一、引言
近年來，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，智能型電表，水表相繼進入家庭，給物業(yè)管理部門和家庭用戶帶來了極大的方便，而燃氣計量表的發(fā)展相對比較緩慢，大部分地區(qū)依然采用傳統(tǒng)的機械式燃氣表，采用人工上門抄表，用戶再去交費的方法進行管理，因此，這種管理模式存在的上戶難、效率低、時間長、拖欠氣費、安全性等問題仍然沒有得到有效的解決。隨著國家“西氣東輸”計劃的正式啟動和國家“金卡工程”的深入開展，管道煤氣已成為城鎮(zhèn)居民的主要生活用燃料，于是燃氣銷售管理部門和城鎮(zhèn)居民迫切要求改變目前這種相對原始的收費管理方式，因此，各種智能型燃氣計費管理系統(tǒng)應(yīng)運而生，本設(shè)計提出的智能型IC卡預(yù)付費計算機管理系統(tǒng)是一種實用的解決方案，同時并全面的給出了智能型IC卡燃氣表設(shè)計和實現(xiàn)方案，此外還對智能型IC卡燃氣表設(shè)計進行了調(diào)研及生活實踐試用的可行性。
二、智能IC卡燃氣收費管理系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)與功能
整個系統(tǒng)分為兩個部分：IC卡燃氣表預(yù)收費管理系統(tǒng)和IC卡燃氣表本身。系統(tǒng)的信息流程結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要由發(fā)卡、售氣、用氣三個環(huán)節(jié)組成。單整個信息流程由三個子網(wǎng)組成：用戶終端網(wǎng)由IC卡燃氣表組成，主要完成燃氣的自動計量和計費；售氣網(wǎng)主要由各售氣節(jié)點和售氣終端組成， 主要完成IC卡預(yù)收費功能， 這一部分的設(shè)計應(yīng)當(dāng)比較靈活， 以適應(yīng)于各種城市燃氣用戶的不同情況， 對于售氣終端可以是銀行的代收費網(wǎng)點、城市燃氣公司的收費網(wǎng)點、小區(qū)物業(yè)代收費網(wǎng)點和流動POS終端； 管理中心網(wǎng)主要負責(zé)用戶、卡片 和安全信息的集中管理。IC卡的關(guān)鍵流通環(huán)節(jié)是發(fā)卡、售氣節(jié)點和氣表終端， 建立多種形式的售氣方式利可靠的安全機制， 是允分發(fā)揮IC卡優(yōu)勢的關(guān)鍵。
圖1智能IC卡燃氣收費管理系統(tǒng)信息流程圖
（一）IC卡燃氣表預(yù)收費管理系統(tǒng)
這一部分屬于系統(tǒng)軟件部分， 主要功能是對于整個城市或者某個地區(qū)的IC卡預(yù)收費業(yè)務(wù)的管理。其主要功能包括以下幾點：
(1) 管道用戶管： 包括用 資料的錄入、修改、查詢和刪除。
(2) 售氣的管理： 包括正常售氣、補氣、退氣和售氣記錄的各種查詢。
(3) 報表的管理： 包括各種業(yè)務(wù)的同報表， 月報表和年報表。
(4) IC卡的制作和管理： 包括用戶卡和各種工具卡的管理。
(5) 系統(tǒng)安全管理： 包括各種密鑰和密鑰發(fā)布的管理。
(6) 系統(tǒng)權(quán)限和日志管理。
預(yù)收費管理系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程來進行設(shè)計， 針對于不同的子網(wǎng)模式設(shè)計不同的軟件版本， 例如針對于小區(qū)用戶的單機版本和針對于城市銀行聯(lián)網(wǎng)售氣的網(wǎng)絡(luò)版本。
（二）IC卡智能燃氣表
這一部分屬于系統(tǒng)的硬件部分， 主要功能是完成IC卡燃氣表的充值、燃氣表的自動計量和計費。IC卡燃氣表是一種機電一體化智能儀表，是在膜式燃氣表基礎(chǔ)上加裝IC卡計費器構(gòu)成，其中的計費器由單片微處理器、IC卡讀寫器、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)組成。主要功能如下：
(1) 計量功能： 正常使用的情況下， 通過傳感器，完成燃氣使用的計量， 計量的精度不低于 基表的精度。
(2) 顯示功能： 顯示屏能夠顯示5位數(shù)字+5位漢字+常顯示小數(shù)點， 用于顯示剩余氣量和其它提示信息。
(3) 提示功能： 當(dāng)剩余氣量為零或者小于某一設(shè)定值、電池電量不足、IC卡使用錯誤時， 指示燈亮， 液晶屏顯示相關(guān)提示信息。
(4) 關(guān)閥功能： 在電源斷電、電池電量不足、IC卡讀寫錯誤、氣量使用完畢等情況下， 閥門自動關(guān)閉。
(5) 防竊氣功能： 如有竊氣行為， 指示燈亮， 自動關(guān)閉閥門。
(6) IC卡燃氣表采用電池供電， 電池使用時間必須達到一年以上。
(7) IC卡采用卡號與專用SAM安全模塊互相認證，一表一卡， 不能互換，保證系統(tǒng)的安全性。
以上是對整個系統(tǒng)的需求分析，可見系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分， 這兩部分的設(shè)計開發(fā)工作可以同時進行， 它們之間的接口是IC卡的數(shù)據(jù)格式、功能定義和數(shù)據(jù)加密方式的定義， 這一部分的工作非常關(guān)鍵， 應(yīng)當(dāng)提前進行。下面對這兩部分的設(shè)計方法進行設(shè)計。
三、IC卡燃氣管理系統(tǒng)
IC卡燃氣表收費管理系統(tǒng)是一個采用了分布式客戶機／服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，它由安放在燃氣公司的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和各居民區(qū)網(wǎng)點(或氣站)的客戶端應(yīng)用程序組成。管道燃氣用戶可在各客戶端辦理開戶、購氣、銷戶等業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可對燃氣銷售進行統(tǒng)計分析，隨時掌握管網(wǎng)的用氣量，合理調(diào)度資源。
（一）預(yù)收費管理系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)
在系統(tǒng)需求分析的基礎(chǔ)上， 將預(yù)收費管理系統(tǒng)進行功能模塊化分， 以層次結(jié)構(gòu)的模式進行軟件的架構(gòu)設(shè)計，按照總體設(shè)計、詳細設(shè)計、代碼實現(xiàn)和系統(tǒng)測試的流程， 實現(xiàn)預(yù)收費管理系統(tǒng)的各種版本。下面簡單介紹管理系統(tǒng)的主要軟件架構(gòu)和模塊層次劃分。
系統(tǒng)主要采用C／S(客戶／服務(wù)器)模式， 如圖2所示 。數(shù)據(jù)庫、密鑰管理、用戶管理和用戶發(fā)卡由中心服務(wù)器完成。售氣終端主要有A、B兩種，A模式的售氣終端，主要是指燃氣公司和銀行的售氣節(jié)點， 其中銀行的售氣節(jié)點通過銀行的前置機和燃氣公司的中心服務(wù)器連接， 進行雙向認證， 實現(xiàn)銀行的代收費業(yè)務(wù)。對于燃氣公司本身的節(jié)點連接方式比較靈活， 可以采用實時連接和非實時連接， 也可以采用小區(qū)委托售氣。B模式的售氣終端主要是指流動的POS機, 是售氣方式的補充， 主要通過RS一232串口與服務(wù)器進行連接。系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫采用SQL SERVER， 前臺采用VUI SAL BASIC和B0RLAND C++ 可視化開發(fā)工具， 通信協(xié)議采用TCP／I P協(xié)議， 加密解密算法采用對稱DES算法。
圖2 預(yù)收費管理系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用客戶機／服務(wù)器(C／S)模式。典型的客戶機／服務(wù)器模式由三部分組成：計算機平臺、網(wǎng)絡(luò)平臺和數(shù)據(jù)庫平臺。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是C／S計算模式中的一種最基本的服務(wù)模式，它的提出是為了克服傳統(tǒng)局域網(wǎng)中資源共享模式的缺點。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的核心設(shè)備是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(DatabaseServer)，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器客戶機應(yīng)用程序服務(wù)請求自動完成查詢和統(tǒng)計任務(wù)，然后將查詢和統(tǒng)計結(jié)果發(fā)送給客戶機。
（二）IC卡燃氣表收費管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
IC卡燃氣表收費管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖3所示。由于售發(fā)卡網(wǎng)點的數(shù)據(jù)相對獨立，故整體構(gòu)成一個星型連接的城域網(wǎng)絡(luò)，各售卡點和發(fā)卡點與服務(wù)器間通過Modem連接。
(1)計算機：燃氣公司中心數(shù)據(jù)服務(wù)器選用專用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，各售氣發(fā)卡網(wǎng)點客戶端使用高性能PC機。
(2)網(wǎng)絡(luò)：系統(tǒng)基于TCP／IP組網(wǎng)，終端采用Win98／2000操作系統(tǒng)。
(3)讀寫設(shè)備：用戶端安裝本文研制的IC卡燃氣表；燃氣公司各營業(yè)網(wǎng)點處理發(fā)卡收費使用SURE系列通用I卡讀寫機。
(4)IC卡：采用SIEMENS公司生產(chǎn)的邏輯加密卡SI E4442。此卡特點：① 內(nèi)有2Kbit的存儲容量和完全獨立的可編程邏輯代碼存儲器(PSC)。256×8位的EEPROM單元陣列用于存儲用戶信息；32bit的保護區(qū)地址存儲器用于對地址位0～31的EEPROM存儲區(qū)進行寫保護；4字節(jié)的加密存儲器，其中包括一個1字節(jié)的密碼比較計數(shù)器和3字節(jié)的可編程密碼。②用字節(jié)方式尋址；在低32×8位地址存儲區(qū)(即字節(jié)地址為0～31)采用不可撤消的字節(jié)方式寫保護措施。③雙線連接協(xié)議；數(shù)據(jù)輸出時有處理結(jié)束提示；串行接口、同步傳輸及復(fù)位應(yīng)答信號均符合IsO7816—3。④編程處理耗時每字節(jié)2．5 ms(編程處理包括擦除和寫入兩種操作，擦除時指往芯片內(nèi)的存儲區(qū)寫入數(shù)據(jù)“1”的操作；寫入是指往芯片內(nèi)的存儲區(qū)寫入數(shù)據(jù)“0”的操作)。⑤最少寫入／擦除字數(shù)為10 000次，數(shù)據(jù)最少保存年限為10年。⑥ 只有輸入了正確的3字節(jié)長度的可編程密碼才容許修改數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)一套IC卡燃氣表需用多張IC卡，用以實現(xiàn)系統(tǒng)中各種不同的功能。
圖3 智能型IC卡燃氣預(yù)付費計算機管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
四、智能型IC卡燃氣表硬件設(shè)計
（一）智能型IC卡燃氣表工作原理及功能分析
首先由IC卡從燃氣銷售部門購入一個預(yù)購氣量，然后經(jīng)過密碼校驗后寫入燃氣表內(nèi)相應(yīng)存儲區(qū)。通過干簧管控制用氣情況，用戶用氣時，閥門打開，干簧管每旋轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生一個減數(shù)電脈沖，預(yù)購氣量自動減去一個基本計量單位(0．01升)。當(dāng)預(yù)購氣量到達設(shè)定值時，峰鳴器報警，并顯示預(yù)購氣量不足代碼03，關(guān)閥一次，提示用戶購氣。同時根據(jù)相關(guān)條件決定氣閥的開和關(guān)控制用戶用氣。并對用氣量進行累積。IC卡燃氣表采用電池供電，這就要求系統(tǒng)功耗要低，同時應(yīng)滿足計量準(zhǔn)、體積小、價格低等基本要求，并且具有一定的容錯、識別非法操作、保證數(shù)據(jù)完整性等基本特性。具體來說，作為IC卡燃氣表，應(yīng)具有以下基本功能：
(1)開機檢測功能：系統(tǒng)在斷電復(fù)位后，應(yīng)能根據(jù)上次保存的數(shù)據(jù)，及當(dāng)前的狀態(tài)(如電壓、磁場等)，決定是否開閥。
(2)掉電數(shù)據(jù)存儲功能：在外置電源供電突然停止的情況下應(yīng)完整無誤的將一些重要數(shù)據(jù)保存下來，以便系統(tǒng)復(fù)位后，能重新調(diào)入重要數(shù)據(jù)。
(3)低電壓檢測功能：由于本燃氣表是用電池供電，故電壓檢測功能必不可少，當(dāng)電壓下降至某一值時，系統(tǒng)應(yīng)能感知，并提示用戶更換電池；系統(tǒng)自動關(guān)閉閥門。
(4)強磁場干擾檢測功能：當(dāng)外界有強磁場干擾，企圖影響燃氣控制器正確計量時，系統(tǒng)應(yīng)能自動關(guān)閉閥門。
(5)電關(guān)閥功能：受控閥門在外置電源供電突然停止的瞬間應(yīng)有充分的電能關(guān)閉閥門。
(6)報警顯示功能：當(dāng)剩余氣量不足、欠壓和有故障時，應(yīng)能聲音報警，屏幕顯示。
(7)讀寫IC卡功能：應(yīng)能正確無誤的讀寫IC卡。
(8)正確計量功能：準(zhǔn)確計量，并且具有累積使用量統(tǒng)計功能
（二）智能IC卡燃氣表的硬件設(shè)計
智能IC卡燃氣表的硬件設(shè)計主要包括電源部分、IC卡、單片機等。下面具體為其介紹：
(1)電源：IC卡燃氣表采用3V鋰電池供電，由于該燃氣表的功耗非常低，一節(jié)電池的使用壽命一般為6年。
(2)IC卡：IC卡可以分為三種：存儲卡、邏輯加密卡、CPU卡。本燃氣表選用的是SIEMENS公司生產(chǎn)的SLE4442邏輯加密卡。選用多張IC卡，分別實現(xiàn)系統(tǒng)的某一特定功能，現(xiàn)以用戶卡為例對IC卡的功能進行說明。用戶卡即購氣卡，當(dāng)用戶安裝IC卡燃氣表后，用戶持有此卡到燃氣銷售部門首次購氣時，銷售人員通過IC卡計算機管理系統(tǒng)除了對IC卡充值以外，還對卡進行加密(即在一定存儲區(qū)內(nèi)寫入代碼)，用戶回家后將IC卡插入燃氣表后，燃氣表首次讀卡，將用戶卡上的全部信息讀入內(nèi)部存儲器，并對用戶卡購氣單元清零，同時將密碼記入燃氣表內(nèi)密碼存儲區(qū)，以后每插一次卡，判斷是用戶卡后都要校驗密碼，校驗通過才能實現(xiàn)用戶卡所具備的功能，從而實現(xiàn)一機一卡管理模式；用戶卡插入燃氣表，LCD液晶顯示屏交替顯示剩余氣量和累計用氣量；當(dāng)出現(xiàn)卡口短路、錯卡插入、剩余氣量達到設(shè)定值等引起的系統(tǒng)鎖定，插入用戶卡可以解鎖；另外，每插入一次用戶卡，將表中累計用氣量回讀到用戶卡上，上次的累計用氣量被更新為當(dāng)前累計用氣量，下次購氣時，銷售部門就能看到用戶的總用氣情況，這樣便可以防范用戶用氣作弊的問題。
(3)單片機：考慮到IC卡燃氣表最終要進入家庭，其價格應(yīng)在用戶可接受的范圍，因此，單片機的選型十分關(guān)鍵，既要價格低廉，又要實現(xiàn)作為燃氣表應(yīng)具備的基本功能。目前市場上的類似燃氣表的價格都偏高，不易于大范圍推廣使用，經(jīng)反復(fù)分析比較，本文提到的這一款I(lǐng)C卡燃氣表采用NT66P12單片機。NT66P12是ATMEI 公司生產(chǎn)的一種4位單片機，內(nèi)置NT6610C CPU核、SRAM、定時器；自帶峰鳴器驅(qū)動和LCD驅(qū)動，使得硬件電路設(shè)計相對簡單，系統(tǒng)可靠性高；提供兩種晶振頻率32．768KHz和262KHz，可以通過編程加以選擇，非常方便。工作電壓在2．2V～ 5．4V(一般在3V電壓下工作)，選擇晶振頻率為32．768kHz時，工作電壓為3V，工作電流小于10 A，功耗非常低，而且價格便宜，功能滿足IC卡燃氣表的需要。整個燃氣表的價格甚至相當(dāng)于其他類似燃氣表中的單片機的價格。
（三）智能IC卡燃氣表硬件控制部分的設(shè)計
硬件控制部分的原理框 如圖4所示， 核心控制部件采用MicrochiP公司的PIC系列單片機， 它是業(yè)內(nèi)率先采用精簡指令集計算機結(jié)構(gòu)的高性能價格比的嵌入式控制器，具有低價格、低功耗、高性能、全靜念、易使用等特點， 目前已在儀器儀表、工業(yè)自動化、計算機通訊以及民用產(chǎn)品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計中采用了PIC系列中的PIC1 6C62作為電路系統(tǒng)的控制核心。硬件控制電路必須達到建設(shè)部的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 并且取得防暴許可證和相關(guān)計量部門的許可證。在硬件電路的實現(xiàn)過程中， 主要技術(shù)點在于：
(1) 電池的使用壽命必須在1年以上， 解決方法是電路采用低功耗設(shè)計， 結(jié)合單片機控制程序的休眠功能的應(yīng)用， 可以達到靜態(tài)電流<1 5 u A> 。
(2) 計量部分精度必須達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 所以在設(shè)計測量傳感電路時， 應(yīng)保證數(shù)據(jù)采集信號波形穩(wěn)定。在控制程序上， 考慮相應(yīng)防干擾的方法。
(3) 燃氣表的使用環(huán)境比較特殊， 所以在電路板制作過程中要考慮防干擾和防腐蝕。
(4) 閥門和閥門控制電路必須達到高可靠的要求， 確保閥門操作的可靠度。
(5) 程序的設(shè)計遵循可靠和穩(wěn)定的原則， 通過PIC16C62內(nèi)部的看門狗保證程序的正常運行。
(6) 安全認證模塊的主要功能是提供對稱加密算法DES和非對稱加密算法RSA， 以及密鑰的發(fā)布， 對于SAM模塊的驅(qū)動程序的設(shè)計比較復(fù)雜。
圖4 控制電路原理框圖
五、IC卡燃氣表軟件設(shè)計
（一）控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
軟件采取的是掃描工作方式，其程序流程如圖5所示。軟件科學(xué)而合理的設(shè)計，不僅對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性，而且對系統(tǒng)的可靠、省電都至關(guān)重要。本系統(tǒng)軟件要求其運行時間盡量短，不允許內(nèi)含較長時間的延時程序，如確需較長延時，則只能通過掃描計時獲得，此外數(shù)據(jù)的安全防護、執(zhí)行結(jié)構(gòu)動作可靠性等要考慮周全。
（1）電池處理程序(開始一①)：上電伊始，保存于EPROM中的氣量數(shù)據(jù)一次調(diào)入RAM 工作區(qū)中，但不是立即根據(jù)氣量非零啟動開閥動作，而是延時到第三次循環(huán)時再做，其目的是保證關(guān)閥電源儲能足夠，避免上電后立即取走電池而造成關(guān)閥的不可靠。掉電時根據(jù)存氣標(biāo)志確定氣量是否更改，如更改，則把RAM氣量數(shù)據(jù)存入E PROM，同時清上電標(biāo)志、發(fā)關(guān)閥命令。在此，RAM 中氣量數(shù)據(jù)如同g所述那樣，獨立設(shè)有校驗字節(jié)、出錯標(biāo)志、備份等，通過RAM 和E2PROM 的數(shù)據(jù)保護技術(shù)，雙重保證數(shù)據(jù)的安全性。
（2）氣量計算程序(① 一②)：啟動光電檢測器適當(dāng)長的時間可獲得氣量信號的狀態(tài)。在氣量信號狀態(tài)變化的上升沿，累積氣量與剩余氣量分別增減1個單位(0．01方)。在此處要經(jīng)常檢測并校對RAM 中氣量數(shù)據(jù)的正確性，以免發(fā)生錯誤。
（3）IC卡處理程序(② 一③)：IC卡插入后立即關(guān)閥，延時一個循環(huán)后再讀入并清除卡上的購氣數(shù)據(jù)，卡不拔出不開閥，這樣做的理由除了提醒用戶及時拔卡，以免IC卡消耗過多電能外，主要是為了堵住f所述的盜氣漏洞。
（4）后處理程序(③一結(jié)束)：該段包括顯示、聲報警、閥開關(guān)等處理程序，其中閥開關(guān)處理程序要保證關(guān)閥命令優(yōu)先。而端口狀態(tài)跟蹤是指MCU輸入端口的電平與輸入信號的電平置成一致，否則會導(dǎo)致MCU在進入掉電方式時輸入端口吸入或灌出電流，造成耗電。
（二）軟件主控程序
采用模塊化方法設(shè)計各個子程序。根據(jù)不同功能，定義了不同的功能模塊。明確入口和出口，相互之間的調(diào)用關(guān)系，以供調(diào)用。主要軟件模塊有:IC卡讀寫模塊，液晶顯示模塊，計量模塊，24LC01讀寫模塊，欠電保護模塊，磁干擾保護模塊以及強行開盒檢測模塊等。系統(tǒng)開機后首先進行安檢，判斷故障和竊氣現(xiàn)象、電源電壓是否正常等，若一切正常則開閥供氣，然后系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)準(zhǔn)備計量。在計量工作中主要處理計量脈沖信號。在系統(tǒng)出現(xiàn)有欠壓信號時系統(tǒng)就提示欠壓，蜂鳴器報警，液晶顯示，提示更換電池。并且自動關(guān)閉閥門。待檢測到電壓恢復(fù)到正常水平時，系統(tǒng)自動恢復(fù)正常工作。無論在什么情況下只要有竊氣信號(即外界強磁干擾)都認為有竊氣行為，先在故障類型中記錄這一類型，然后輸出報警，并顯示故障代碼，再關(guān)閥。如果強磁場干擾取消則系統(tǒng)又重新恢復(fù)正常工作。如果檢測到開封、卡口短路信號，則在故障類型中記錄這一類型，然后輸出報警，并顯示故障代碼，再關(guān)閥。此時只有特定功能卡(1號IC卡)才能消除該違規(guī)操作。其主程序流程示意圖，如下圖5所示。
圖5 IC卡燃氣表主程序流程圖
六、IC卡燃氣表系統(tǒng)安全性設(shè)計
整個系統(tǒng)的安全性主要決定于以下幾個方面：
（1）售氣網(wǎng)點的安全性；
（2）信息中心的安全性：
（3）IC卡燃氣表即用戶終端的安全性；
（4）IC卡流通網(wǎng)的安全性；
（5）售氣信息上傳的安全性。
目前IC卡主要有存儲卡、邏輯加密卡和CPU卡，本系統(tǒng)采用了邏輯加密卡， 因此IC卡的密碼生成和管理是安全的核心。本系統(tǒng)使用對稱加密DES算法， 利用根密鑰生成臨時工作密鑰，然后臨時工作密鑰通過SAM安全認證模塊， 發(fā)布到發(fā)卡終端、IC卡燃氣表終端和各種售氣終端。各種終端利用臨時工作密鑰對IC卡進行密碼核對操作和數(shù)據(jù)加密解密操作，從而完成各項業(yè)務(wù)流程。由此可見， 臨時工作密鑰的發(fā)布決定了系統(tǒng)的整個安全性。這里安全認證SAM模塊的采用， 大大提高了系統(tǒng)的安全性能， 便于統(tǒng)一的密鑰發(fā)送和存儲工作。另外對于一卡多用和多表合一(水表、電表和熱量表等) 提供了可能性。
七、IC卡燃氣表的調(diào)研及在生活實踐試用的可行性
（一）應(yīng)用IC卡燃氣表的可行性
據(jù)調(diào)查：四川省建委、省燃氣協(xié)會發(fā)布的1999年、2000年《四川省燃氣器具目錄》中都把IC卡燃氣表列入推薦選型； 多家煤氣公司已經(jīng)在使用， 并逐步形成了一套行之有效的管理辦法； 四川省燃氣協(xié)會科技委對個別廠家也作了跟蹤調(diào)查，評價是好的。
（1）IC卡燃氣表的主要優(yōu)點：解決了不必入戶抄表， 即可完成了煤氣計量預(yù)收費問題。做到收費在先，用氣在后，避免了拖欠氣費的現(xiàn)象。使氣費提前回籠，加快煤氣公司的資金周轉(zhuǎn)。這對處在市場經(jīng)濟中的煤氣公司非常重要。與遠傳表相比，IC卡燃氣表更適合無物業(yè)管理、用戶分散或多個單位共用的樓棟住戶。 (因為遠傳表要與水表、電表共傳， 且集中的用戶至少達400戶， 其成本才勉強能被廣大用戶接受)
（2）IC卡燃氣表技術(shù)日臻成熟，比剛起步上市的產(chǎn)品，其功能更加完善。主要反映在以下幾點：
1)防盜氣。從硬件和軟件兩方面加強了防盜氣功能。軟件方面： 通過軟件管理系統(tǒng)分析用氣異常行為。例如，分析用戶的用氣量，對可疑用戶， 煤氣公司可上門用專用卡測試其IC卡燃氣表。采集IC卡燃氣表內(nèi)的信息，及時用便攜式電腦分析用戶表內(nèi)的信息， 以判定計量的準(zhǔn)確性及用戶是否有盜氣行為。又例如，在用戶購氣時， 先用計算機查IC卡內(nèi)的信息，判斷進氣閥是否正常，用戶是否有違章行為及其戶表使用狀況。
2)防油煙。由于采取密封措施， 油煙不易侵入IC卡燃氣表。
3)防電磁干擾。外界有電磁場， 進氣閥自動關(guān)閉； 外界電磁場消失，進氣閥打開。兼有該信息記載。
4)防振動。原來的電磁閥因振動可以改變閥門所處的狀態(tài)(由開到關(guān)， 或由關(guān)到開)現(xiàn)在采用機電閥避免了此現(xiàn)象， 加強了電磁閥的抗振動功能。
5) 改進了閥的設(shè)計， 壓損進一步減小， 整體表的壓損小于20OPa。新近上市的C型IC卡燃氣表更是增加了以下功能，深受煤氣公司及用戶的歡迎：<1> 防死表功能。通氣正常而計數(shù)器的數(shù)據(jù)絲毫不變動的表稱為死表。死表在在用煤氣表中為數(shù)不少，給煤氣公司帶來極大的損失。有了防死表功能，IC卡表會自動關(guān)閉閥門，紅燈閃亮提示， 內(nèi)部自動記錄該事件。<2> 有擴展接口?？赏饨尤細庑孤┍O(jiān)測裝置，在檢到燃氣泄漏時可關(guān)閉閥門，切斷氣源。<3> 長時間不用氣保護。用戶超過設(shè)定時間不用氣，IC卡表會自動關(guān)閉閥門。這對用戶安全很重要。
（二）燃氣表用IC卡的發(fā)展以及售氣與銀行聯(lián)網(wǎng)的分析
（1）燃氣表用IC卡的發(fā)展燃氣表用IC卡已從采用非標(biāo)準(zhǔn)卡、國際標(biāo)準(zhǔn)存儲卡發(fā)展到今天的國際標(biāo)準(zhǔn)邏輯加密卡。今后將會應(yīng)用更先進的， 功能更齊全的CPU智能卡。目前采用的國際標(biāo)準(zhǔn)邏輯加密卡對存儲區(qū)的數(shù)據(jù)讀、寫、擦除等操作都有硬件密碼控制； 一表一卡， 卡與卡的密碼不同， 不能互換使用。再與軟件加密數(shù)據(jù)配合， 能達到較高的保密度， 完全能保證IC卡燃氣表應(yīng)用中數(shù)據(jù)的安全性。這就是通常所說的多重加密，要想破譯密碼是極難的。即使破譯了這張卡也破譯不了其它卡，一張卡破譯三次不對號即自行作廢，何況系統(tǒng)管理軟件還可隨時修改密碼。今后隨著CPU智能卡的出現(xiàn)也會有采用CPU智能卡的燃氣表和讀寫器出現(xiàn)。CPU智能卡的讀寫器很容易兼容目前使用的國際標(biāo)準(zhǔn)邏輯加密卡， 軟件管理系統(tǒng)也容易升級兼容。所以不必顧慮采用CPU智能卡的燃氣表的出現(xiàn)會給目前應(yīng)用的IC卡燃氣表帶來負面影響。
（2）IC卡燃氣表管理系統(tǒng)與銀行聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)IC卡燃氣表大量采用以后，比如十萬支以上， 必然會要求建立更多的售氣網(wǎng)點。利用銀行系統(tǒng)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)是節(jié)約投入和時間、增強可靠性及降低實施難度的捷徑。主要目的是利用銀行廣泛分布的儲蓄網(wǎng)點和銀行的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將POS售氣終端機放到銀行網(wǎng)點， 讓銀行售氣和代收費。POS售氣終端與燃氣公司軟件管理系統(tǒng)聯(lián)接，有實時聯(lián)接和非實時聯(lián)接方式。實時聯(lián)接即銀行POS售氣終端進行的每一筆售氣都必須與燃氣公司軟件管理系統(tǒng)聯(lián)接并得到燃氣公司管理系統(tǒng)的授權(quán)和登記后方能進行。非實時聯(lián)接是事后數(shù)據(jù)報傳，對通訊的 要求不高，運行維護成本較低， 實施起來也較容易，特別是銀行易接受。銀行POS售氣終端機在售氣時不需要每一筆都得到授權(quán)， 只是在一個授權(quán)范圍內(nèi)可直接給用戶售氣，售氣的數(shù)據(jù)暫時記錄在POS售 氣終端內(nèi)存中， 到日終(或半日或一周)時再一次性將售氣數(shù)據(jù)傳輸 到煤氣公司。煤氣公司可預(yù)先設(shè)置授權(quán)范圍， 如：每張卡只能最多買1O0立方氣，每l立方氣按煤氣公司定價收款?，F(xiàn)在， 成都市煤氣總公司營業(yè)所的銀行收費系統(tǒng)即將啟用。今后若要讓銀行售氣(IC卡燃氣表)，正好利用這條現(xiàn)有的通訊線路。以非實時聯(lián)接較為簡單，技術(shù)上是完全可行的， 功能也完全能滿足煤氣 公司的需要。
（三）IC卡燃氣表在實踐中試用的要求和建議
（1）IC卡燃氣表在實踐中試用的要求
IC卡燃氣表的試用要求成都煤氣公司是四川全省供氣量最大的煤氣公司，也是省煤協(xié)的
重要成員。面對周邊地區(qū)大量采用IC卡燃氣表的情況， 對這一新產(chǎn)品，我們應(yīng)研究它和試用它， 以便在這一領(lǐng)域為解決抄表收費問題積極探索一條新路。目前IC卡燃氣表在我國面世僅幾年，無國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，僅有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)送審稿。因此我們只能積極、慎重試用。特別要考核IC卡燃氣表的下列技術(shù)性能要求：
1)信號采集元件以及工作線路板的正常工作壽命能否保證10年。
2)整表計量準(zhǔn)確性是否合格。
3)控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)安全與否。
4)進氣閥的運行是否可靠。
5)IC卡燃氣表密碼破譯程度。
6)防盜氣功能是否完善。
（2）試用IC卡燃氣表的建議
1)根據(jù)建設(shè)部建辦(1999)65號文件要求， 凡在建設(shè)事業(yè)中開展與IC卡燃氣表項目有關(guān)的系統(tǒng)集成商、IC卡燃氣表和相關(guān)機具生產(chǎn)企業(yè)，必須由建設(shè)部IC卡燃氣表應(yīng)用管理領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室進行產(chǎn)品質(zhì)量與資質(zhì)認定。獲得認定資格后頒發(fā)資格證書和銅牌。未經(jīng)認定的企業(yè)及產(chǎn)品一律不得進入建設(shè)事業(yè)IC卡燃氣表應(yīng)用市場。因此要進入成都市的IC卡燃氣表及生產(chǎn)企業(yè)，必須經(jīng)建設(shè)部認定，證書齊備。并被四川省燃氣協(xié)會推薦， 列入了《四川省燃氣器具銷售目錄》推薦的合格產(chǎn)品。
2)要制定成都市煤氣公司的IC卡燃氣表準(zhǔn)入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及管理辦法。目前IC卡燃氣表無國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)外地成功經(jīng)驗， 必須制定一套本公司的準(zhǔn)入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及有效管理辦法， 作到有章可循，監(jiān)管有據(jù)。在準(zhǔn)入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)明確有關(guān)技術(shù)指標(biāo)。例如：
1、數(shù)據(jù)采集部分。選用的干簧管、磁鋼或磁片要保證使用10年。
2、IC卡重復(fù)插入插卡座中10000次后仍能正常讀寫， 卡與插座無異常。
3、加裝IC卡燃氣表接收系統(tǒng)后， 不得影響IC卡燃氣表的計量精度。
4、整表總壓力損失不超過250Pa。
5、卡燃氣表采用符合ISO／IEC7816國際標(biāo)準(zhǔn)邏輯加密卡。
6、執(zhí)行機構(gòu)的閥門， 能在5Kpa壓力下正常工作， 運行可靠。能工作10年以上， 不得粘結(jié)，不易被用戶拆卸。
7、燃氣預(yù)付費及用氣控制、數(shù)據(jù)保持與恢復(fù)、氣量累積應(yīng)準(zhǔn)確無誤。管理辦法中應(yīng)明確規(guī)定， 為了保證計量準(zhǔn)確， 煤氣公司要定期(比如一年)普查或抽查一次。對用戶3個月(或更長時間)買氣不足某數(shù)量的，煤氣公司要登門檢查氣表。對個別破壞氣表、盜氣的行為， 根據(jù)成都市計量管理監(jiān)督條例， 由有關(guān)部門予以處罰。
3)走訪全國使用了IC卡燃氣表滿3年的用戶， 就IC卡燃氣表的質(zhì)量，運行狀況和存在的問題及其他煤氣公司的管理經(jīng)驗， 開展大規(guī)模的調(diào)研。一個小區(qū)試用IC卡燃氣表。成立一個專題小組， 由專人負責(zé)， 對試用情況進行跟蹤調(diào)查。將此工作納入日常工作中， 最終寫出試運行報告，經(jīng)驗總結(jié)， 視情況再加以推廣。
八、總結(jié)
此項目目前已在南京和烏魯木齊等城市投入運行，預(yù)期效果良好，產(chǎn)品性能比較穩(wěn)定，預(yù)收費管理系統(tǒng)運行正常，但在開發(fā)過程中也經(jīng)J力了很多的反復(fù)、和困難。集中反映在以下幾個方面：
(1) 需求分析不夠，設(shè)計開發(fā)過程中有可能遺漏某些功能，投入市場后可能滿足不了實際用， 需求，所以系統(tǒng)盡可能采用松耦合模塊設(shè)計，便于功能模塊的修改和添加。
(2) 某些關(guān)鍵技術(shù)(比如IC卡的驅(qū)動、電池使用時叫和閥門的可靠程度)如果解決得不好，大批量投入生產(chǎn)后，有可能造成產(chǎn)品合格率低，質(zhì)量不可靠的情況。應(yīng)重視測試工作的重要性，設(shè)計全面的測試方案，通過小規(guī)模試制，控制電路送相關(guān)檢測部門檢測來保證新產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠程度。
(3) 由于是新產(chǎn)品的開發(fā)，對于生產(chǎn)線的設(shè)計，生產(chǎn)工藝流程的制定，和檢測工裝的設(shè)計制作，缺乏經(jīng)驗。應(yīng)嚴格遵循建設(shè)部門和計量部門的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定完善的企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。
(4) 安全方案設(shè)計要周密合理，需要經(jīng)過大規(guī)模重復(fù)測試。
(5) 軟硬件之間接口設(shè)計容易出問題，需要經(jīng)過全面的系統(tǒng)測試。
