摘 要： 地電阻率儀工作方式的多樣性要求其能夠靈活地根據(jù)實(shí)際測(cè)量值和自由輸入公式來(lái)計(jì)算K值，進(jìn)而求出地電阻率的值。一個(gè)通用公式編輯輸入軟件工具的實(shí)現(xiàn)是關(guān)鍵。綜合了各種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于地電阻率系統(tǒng)中的通用軟件。
關(guān)鍵詞： 地電阻率儀系統(tǒng)軟件； 嵌入式通用軟件設(shè)計(jì)
地電阻率儀是用來(lái)測(cè)量地電阻率的常用儀表，它在環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘探、考古及施工質(zhì)量檢測(cè)中均具有重要應(yīng)用，在很多領(lǐng)域都是不可缺少的工具[1]。
由于地電阻率的數(shù)值與地質(zhì)的結(jié)構(gòu)、濕度、溫度及大地中含有的化學(xué)成分等有關(guān)，而且地電阻率的數(shù)值差別很大，因此可以通過(guò)測(cè)量地電阻率的值得到很多環(huán)境指標(biāo)信息；由不同深度的地電阻率值，了解地下土、巖層的電性變化，有效解決某些地質(zhì)問(wèn)題，如探測(cè)溶洞、地下暗河、追索構(gòu)造破碎帶、劃分不同巖性接觸帶等；對(duì)于考古學(xué)可以由土壤的電阻率值的差異來(lái)確定目標(biāo)物的深度、分布范圍和幾何形狀；對(duì)于建筑行業(yè)，可以用來(lái)檢測(cè)施工質(zhì)量，排除不安全隱患。
因?yàn)榈仉娮杪实臏y(cè)量多用于野外環(huán)境下，所以該儀器需要具有輕便、易操作性、低功耗等特性。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)處理技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，使得儀器在設(shè)計(jì)上小型化，輕便化和自動(dòng)化。
目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于地電阻率儀的研究技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)廣泛，尤其是隨著微處理器的發(fā)展，使得該儀器的研究得到迅速的發(fā)展，例如美國(guó)理想IDEAL生產(chǎn)的三極、四極地阻測(cè)試儀61-789 和61-788 等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前缺少一種可以作為適應(yīng)各種測(cè)量環(huán)境和測(cè)量公式的地電阻率儀。本文介紹的地電阻率儀通用軟件，其設(shè)計(jì)思想是將常用的幾種測(cè)量方法（例如，三極、四極等）固化到系統(tǒng)中，而其他的公式則由用戶根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行編輯。
1 地電阻率儀測(cè)量原理
根據(jù)測(cè)量原理測(cè)量地電阻率的方法可分為歐姆定律法和電橋法；從電極布置來(lái)分類測(cè)量方法：兩極法、三極法和四極法等；利用同一裝置在一條線上連續(xù)測(cè)量的剖面測(cè)量方法有：對(duì)稱四極、中梯、二極、三極、溫納、聯(lián)合剖面、偶極；還有在井中開展電阻率法/激電法的電測(cè)井裝置測(cè)量方法等；其中四極法是地電阻率測(cè)量中較理想且常用的方法。下面以通用四極法為例，具體闡述地電阻率測(cè)量原理,其他的測(cè)量方法大同小異。
四極法測(cè)量土壤電阻率原理圖如圖1所示[2]。測(cè)量時(shí)先在地面插入4個(gè)電極A、B、C、D,使用電源向外側(cè)電極A和B施加電流I，電流由電極A 流入,由電極B 返回電源,這時(shí)電流場(chǎng)將在電極上產(chǎn)生電勢(shì)，可以用電位差計(jì)或者高電阻電壓表測(cè)量電極C和D間的電位差。
電流極A 可以近似看成半球形電極，則電極在距A 點(diǎn)距離為X的任意一點(diǎn)產(chǎn)生的電位VA 表示為:
式(7)表明土壤電阻率可以由測(cè)量得到的電流、電壓及極間距離計(jì)算得到。
由以上分析可知：不管使用哪一種測(cè)量方法，其最終計(jì)算ρ的公式都是公式(7)，而計(jì)算K值的公式則隨著測(cè)量方法而改變。
2 地電阻率儀通用軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
地電阻率儀系統(tǒng)的主要功能是測(cè)量地電阻率值。根據(jù)測(cè)量原理，計(jì)算公式中的K值是關(guān)鍵。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，該測(cè)量工具可以在人及交互界面設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)。選擇?滋C/GUI源代碼輕量級(jí)嵌入式系統(tǒng)模擬開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)整個(gè)功能和界面設(shè)計(jì)。
2.1 地電阻率儀系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計(jì)
該裝置模塊的實(shí)現(xiàn)是在?滋C/GUI環(huán)境下進(jìn)行的，功能結(jié)合性能的考慮，界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易，滿足功能需要，又節(jié)省了內(nèi)存。系統(tǒng)軟件包括以下幾個(gè)功能模塊，具體如圖2所示。
2.2 地電阻率儀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖
根據(jù)實(shí)際情況，分析了地電阻率儀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程圖，力求滿足嵌入式軟件系統(tǒng)的要求：節(jié)省內(nèi)存，且結(jié)構(gòu)上可裁剪和拓展。具體如圖3所示。
2.3 系統(tǒng)軟件主要界面設(shè)計(jì)圖
系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)特點(diǎn)是：簡(jiǎn)潔明了以便于用戶理解和操作。主要界面的設(shè)計(jì)如圖4所示。
靈活：該功能模塊的實(shí)現(xiàn)，使用戶可以不需要考慮所采用的裝置是否是該測(cè)試儀中預(yù)存的裝置，按照提示信息進(jìn)行自由編輯，就可以得到K值。極大地方便了用戶，符合便捷式儀器的要求。
代碼封裝：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，代碼采用分模塊封裝，用戶只需要按照界面提示信息操作，后臺(tái)就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的代碼。尤其是在自由編輯界面的實(shí)現(xiàn)中，完成了識(shí)別用戶輸入的字符和數(shù)字的科學(xué)計(jì)算器的實(shí)現(xiàn)，首先要將字母轉(zhuǎn)換成字母所對(duì)應(yīng)變量的值，接著再用后臺(tái)計(jì)算器來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
易于擴(kuò)展：該模塊中，由于預(yù)存裝置是存放在Flash中，在用戶使用過(guò)程中，如果自由編輯某個(gè)公式的頻率相對(duì)高,則只需要在Flash中添加符合該公式的相關(guān)裝置記錄，并在界面提示信息中添加該條提示信息即將其轉(zhuǎn)換成預(yù)存裝置的一部分；同理也可以在Flash中取消某個(gè)預(yù)存裝置，使之成為用戶自由編輯的裝置，利于后期發(fā)展中功能的擴(kuò)展。
參考文獻(xiàn)
[1] 張曉英，孫宏志. 基于MSP430 的嵌入式系統(tǒng)低功耗技術(shù)研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士論文，2007.
[2] 萬(wàn)欣，李景祿.土壤電阻率的影響因素及測(cè)量方法的研究[D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，2006.