摘要：小型化与轻便化是物探仪器开发需要的重要因素之一。该文设计以STC12C5A60S2为控制中心，以HMI为友好界面的音频电透视接收机系统，有效减小仪器体积和重量，并降低功耗，更加方便用户使用。
关键词：音频透视 人机界面
中图分类号：P631.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0125-02
矿井工作面的回采，需要了解工作面以及顶底板的含、导水构造等异常情况，音频电透视是水文地质构造勘察的重要物探方法之一，能有效的探查工作面及顶底板的地质异常，因而具有广泛的用途，为用户方便快捷操作，本文讨论一种更加轻便小型的音频电透视接收机系统设计。
1 音频电透视原理
音频电透视属于电法类的物探手段。人工供电场的分布形态与岩层、矿石之间存在的导电差异有紧密的联系，在原生态煤系地层中，纵向导电性特征具有固定变化规律，横向一般均一。如其含有陷落柱、断层等地质构造或异常水体，纵横向的电性规律将发生变化，这就为以电性差异的音频电透视提供物理基础[1][2][3]。
2 接收机硬件设计
接收机由前置放大器、50HZ陷波器、信号采集电路组成。前置放大器采用差分放大电路，差分输入方式增大了系统的动态范围，可以抑制共模噪声和偶次谐波，提高系统的信噪比。放大后的信号经过由集成滤波器组成的50HZ陷波器使工频干扰控制在一定的电平之下，经过50HZ陷波的接收信号经信号调理电路调理给信号采集电路，信号采集电路将采集到的信号经过FFT处理、显示、计算信号幅度，并记录[4][5][6]（图1）。
3 接收机软件设计
接收机软件主要获取指定接收电极的电压值，以及相关采样信息，包括数据采集软件、参数设置、数据显示、数据处理、数据储存、通信构成。程序主要分为四个模块：接收控制模块、信号处理模块、数据显示模块、文件存储模块（图2）。
接收控制模块：实现工作频率的选择、发射点与接收点的设置、以及与电极间通信。
信号处理模块：处理接收数据，获取指定工作频率下电压值。
数据显示模块：图形化显示所测得的数据。
文件存储模块：实现数据存储与读取。
接收机程序流程如（图3）。运行程序后，初始化采集模块，如果失败则结束程序；否则进入程序主界面，设置施工参数，包括发射巷道，接收巷道，施工人员，施工单位，发射点间距，接收点间距，数据文件名等；然后设置工作参数（工作频率、发射电流、发射电极、接收电极等）；设置完成后，初始化AD，若失败则停止当前的数据接受；否则采集对应的电极的电压值，以及工作电流等，并显示数据；当该接收点数据接受后，更换接收电极，重复测量；设置新的发射电极和接收电极，继续测量；若所有接收点测毕，保存并结束接收程序。
4 接收机实现
音频电透视接收机是以高速、低功耗、超强抗干扰的多接口STC12C5A60S2芯片为控制中心，采用简单的三线串接口对ADS1252进行控制和数据读取，外部微处理器必须在一次新的转换过程启动之前读取所有数据位[7]；采用液晶屏为显示设备，液晶屏设备与STC12C5A60S2以串口为通讯通道；SD卡为存储设备，利用CH375转接芯片与STC12C5A60S2芯片的8位并口作为通信通道。音频电透视接收机连续工作时间不少于8小时，接收电压精度：0.01%（50mA），接收电压范围：±2V，数据接收频点不少于2个。程序运行主界面如（图4）。
图4 接收机主界面
施工参数设置包括发射巷道，接收巷道，施工人员，施工单位，发射点间距，接收点间距，数据文件名等；采样参数设置包括工作频率、发射点与接收点间距、接收电极距等；电极设置为发射点、接收点选择区域，按钮上为电极标号，与发射点、接收点间距同步变化。
5 结语
目前，音频电透视主要以带有操作系统的工控机为主，其供电电压可达到250V，供电电流可达到100mA，供电频率可多档：15Hz，30Hz，70Hz，120Hz，测量点压0-2V，分辨率1uV，但工控机功耗大，整个仪器体积大，重量重，携带不方便，连续工作时间短；本文以STC12C5A60S2为控制中心、液晶屏为显示设备的音频电透视接收机系统，能满足现有音频电透视的各种技术指标的同时，功耗小，体积小，界面友好，操作方便，可持续工作时间增长，适用于复杂环境。对物探仪器的小型化开发具有借鉴价值。
参考文献
[1]邵爱军，刘唐生等.煤矿地下水与底板突水[M].北京：地震出版社，2001.
[2]李冬林，姜振泉，扬栋梁.煤层底板音频电透视探测成果反映的底板阻水条件[J].地球科学与环境学报，2005（03）：68-71.
[3]刘瑞新.音频电透视技术在煤矿水文探测中的应用[J].煤矿现代化，2012（05）：58-60.
[4]王卫平.电子产品制造技术[M].清华大学出版社，2005.
[5]林君.地球物理勘探仪器及其发展趋势[J].中国仪器仪表，1995（05）：9-13.
[6]林君.现代科学仪器及其发展趋势[J].吉林大学学报（信息科学版），2002（01）：1-7.
[7]项沥泉.先进的便携式数据采集系统[J].测控技术，1997（02）：55-58.
