CN109658619A - 一种基于二维码支付的电能表预付费系统 - Google Patents

一种基于二维码支付的电能表预付费系统 Download PDF

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Abstract

一种基于二维码支付的电能表预付费系统，采用二维码扫码的移动支付方式，包括预付费电能表和主站管理系统，用户手机作为预付费电能表与主站管理系统之间的操作工具；每个预付费电能表有一个内部密钥key1和充值密钥key2，在出厂时，由企业产生一个16字节的内部密钥key1；预付费电能表内部密钥key1仅用于充值密钥key2设置与变更时使用，充值密钥key2的变更有间隔时间限制；每个预付费电能表的管理员通过主站管理系统产生充值密钥key2。本发明安装维护简单，操作简单，管理方便。

Description

一种基于二维码支付的电能表预付费系统
技术领域
本发明涉及电能表，尤其是一种电能表预付费系统。
背景技术
在我国，预付费电能表被大量应用于出租房、商铺等场所，使用者更换频繁且受教育程度也各式各样，复杂的操作会给使用者带来麻烦，电能表管理者需要花费较多的精力。
预付费电能表包括两种模式，一种是本地预付费，另一种是远程预付费。
对于远程预付费模式，需要电能表表需售电管理系统之间能实时通讯，需要集中器、采集器、公网通讯模块等等设备或部件，存在施工、维护复杂、及运营费用高的问题。
对于本地预付费，常用的有磁卡表、IC卡表、键盘代码表等方式，这些方式存在管理员需要使用专用的设备来为用户写卡或产生充值代码。
近两年，有采用蓝牙、wifi与用户手机APP通讯来实现预付费的方式，这种方式介于远程预付费和本地预付费之间，结合了两者的优势，但这种方式需要用户手机安装APP且必须在操作时手机有信号能上网，对使用者的要求仍然较高。
发明内容
为了克服已有电能表预付方式的操作不方便的不足，本发明提供一种操作较方便的基于二维码支付的电能表预付费系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于二维码支付的电能表预付费系统，采用二维码扫码的移动支付方式，包括预付费电能表和主站管理系统，用户手机作为预付费电能表与主站管理系统之间的操作工具；
每个预付费电能表有一个内部密钥key1和充值密钥key2，在出厂时，由企业产生一个16字节的内部密钥key1；预付费电能表内部密钥key1仅用于充值密钥key2设置与变更时使用，充值密钥key2的变更有间隔时间限制；每个预付费电能表的管理员通过主站管理系统产生充值密钥key2。
进一步，每个预付费电能表的管理员通过主站管理系统产生充值密钥key2，操作如下：
1.1)管理员访问主站管理软件，选择修改充值密钥，输入电表管理密码PSWD1；
1.2)主站管理软件利用电表管理密码PSWD1、表号、日期经过密钥生成算法产生充值密钥key2；
1.3)主站管理软件再利用该电表的内部密钥key1对充值密钥key2进行加密，得到密文SS1；
1.4)主站系统将设置充值密钥功能吗Fn1、电表ID和密文SS1信息生成二维码DC1，并将该二维码DC1发送到管理员手机；
1.5)管理员将二维码DC1在手机上显示，让电表扫描；
1.6)电表用其保存的内部密钥key1对扫描二维码DC1得到数据中密文SS1进行解密，得到充值密钥key2。
再进一步，用户购电充值的步骤如下：
2.1)在电能表正常使用时，电表液晶显示一个二维码DC2，在DC2中包含了主站管理系统地址、电表表号、剩余电量和购电次数信息；
2.2)准备充值的用户用手机扫描该二维码DC2访问主站管理系统，并同时将电表表号、剩余电量和购电次数信息传给主站管理系统；
2.3)主站管理系统软件提示用户输入购电量；
2.4)用户输入购电量后，主站管理系统计算应付金额，并提示用户选择充值方式；
2.5)用户选择付款方式，完成付款后，主站管理系统生成购电充值数据，经过充值密钥key2加密后得到密文SS2；
2.6)主站系统将购电充值功能码Fn2、电表ID和密文SS2信息生成充值二维码DC3发送到用户手机；
2.7)用户将二维码DC3在手机上显示，让电表扫描；
2.8)电表用其保存的充值密钥key2对扫描二维码DC3得到数据中密文SS2进行解密，得到购电量，累加到剩余电量中，完成购电充值，并驱动负荷开关合闸。
更进一步，用户退费的步骤如下：
3.1)在电能表正常使用时，电表液晶显示一个二维码DC2，在DC2中包含了主站管理系统地址、电表表号、剩余电量和购电次数信息；
3.2)申请退费的用户用手机扫描该二维码DC2访问主站管理系统，并同时将电表表号、剩余电量、购电次数信息传给主站管理系统；
3.3)用户选择退费申请，主站管理系统产生退费随机码RC1，并与应退金额一起发送到电表管理员手机；
3.4)管理员确认申请后，通过其他渠道将退费随机码RC1转发给用户，用户输入退费随机码RC1，系统进行确认电表管理员允许退费；
3.5)主站管理系统将负的剩余电量作为购电量，经过充值密钥key2加密后得到密文SS3；
3.6)主站系统将退费功能码Fn3、电表ID和密文SS3信息生成退费二维码DC4发送到用户手机；
3.7)用户将退费二维码DC4在手机上显示，让电表扫描；
3.8)电表用其保存的充值密钥key2对扫描的退费二维码DC4得到数据中密文SS3进行解密，得到退费电量，将剩余电量减去退费电量作为剩余电量，并驱动负荷开关跳闸；
3.9)用户再用手机扫描该二维码DC2访问主站管理系统，并同时将电表表号、剩余电量和购电次数信息传给主站管理系统，主站系统确认剩余电量值，确认已经退费反充值，然后退费给用户，并发送信息给电表管理员。
所述预付费电能表包括电压电流采样电路、计量芯片、负荷开关、MCU、TFT LCD、二维码扫描识别模块和EEPROM存贮器；
所述电压电流采样电路与计量芯片用于实现电能计量；
所述MCU用于根据计量芯片输出的计量脉冲进行总用电量累计和剩余电量的扣减，当剩余电量为0时，驱动负荷开关拉闸断电；
所述TFT LCD用于显示二维码网址及电能表的用电信息，并实时刷新，用户扫描TFT LCD二维码时，二维码扫描识别模块向主站管理系统传输用电信息；
所述EEPROM用于存贮总用电量、剩余电量、购电次数和密钥信息。
预付费电能表的数据存贮器为EEPROM而主站管理系统用数据库存贮数据，每个密钥在保存前先通过分散算法处理，从EEPROM或数据库读出时再进行密钥还原，内部密钥、充值密钥的分别采用不同的分散算法和还原算法，主站管理系统的分散算法与还原算法与电表的也不同。
密钥采用AES加密，充值密钥key2和充值金额数据加密后生成的二维码可公开传输。
预付费电能表周边无手机信号时的处理：用户可以先扫描电表二维码或对着电表二维码拍照，然后走到有信号的地方访问网络，处理完所有工作获得来自主站管理系统的二维码后，再到电表处让电表扫描。
本发明的技术构思为：从预付费电能表的技术应用来看，应该满足几个特点：1)要安装维护简单，应跟普通电能表一样；2)系统应不需要额外增加外部设备与线路，不需要采集系统；3)应操作简单，不需要专门学习即可操作；4)需管理方便，一般购电充值不需要管理人员参与，不需要用户去指定地点操作；5)在没有通讯信号时，也能实现充值操作。6)应具有退费管理功能，以适应使用用户的变更；7)应具有足够的安全措施，保证数据的传输安全，即关键信息应采用高性能加密算法处理；8)应具有足够的安全措施保证存贮的数据被盗，即使有人通过非法途径取得数据库或存贮器的数据，也不可还原出密钥。
本发明的有益效果主要表现在：安装维护简单，操作简单，管理方便。
附图说明
图1是基于二维码支付的电能表预付费系统的原理框图。
图2是预付费电能表的组成框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1和图2，一种基于二维码支付的电能表预付费系统，采用二维码扫码的移动支付方式，包括预付费电能表和主站管理系统，用户手机作为预付费电能表与主站管理系统之间的操作工具。
所述预付费电能表包括电压电流采样电路、计量芯片、负荷开关、MCU、TFT LCD、二维码扫描识别模块和EEPROM存贮器。
所述电压电流采样电路与计量芯片用于实现电能计量；
所述MCU用于根据计量芯片输出的计量脉冲进行总用电量累计和剩余电量的扣减，当剩余电量为0时，驱动负荷开关拉闸断电；
所述TFT LCD用于显示二维码网址及电能表的用电信息，并实时刷新，用户扫描TFT LCD二维码时，二维码扫描识别模块向主站管理系统传输了用电信息，具有一定的用电信息采集功能；
所述EEPROM用于存贮总用电量、剩余电量、购电次数、密钥等信息。
每个预付费电能表有一个内部密钥key1和充值密钥key2。
在出厂时，由企业产生一个16字节的内部密钥key1；
电表内部密钥key1仅用于充值密钥key2设置与变更时使用，充值密钥key2的变更有间隔时间限制，减少了电表内部密钥key1的使用次数，降低频繁使用被破解的风险；
每个预付费电能表的管理员可以通过主站管理系统产生充值密钥key2，操作如下：
1.1)管理员访问主站管理软件，选择修改充值密钥，输入电表管理密码PSWD1
1.2)主站管理软件利用电表管理密码PSWD1、表号、日期经过密钥生成算法产生充值密钥key2。
1.3)主站管理软件再利用该电表的内部密钥key1对充值密钥key2进行加密，得到密文SS1。
1.4)主站系统将设置充值密钥功能吗Fn1、电表ID、密文SS1等信息生成二维码DC1，并将该二维码DC1发送到管理员手机；
1.5)管理员将二维码DC1在手机上显示，让电表扫描。
1.6)电表用其保存的内部密钥key1对扫描二维码DC1得到数据中密文SS1进行解密，得到充值密钥key2。
用户购电充值，步骤如下：
2.1)在电能表正常使用时，电表液晶显示一个二维码DC2，在DC2中包含了主站管理系统地址、电表表号、剩余电量、购电次数等信息；
2.2)准备充值的用户用手机扫描该二维码DC2访问主站管理系统，并同时将电表表号、剩余电量、购电次数等信息传给主站管理系统；
2.3)主站管理系统软件提示用户输入购电量；
2.4)用户输入购电量后，主站管理系统计算应付金额，并提示用户选择充值方式；
2.5)用户选择付款方式，完成付款后，主站管理系统生成购电充值数据，经过充值密钥key2加密后得到密文SS2；
2.6)主站系统将购电充值功能码Fn2、电表ID、密文SS2等信息生成充值二维码DC3发送到用户手机；
2.7)用户将二维码DC3在手机上显示，让电表扫描；
2.8)电表用其保存的充值密钥key2对扫描二维码DC3得到数据中密文SS2进行解密，得到购电量，累加到剩余电量中，完成购电充值，并驱动负荷开关合闸。
用户退费的步骤如下：
3.1)在电能表正常使用时，电表液晶显示一个二维码DC2，在DC2中包含了主站管理系统地址、电表表号、剩余电量、购电次数等信息；
3.2)申请退费的用户用手机扫描该二维码DC2访问主站管理系统，并同时将电表表号、剩余电量、购电次数等信息传给主站管理系统；
3.3)用户选择退费申请，主站管理系统产生退费随机码RC1，并与应退金额一起发送到电表管理员手机；
3.4)管理员确认申请后，通过其他渠道将退费随机码RC1转发给用户，用户输入退费随机码RC1，系统进行确认电表管理员允许退费；
3.5)主站管理系统将负的剩余电量作为购电量，经过充值密钥key2加密后得到密文SS3；
3.6)主站系统将退费功能码Fn3、电表ID、密文SS3等信息生成退费二维码DC4发送到用户手机；
3.7)用户将退费二维码DC4在手机上显示，让电表扫描；
3.8)电表用其保存的充值密钥key2对扫描的退费二维码DC4得到数据中密文SS3进行解密，得到退费电量，将剩余电量减去退费电量作为剩余电量，并驱动负荷开关跳闸；
3.9)用户再用手机扫描该二维码DC2访问主站管理系统，并同时将电表表号、剩余电量、购电次数等信息传给主站管理系统，主站系统确认剩余电量值，确认已经退费反充值，然后退费给用户，并发送信息给电表管理员；
预付费电能表的数据存贮器为EEPROM而主站管理系统用数据库存贮数据，为防止其他人员通过读取EEPROM或数据库信息而得到密钥，每个密钥在保存前先通过分散算法处理，从EEPROM或数据库读出时再进行密钥还原，内部密钥、充值密钥的分别采用不同的分散算法和还原算法，主站管理系统的分散算法与还原算法与电表的也不同，提高安全性。
密钥采用AES加密，AES加密是目前最安全的加密方式之一，可重要的充值密钥key2和充值金额等数据加密后生成的二维码可公开传输。
预付费电能表周边无手机信号时的处理：用户可以先扫描电表二维码或对着电表二维码拍照(长按识别二维码)，然后走到有信号的地方访问网络，处理完所有工作获得来自主站管理系统的二维码后，再到电表处让电表扫描。

Claims (8)

1.一种基于二维码支付的电能表预付费系统，其特征在于：采用二维码扫码的移动支付方式，包括预付费电能表和主站管理系统，用户手机作为预付费电能表与主站管理系统之间的操作工具；
每个预付费电能表有一个内部密钥key1和充值密钥key2，在出厂时，由企业产生一个16字节的内部密钥key1；预付费电能表内部密钥key1仅用于充值密钥key2设置与变更时使用，充值密钥key2的变更有间隔时间限制；每个预付费电能表的管理员通过主站管理系统产生充值密钥key2。
2.如权利要求1所述的基于二维码支付的电能表预付费系统，其特征在于：每个预付费电能表的管理员通过主站管理系统产生充值密钥key2，操作如下：
1.1)管理员访问主站管理软件，选择修改充值密钥，输入电表管理密码PSWD1；
1.2)主站管理软件利用电表管理密码PSWD1、表号、日期经过密钥生成算法产生充值密钥key2；
1.3)主站管理软件再利用该电表的内部密钥key1对充值密钥key2进行加密，得到密文SS1；
1.4)主站系统将设置充值密钥功能吗Fn1、电表ID和密文SS1信息生成二维码DC1，并将该二维码DC1发送到管理员手机；
1.5)管理员将二维码DC1在手机上显示，让电表扫描；
1.6)电表用其保存的内部密钥key1对扫描二维码DC1得到数据中密文SS1进行解密，得到充值密钥key2。
3.如权利要求1或2所述的基于二维码支付的电能表预付费系统，其特征在于：用户购电充值的步骤如下：
2.1)在电能表正常使用时，电表液晶显示一个二维码DC2，在DC2中包含了主站管理系统地址、电表表号、剩余电量和购电次数信息；
2.2)准备充值的用户用手机扫描该二维码DC2访问主站管理系统，并同时将电表表号、剩余电量和购电次数信息传给主站管理系统；
2.3)主站管理系统软件提示用户输入购电量；
2.4)用户输入购电量后，主站管理系统计算应付金额，并提示用户选择充值方式；
2.5)用户选择付款方式，完成付款后，主站管理系统生成购电充值数据，经过充值密钥key2加密后得到密文SS2；
2.6)主站系统将购电充值功能码Fn2、电表ID和密文SS2信息生成充值二维码DC3发送到用户手机；
2.7)用户将二维码DC3在手机上显示，让电表扫描；
2.8)电表用其保存的充值密钥key2对扫描二维码DC3得到数据中密文SS2进行解密，得到购电量，累加到剩余电量中，完成购电充值，并驱动负荷开关合闸。
4.如权利要求1或2所述的基于二维码支付的电能表预付费系统，其特征在于：用户退费的步骤如下：
3.1)在电能表正常使用时，电表液晶显示一个二维码DC2，在DC2中包含了主站管理系统地址、电表表号、剩余电量和购电次数信息；
3.2)申请退费的用户用手机扫描该二维码DC2访问主站管理系统，并同时将电表表号、剩余电量、购电次数信息传给主站管理系统；
3.3)用户选择退费申请，主站管理系统产生退费随机码RC1，并与应退金额一起发送到电表管理员手机；
3.4)管理员确认申请后，通过其他渠道将退费随机码RC1转发给用户，用户输入退费随机码RC1，系统进行确认电表管理员允许退费；
3.5)主站管理系统将负的剩余电量作为购电量，经过充值密钥key2加密后得到密文SS3；
3.6)主站系统将退费功能码Fn3、电表ID和密文SS3信息生成退费二维码DC4发送到用户手机；
3.7)用户将退费二维码DC4在手机上显示，让电表扫描；
3.8)电表用其保存的充值密钥key2对扫描的退费二维码DC4得到数据中密文SS3进行解密，得到退费电量，将剩余电量减去退费电量作为剩余电量，并驱动负荷开关跳闸；
3.9)用户再用手机扫描该二维码DC2访问主站管理系统，并同时将电表表号、剩余电量和购电次数信息传给主站管理系统，主站系统确认剩余电量值，确认已经退费反充值，然后退费给用户，并发送信息给电表管理员。
5.如权利要求1或2所述的基于二维码支付的电能表预付费系统，其特征在于：所述预付费电能表包括电压电流采样电路、计量芯片、负荷开关、MCU、TFT LCD、二维码扫描识别模块和EEPROM存贮器；
所述电压电流采样电路与计量芯片用于实现电能计量；
所述MCU用于根据计量芯片输出的计量脉冲进行总用电量累计和剩余电量的扣减，当剩余电量为0时，驱动负荷开关拉闸断电；
所述TFT LCD用于显示二维码网址及电能表的用电信息，并实时刷新，用户扫描TFTLCD二维码时，二维码扫描识别模块向主站管理系统传输用电信息；
所述EEPROM用于存贮总用电量、剩余电量、购电次数和密钥信息。
6.如权利要求5所述的基于二维码支付的电能表预付费系统，其特征在于：预付费电能表的数据存贮器为EEPROM而主站管理系统用数据库存贮数据，每个密钥在保存前先通过分散算法处理，从EEPROM或数据库读出时再进行密钥还原，内部密钥、充值密钥的分别采用不同的分散算法和还原算法，主站管理系统的分散算法与还原算法与电表的也不同。
7.如权利要求1或2所述的基于二维码支付的电能表预付费系统，其特征在于：密钥采用AES加密，充值密钥key2和充值金额数据加密后生成的二维码可公开传输。
8.如权利要求1或2所述的基于二维码支付的电能表预付费系统，其特征在于：预付费电能表周边无手机信号时的处理：用户可以先扫描电表二维码或对着电表二维码拍照，然后走到有信号的地方访问网络，处理完所有工作获得来自主站管理系统的二维码后，再到电表处让电表扫描。
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