況，采用三層網絡體系結構，第一層為IC卡燃氣表，通過Internet與子應用服務器連接；第二層為子應用服務器；第三層為中心應用服務器、數據庫服務器，通過Internet防火墻與子應用服務器連接。系統結構如圖2所示。
    三層網絡體系結構擁有以下優點：
    (1)IC卡燃氣表設備可靈活管理。燃氣作為主要日常主要能源，普及使用的速度較快，當燃氣表新增速度較快時，頻繁更新數量龐大的用戶數據時，會增加系統負擔，不利于IC卡燃氣表的擴展使用。因此，當IC卡燃氣表增加時，可先將用戶的開戶信息添加至子應用服務器中，再由子應用服務器將開戶信息上傳至中心應用服務器中。這樣不僅可以確保數據安全，也可降低中心應用服務器的負載，更有利于燃氣公司業務的擴展。
    (2)便于系統升級。子應用服務器減少了IC卡燃氣表設備與服務器之間的物理距離，便于服務器對終端設備的控制。隨著IC卡燃氣表設備的不斷增加，相應的增加子應用服務器的數量以應對業務量的增加。
    (3)便于網絡業務的開展。隨著互聯網的發展和應用，可對系統進行升級，增加網絡服務功能。系統可增加網絡繳費和短信提醒等業務。注冊用戶可通過網上銀行對帳戶進行充值，中心應用服務器將更新后的用戶信息發送至該終端所在的子應用服務器，由子應用服務器對該IC卡燃氣表發送寫命令，由IC卡燃氣表更新用戶的IC卡信息，充值后可由中心應用服務器通過短信網關為用戶發送充值成功的信息。用戶也可通過互聯網查詢帳戶信息，查詢的內容可包括IC卡余額、用戶基本信息、消費及充值記錄等。
    預付費系統包括服務器管控系統及IC卡燃氣表管控系統。服務器管控系統是在中心應用服務器的基礎上，通過通信控制器對子應用服務器及終端進行管理及控制，并對IC卡用戶信息進行管理、統計、分析。IC卡燃氣表管控系統是在IC卡燃氣表現有功能的基礎上，實現對IC卡燃氣表的控制與管理，對IC卡識別器、電源、存儲器、閥門等進行有效控制，并對IC卡燃氣表中存儲的數據進行初步地統計、整理、分析，再通過通信控制器將IC卡信息進行上傳。
    IC卡燃氣表預付費系統工作流程為：
    (1)用戶將IC卡插入IC卡燃氣表中，系統將驗證IC卡的合法性，若出現IC卡損壞、無法識別、錯卡等情況，則系統將IC卡燃氣表進行鎖定，并通過顯示設備及音頻信息通知用戶；若IC卡通過合法性驗證后，則對IC卡金額進行判斷，若小于最小單位燃氣所對應的金額，則將IC卡燃氣表鎖定，并通過顯示設備將IC卡余額顯示，同時用音頻提示用戶充值；若IC卡中金額大于最小單位燃氣使用金額，則將IC卡燃氣表開啟，打開燃氣閥門。并啟動電壓測試、計量傳感等設備對IC卡燃氣表進行監控；在使用時，當IC卡中金額低于預警數值時通過顯示設備及音頻提示用戶充值，當IC卡中金額為零時，則關閉燃氣閥門，再次通過顯示設備及音頻提示用戶充值，并關閉IC卡燃氣表。
    (2)根據IC卡燃氣表中的燃氣計量設備獲取的燃氣量及換算后的金額等數據進行存儲，將IC卡中的信息進行更新，并將燃氣量、IC卡信息、系統時間等數據通過通信控制器上傳至子應用服務器中。
    (3)子應用服務器將IC卡燃氣表中數據進行存儲后根據系統時間再將數據上傳至中心應用服務器中。

4 實驗
4．1 實驗環境
    根據現有條件，硬件環境：PC機1臺(CPU：Pentium D2．8 G，內存1．5 Gb，硬盤160 Gb)作為數據庫服務器，PC機1臺(CPU AMD3000+，內存1．5 Gb以上，硬盤160 Gb)作為中心應用服務器，低端PC機2臺(CPU Pentium4 1．6 G，內存1 Gb，硬盤80 Gb以上)作為子應用服務器。IC卡燃氣表10個。
    軟件及開發工具：WindowsXP Professional，RedHat Linux4企業版，Oracle10g企業版，Rational Rose2003，Office2003，JDKl．5，Eclipse3．3，Tomcat6．O等。
4．2 實驗結果
    將中心應用服務器、數據庫服務器、服務器群、子應用服務器和IC卡燃氣表通過Internet連接，每個子應用服務器首先連接2個IC卡燃氣表，將預付費系統移植到IC卡燃氣表中后進行群集測試。實驗結果表明，該系統能夠正常運行，并且能夠初步地實現系統預期的功能。當每個子應用服務器連接到5個IC卡燃氣表時，且終端數據上傳時間間隔較短時，子應用服務器的數據處理壓力就會過大。若終端數據上傳時間間隔較長，則不利于服務器中數據的一致性。因此，實際應用的數據上傳間隔時間可根據硬件設備的選擇來確定。

5 結束語
    IC卡燃氣表的應用是燃氣公司信息化的重要一環，能夠大大減少人員的工作量、減少抄表人員的配備、降低統計出錯率、有利于資金的流動等，從而間接地提高燃氣公司管理的水平并逐步降低燃氣公司的成本。IC卡燃氣表作為用戶日常生活密切相關的產品為用戶提供服務，也是燃氣公司為用戶提供服務的平臺之一，因此，IC卡燃氣表的應用受到了業內的廣泛關注。智能IC卡燃氣表成為了IC卡燃氣表未來發展方向之一，智能IC卡燃氣表不僅能夠為用戶提供更安全可靠的服務，也能夠為用戶提供一個人機交互的平臺，為用戶提供的信息不僅限于簡單的IC卡余額、IC卡燃氣表的狀態等信息，而是將音頻、視頻等多媒體信息提供給用戶，用戶還能通過終端設備進行充值、開戶、消戶等業務的辦理。可見，隨著硬件設備成本的逐漸降低，IC卡燃氣表的普及便會是個必然的趨勢；隨著智能技術的不斷發展，智能IC卡燃氣表的應用也會很快到來。本文根據目前IC卡燃氣表應用的現狀及存在的問題，設計了一個預付費系統，給出了IC卡燃氣表的硬件結構，分析了預付費系統的體系結構，并進行了初步的實驗驗證。下一步工作將進行更大范圍的實驗，并逐步對軟件及硬件進行不斷地優化。