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)實際測量值和自由輸入公式來計算K值,，進(jìn)而求出地電阻率的值,。一個通用公式編輯輸入軟件工具的實現(xiàn)是關(guān)鍵,。綜合了各種實際情況,，設(shè)計了應(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
地電阻率儀是用來測量地電阻率的常用儀表,，它在環(huán)境監(jiān)測,、地質(zhì)勘探、考古及施工質(zhì)量檢測中均具有重要應(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，因此可以通過測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)問題,，如探測溶洞、地下暗河,、追索構(gòu)造破碎帶,、劃分不同巖性接觸帶等；對于考古學(xué)可以由土壤的電阻率值的差異來確定目標(biāo)物的深度,、分布范圍和幾何形狀,；對于建筑行業(yè)，可以用來檢測施工質(zhì)量,，排除不安全隱患,。
因為地電阻率的測量多用于野外環(huán)境下，所以該儀器需要具有輕便,、易操作性,、低功耗等特性。近年來隨著計算機(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)計上小型化，輕便化和自動化,。
目前,，國內(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,，例如美國理想IDEAL生產(chǎn)的三極、四極地阻測試儀61-789 和61-788 等,。據(jù)統(tǒng)計,，目前缺少一種可以作為適應(yīng)各種測量環(huán)境和測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)計思想是將常用的幾種測量方法（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)實際需要進(jìn)行編輯,。
1 地電阻率儀測量原理
根據(jù)測量原理測量地電阻率的方法可分為歐姆定律法和電橋法,；從電極布置來分類測量方法：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)測量的剖面測量方法有：對稱四極、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/激電法的電測井裝置測量方法等,；其中四極法是地電阻率測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量原理,其他的測量方法大同小異,。
四極法測量土壤電阻率原理圖如圖1所示[2],。測量時先在地面插入4個電極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,這時電流場將在電極上產(chǎn)生電勢,，可以用電位差計或者高電阻電壓表測量電極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 點距離為X的任意一點產(chǎn)生的電位VA 表示為:
式(7)表明土壤電阻率可以由測量得到的電流,、電壓及極間距離計算得到,。
由以上分析可知：不管使用哪一種測量方法，其最終計算ρ的公式都是公式(7),，而計算K值的公式則隨著測量方法而改變,。
2 地電阻率儀通用軟件的設(shè)計與實現(xiàn)
地電阻率儀系統(tǒng)的主要功能是測量地電阻率值。根據(jù)測量原理,，計算公式中的K值是關(guān)鍵,。在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，該測量工具可以在人及交互界面設(shè)計過程中實現(xiàn),。選擇?滋C/GUI源代碼輕量級嵌入式系統(tǒng)模擬開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)整個功能和界面設(shè)計,。
2.1 地電阻率儀系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計
該裝置模塊的實現(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)計簡易,，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)計流程圖
根據(jù)實際情況，分析了地電阻率儀系統(tǒng)軟件設(shè)計的流程圖,，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)計圖
系統(tǒng)界面設(shè)計特點是：簡潔明了以便于用戶理解和操作,。主要界面的設(shè)計如圖4所示。
靈活：該功能模塊的實現(xiàn),，使用戶可以不需要考慮所采用的裝置是否是該測試儀中預(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)計過程中,，代碼采用分模塊封裝,，用戶只需要按照界面提示信息操作，后臺就會執(zhí)行相應(yīng)的代碼,。尤其是在自由編輯界面的實現(xiàn)中,，完成了識別用戶輸入的字符和數(shù)字的科學(xué)計算器的實現(xiàn)，首先要將字母轉(zhuǎn)換成字母所對應(yīng)變量的值,，接著再用后臺計算器來進(jìn)行計算,。
易于擴(kuò)展：該模塊中，由于預(yù)存裝置是存放在Flash中,，在用戶使用過程中,，如果自由編輯某個公式的頻率相對高,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：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）碩士論文，2007.
[2] 萬欣,，李景祿.土壤電阻率的影響因素及測量方法的研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院,，2006.