为了克服目前地震地磁观测台站普遍使用的质子磁力仪的诸多不足，满足地震地磁观测 台站的不同需求，适应远程无人值守的数字化观测的需要。本发明提供了一种数字化分量质 子磁力仪，该数字化分量质子磁力仪不仅能够根据选择在自动或手动状态下测量地磁总场和 分量及其组合，而且能够用数字化方式输出补偿电流，并且能够对补偿电流进行数字化方式 的设置、选择和标定。该数字化分量质子磁力仪能够对测量信号实施数字化选频与自动跟踪， 并可以匹配不同参数的探头和一定范围内任意长度的信号传输线。该数字化分量质子磁力仪 的通信工作方式是灵活的、可选择的，通信波特率和通信协议都可以根据需要进行设置。该 磁力仪的实时时钟是软件时钟与硬件时钟同步运行时钟，并可以用多种方式对其进行校时， 确保了时钟的可靠性与精确性。
本发明的原理框图如附图1，控制软件主流程图如附图2。
本发明的所采用的技术方案：
1.质子旋进磁力仪的基本测量原理
具有自旋磁矩和自旋角动量的质子，在地磁场的作用下，会产生一个以地磁场方向为轴 的拉莫尔旋进，其旋进频率与地磁场强度的关系为：
F＝2πfp/γp＝23.487215fp                         (1)
式中T为地磁场强度，单位为nT；
fp为质子旋进频率，单位为Hz；
γp为旋磁比，γp＝0.26751513·108弧度/特斯拉·秒；
(1994年国际科联科技委员会推荐)
本发明就是利用上述原理测量地磁场强度的，仪器的探头由无磁性外壳和线圈组成，线 圈内充满高纯度的煤油，煤油中含有大量的氢质子，质子旋进时在线圈中产生感应电动势， 其频率与质子旋进频率相同。测量时将线圈轴线置于磁东西方向上，先在线圈中通以强电流， 强迫质子磁矩沿线圈轴线方向排列，此过程称之为磁化。然后断开电流，质子磁矩将围绕地 磁场作旋进运动，并在探头线圈中产生感应电动势。在探头容器中液体的极化时间越长会使 越多的质子向极化场的方向取向，这意味着在测量中能得到持续时间长的较强的信号，使得 测量磁场的分辨率可以得到提高。根据极化场的大小，通常情况下，极化时间在2-6秒，在 本发明中，选择的极化时间为4秒。
由于在探头中产生的电动势非常微弱，仅在微伏级，因此必须进行选频放大，把信号放 大到足够的强度，才能进行测量。测出线圈感应电动势的频率，应用公式(1)，便可求出地磁 场的值。
本发明与赫姆霍茨线圈配合，分别可测量地磁总场F，水平分量H(或垂直分量Z)、磁 偏角D及其之间的组合。
测量地磁总场F时，补偿线圈不通电流。
测量水平分量H时，需要在补偿线圈中产生一垂直磁场，抵消掉地磁总场的垂直分量Z。
测量水平分量Z时，需要在补偿线圈中产生一水平磁场，抵消掉地磁总场的水平分量H。
测量磁偏角D的方法较为复杂，是按照一定的几何关系测量并计算而得到的。
2.数字化选频放大与自动跟踪技术
2.1数字化选频
在质子磁力仪测量系统中，探头是感性元件，所测量的信号是频率信号，本数字化分 量质子磁力仪就是利用LC并联谐振回路进行选频测量的，根据谐振公式：
$f=\frac{1}{2\pi \sqrt{\mathrm{LC}}}------\left(2\right)$
(式(2)中：L是探头的电感量，C是仪器中的配谐电容值，f是LC谐振回路的中心频率。)
只要使探头的电感量L和仪器中配谐电容C较准确地配谐，就会使回路的谐振频率f 共振在探头中质子旋进频率fp的附近，使仪器能选到正确的测量信号。探头的电感量是个固 定值，其电感量生产厂家一般都要说明，也可以用专用仪器测量得到。只要能根据需要测量 的信号频率给出较为准确的配谐电容值C，就能将该频率信号选取出来。
由式(2)可得：
$C=\frac{1}{{\left(2\mathrm{\pi f}\right)}^2·L}-----\left(3\right)$
式(3)中，探头电感量L为已知的常数，要得到需要配谐的电容值C，必须确定共振回路 的中心频率f，这个频率必须与探头中质子旋进频率fp的接近。一个地区磁场的大致范围是 可以知道的，即使不知道，我们也可以在一定内范围内估计一个值，将该地区的大致磁场值 或估计值T0设置到本发明中，并在本发明中以此值计算出相对应频率F0，并确定为共振回 路的中心频率f，并以此频率计算出配谐电容的值C0。即：
$C_0=\frac{1}{{\left(2\pi F_0\right)}^2·L}-------\left(4\right)$
其中：F0＝T0/23.487215，单位为nT。
将计算得出的配谐电容值转换成二进制位权码，并用来控制电容矩阵电路，对质子旋进 的感应信号进行数字化选频。如果磁场值T0所对应的频率F0越接近需要测量的信号频率fp， 所计算出的配谐电容值就越精确，在共振回路中得到的信号就越强。
2.2自动跟踪技术
为了能够在共振回路中连续得到较强的测量信号，我们采用了选频自动跟踪技术，由于 本数字化分量质子磁力仪自动连续测量的是分钟值，而地磁场的变化相对又比较缓慢，一分 钟之内变化最多也就是几个nT；因此，前一分钟的信号频率与后一分钟的信号频率非常接近。 利用地磁场变化的这一特性，我们依据前一分钟测量值Ti算出相应的信号频率Fi，并作为下 一次信号测量时选频回路的中心谐振频率fi，以此，根据公式(4)得到需要的配谐电容值Ci。 依据这个原理，不断地用上次的测量结果，对下一次测量进行自动选频，这就是本分量质子 磁力仪选频的自动跟踪原理。为了防止干扰对选频跟踪的影响，在本发明的实际设计中，采 用上两次测量结果的平均值对下一次测量进行自动跟踪选频。
2.3探头参数、信号线分布电容的匹配与修正方法
为了克服一种仪器只能匹配一种参数的探头和信号传输线不能任意长短的不足。在本发 明中，可以将探头的参数通过仪器键盘设置在本发明中，使参与数字化选频运算的探头参数 成为可以设置的常数，为本发明可以匹配不同参数探头提供了方便。此外，由于信号线存在 分布电容ΔC，使得选频共振回路的选频电容值成为：C+ΔC；如果ΔC的值较大的话，将 使选频回路的共振频率较多地偏离应该测量的质子旋进频率，使选频的信噪比下降，甚至会 导致仪器得不到所要的信号。由于探头信号线的分布电容可以用仪器测量得到，如果能通过 键盘将分布电容ΔC设置到仪器中，并在进行数字化配谐时扣除分布电容ΔC的影响，就可 以实现较准确的选频配谐。在本发明中，利用这种方法，有效地解决了信号线分布电容给仪 器测量造成的影响，并可以使信号传输线在一定范围内任意长短，为用户的使用提供了方便。
3.信号测量的方法(等周期分频计数测量原理)
探头中线圈感应电动势的频率信号经选频放大以后，现在就是怎样来测量了。测量这个 频率的方法有好多种，本数字化分量质子磁力仪采用的是等周期分频计数测量法，就是利用 磁场测量的自动跟踪值或设定值所对应的质子旋进频率按固定周期计算一个分频比，并将需 要测量的频率信号按这个分频比进行分频，然后测量分频后信号的一个正向脉冲宽度(半周 期)。
具体做法是以此脉冲作为门控信号，计数单片机内部周期的方波个数来求得此脉冲的宽 度，从而算出被测量信号的频率，以此便可得出需要测量的地磁场。本仪器采用的单片机晶 振频率为12MHz的温补晶振，其机器周期为1μS。设K为利用跟踪值或设定值T0所对应 的质子旋进频率按固定周期t计算的分频系数，探头磁化后质子旋进信号的频率为fp，其周 期为1/fp，此信号放大整形后成为方波信号，经K分频后，其方波周期为K/fp，用单片机系 统测其正向脉宽(半周期)为N(单位μS)，便可算出磁场强度T的值。它们符合下列关系：
$K=\frac{t·T_0}{234872.15}$ (t为固定分频周期，本发明中取0.71s)     (5)
$\frac{1}{2}·K·\frac{1}{f_p}=N·{10}^{-6}-------\left(6\right)$
由于fp＝T/23.487215，将fp代入上式(6)，并整理得到：
$T=\frac{K·23.487215·{10}^6}{2N}\left(\mathrm{nT}\right)------\left(7\right)$
以上就是本数字化分量质子磁力仪对测量的频率信号进行测量的等周期分频测量法。
4.分量补偿测量原理与数字化标定方法
4.1补偿原理
在分量核旋仪测量垂直分量Z时，需要在霍姆赫兹补偿线圈中通过一电流，使之产生与 水平分量H相抵消的磁场；同样在测量水平分量H时，需要在补偿线圈中产生一磁场，以 抵消垂直分量Z。现在以测量水平分量H为例，说明一下分量测量的原理和方法。即：
$H_P=\sqrt{H^2+{(Z_1-Z)}^2}------\left(8\right)$
HP为分量核旋仪测量水平分量的读数，H是地磁场的水平分量，Z1是霍姆赫兹补偿线圈 中产生的抵消磁场，Z是地磁场的垂直分量。只有在Z1＝Z时，才有HP＝H，即所观测到的值 才是需要观测的值。而实际上，地磁场的垂直分量是一个不断在变化的量，再有其他因素的 影响，难以做到|Z1-Z|始终绝对为零，但是要求|Z1-Z|的值越小越好，一般地应满足： |Z1-Z|＜100nT。
对(8)式作二项式展开，且取前两项可得：
$H_P=H+\frac{{(Z_1-Z)}^2}{2H}--------\left(9\right)$
(9)式中Z1＝η·I，η为霍姆赫兹线圈常数，I为线圈中通过的电流，则(9)式转化为：
$H_P=H+\frac{{\eta }^2{(I-\frac{H}{\eta })}^2}{2H}-----\left(10\right)$
为了求解方便，令η2/(2H)＝a，H/η＝I0，则(10)式变为：
          HP＝H+a(I-I0)2                                       (11)
分量核旋仪所观测到的H值均应满足上面的方程式(11)，即(I，H)各点均应落在由式(11) 所确定的抛物线上。从式(11)可以看出I＝I0时，抛物线有极小值HP＝H，此时所测量到的就是 水平分量，此时的电流值I0就是需要求得的补偿电流值。
同理可以求得垂直分量满足关系：ZP＝Z+a(I-I0)2
4.2标定方法
式(11)中的H、a、b为待定系数，只要有三组(I，HP)便可以确定所需要求的I0值；因 此，可以任意给定三个电流值I1、I2、I3，测出三个相应的H1、H2、H3，建立联立方程组：

由方程组(12)可得：
$I_0=\frac{(H_1-H_2)(I_1^2-I_3^2)-(H_1-H_3)(I_1^2-I_2^2)}{2[(H_1-H_2)(I_1-I_3)-(H_1-H_3)(I_1-I_2]}-----\left(13\right)$
式(13)所求得的b值即为需要求得的水平分量的补偿电流值。
同理可以求得垂直分量的补偿电流为：
$I_0=\frac{(Z_1-Z_2)(I_1^2-I_3^2)-(Z_1-Z_3)(I_1^2-I_2^2)}{2[(Z_1-Z_2)(I_1-I_3)-(Z_1-Z_3)(I_1-I_2]}-----\left(14\right)$
5.磁偏角的测量原理与偏置电流的标定方法  
5.1磁偏角的测量原理
在本分量核旋仪测量磁偏角相对变化θ时，用与磁轴Z平行的线圈抵消掉Z之后，再 用另一组线圈在水平面内分别产生东西方向上的两个方向相反的偏置磁场C+与C-，同时测 定偏置磁场C+、C-与水平分量H的合成磁场R+和R-，按照一定的几何关系，便可计算出 磁偏角的相对变化量θ。取|C+|＝|C-|，当C+，C-垂直于H时，则|R+|＝|R-|。当 测出|R+|＝|R-|时，则C+，C-一定垂直于H，此时H在磁子午线方向上，令此时的H 为H0。当水平磁场由H0变为H时，方向变化了一个角度θ，这个角度θ就是磁偏角的相对 变化值。如附图6所示。取C+＝C-＝C，此时：
        R+ 2＝H2+C2+2HC sin θ    (15)
        R- 2＝H2+C2-2HC sin θ    (16)
上两式相减，得：
        R+ 2-R- 2＝4HCsinθ
$\theta =\arcsin \left(\frac{R_{+}^2-R_{-}^2}{4\mathrm{HC}}\right)------\left(17\right)$
将式(17)进行二项式展开，并用单片机编程计算，便可以求得磁偏角的相对变化量θ，若 加上磁偏角的基线值D0，便得到磁偏角的准绝对值D，即：D＝D0+θ。
5.2偏置磁场标定方法
式(17)中，R+，R-，H是直接测量得到的值，而C是取值，其大小在本分量核旋仪的实 际工作中取值等于H0，即C+＝C-＝C＝H0；在计算磁偏角相对变化时，是作为常数参与计算 的；C磁场又是在偏置线圈中通过一固定的偏置电流产生的偏置磁场，由于偏置电流稳定性 的影响，偏置线圈常数稳定性的影响，以及其他因素的影响，偏置磁场产生漂移在所难免， 使偏置磁场的实际值从C变化到C+ΔC，如果仍然以设定的C值参与计算，将会影响到磁 偏角的计算精度。因此在日常观测中，一般使磁偏角的运算误差超过0.01′时，就需要对产 生偏置磁场的偏置电流IC进行标定。进行偏置磁场标定的一种方法是将分量线圈旋转90°， 依照分量核旋仪首次仪器调试时的方法对其重新进行选取。但这种方法比较麻烦，既费时又 费力，对操作人员还要有一定的技术要求，而且在无人值守或远程通信控制的情况下无法实 现。
另一种方法，无需将分量线圈转动，用程序控制的方法便可实现。
根据磁偏角的测量原理，由式(15)和式(16)相加得：
      R+ 2+R- 2＝2(H2+C2)
若实际的偏置磁场为CP，则有：
$C_P=\frac{\sqrt{2}}{2}\sqrt{(R_{+}^R+R_{-}^2)-{2H}^2}------\left(18\right)$
式(18)中，R+，R-，H可以通过直接测量得到，实际偏置磁场CP便可以根据这些直接测 得的磁场值计算得出。如果产生偏置磁场的电流和线圈常数都没有漂移，若忽略其他因素的 影响，计算得出的偏置磁场C值，应当与初始选定的偏置磁场C0值即H0的值相等。如果不 等，说明产生了漂移，就需要对线圈的补偿电流进行标定。
由于：CP＝η·I
(I为偏置磁场的偏置电流，η为线圈常数，CP为根据式(18)的计算得到的实际偏置磁场 值。)
由于I为已知的当前偏置电流，算出CP以后，便可以得出当前的线圈常数η：
$\eta =\frac{C_P}{I}------\left(19\right)$
得到线圈常数η以后，再根据初始设定的C0值(即H0)得到需要得到的偏置电流I0：
$I_0=\frac{C_0}{\eta }-----\left(20\right)$
6.测项选择功能和方法
本发明可以与不同的赫姆霍茨线圈匹配，分别可测量地磁总场F，水平分量H(或垂直 分量Z)、磁偏角D及其之间的组合。
本发明提供了对磁场测量可以进行测项选择的功能和方法，它可以根据需要设置不同的 测项或测项组合，并根据这种设置进行自动或手动观测。
具体的测项选择设置方法如下：            测项选择 测项代码 测项功能   测项组合   说  明   00   F   F   5～60秒连续观测   01   Z   Z   5～60秒连续观测   02   H   H   5～60秒连续观测   03   F   F   每分钟55秒起测；   04   F   FF   每分钟53秒起测，结果取均值；   05   F   FFF   每分钟50秒起测，结果取中数；   06   Z   Z   每分钟55秒起测；   07   Z   ZZ   每分钟53秒起测，结果取均值；   08   Z   ZZZ   每分钟50秒起测，结果取中数；   09   H   H   每分钟55秒起测；   0A   H   HH   每分钟53秒起测，结果取均值；   0B   H   HHH   每分钟50秒起测，结果取中数；   0C   FZ   ZFZ   每分钟50秒起测，Z结果取均值；   0D   FZ   ZFFZ   每分钟48秒起测，F、Z结果取均值；   0F   FZ   ZFFFZ   每分钟45秒起测，F结果取中数、Z结果取均值；   10   FH   HFH   每分钟50秒起测，H结果取均值；   11   FH   HFFH   每分钟48秒起测，F、H结果取均值；   12   FH   HFFFH   每分钟45秒起测，F结果取中数、H结果取均值；   13   FHD   R+R-HFHR-R+   每分钟40秒起测，H结果取中数均值；   14   FHD   R+R-HFFHR-R+   每分钟38秒起测，F、H结果取均值；   15   FZD   R+R-ZFZR-R+   每分钟40秒起测，Z结果取中数均值；   16   FZD   R+R-ZFFZR-R+   每分钟38秒起测，F、Z结果取均值； 备注：本发明测量一个测项的时间为5秒。
7.双时钟并行工作方式
为了克服实时测量仪器中软件时钟容易死机和丢失时钟参数的缺陷以及硬件时钟运行精 度较低的不足。本发明采用了双时钟并行工作方式，它利用硬件时钟不停息运行和可设计成 看门狗功能的特点，作为启动时钟对软件时钟进行启动运行；本发明的系统晶振采用的是温 度补偿晶振，因而利用系统机器周期而设计的软件时钟走时准确，利用这个特点作为实时时 钟，并对硬件时钟不断地进行校时。而且为了进一步保证时钟的准确性，还可以通过手动校 时、计算机远程通信校时、GPS校时方式，用外时钟对本发明进行校时，确保了本发明时钟 系统的运行既准确又可靠。
8.可设置的通信工作方式
为了克服一般仪器单一的通信波特率和固定的通信协议方式的不足，满足不同用户对通 信波特率和通信协议的不同要求。本发明提供了一种灵活的可设置的通信工作方式，这种通 信工作方式在波特率选择方面可以根据用户的需求设置不同的通信波特率，在通信协议方面 可以设置成中国地震局制定的前兆通信协议方式、用户自定义通信协议方式。在用户自定义 通信协议方式下，用户可以自行定义通信协议。本发明这种灵活的通信工作方式，为远程保 密通信提供了条件。
本发明的有益效果是：能够根据设置，在自动状态下连续测量或在暂停状态下手动测量 地磁总场和分量及其组合，有较强的通用性；能够用数字化方式输出补偿电流，并且能够对 补偿电流进行数字化方式的设置、选择和标定；能够对测量信号实施数字化选频与自动跟踪， 提高了磁场的测量精度，并可以匹配不同参数的探头和一定范围内任意长度的信号传输线， 提高了本发明的适应性；本发明的通信工作方式是灵活的、可选择的，通信波特率和通信协 议都可以根据需要进行设置；本发明的实时时钟是软、硬件同步运行时钟，并可以用多种方 式对其进行校时，确保了时钟的可靠性与精确性。满足了地磁观测台站的不同需求，能够适 应远程无人值守的数字化地磁观测的需要。

下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的电路原理框图；
图2是本发明的控制软件主流程图。
图3是数字化选频放大电路。
图4是等周期分频测量电路。
图5是数字化电流源电路。
图6是磁偏角测量与偏置补偿原理图。
图7是本发明的时钟电路
图1中：(1)探头、补偿线圈与极化电路，(2)配谐电容网络，(3)信号放大电路，(4)数 字滤波电路，(5)等周期分频电路、键盘、显示驱动电路，(6)键盘、显示电路，(7)单片机 电路，(8)串行通信电路，(9)时钟与看门狗电路，(10)地址锁存、译码电路，(11)数据存储电 路，(12)配谐电容矩阵、数字滤波、补偿电流的控制电路，(13)D/A转换电路，(14)数字化电 流源电路

1.数字化选频放大与自动跟踪技术的具体实施方式
数字化选频的具体做法是：用数字方式控制电子开关或继电器的导通，以达到控制配谐 电容网络电容值的目的。如附图3所示，图中电子开关K1～K10(本发明中采用的是低导通 电阻的电子开关MAX313)和电容C1～C10构成了数控配谐电容网络，按二进制位权关系取 值的十个电容和电子开关串联后再并联在一起。十位二进制数A1～A10作为十个开关的控 制输入，于是输入不同的二进制数，电容网络将有不同的电容值。A1～A10的具体数值是根 据式(4)计算出的二进制数，并扣除信号线分布电容值而得到的控制代码。电容网络与探头L 并联形成LC选频共振电路，经LC共振电路选出的质子旋进信号，再经由IC1、IC2、IC3 组成的测量放大器进行放大。为了更好地得到需要得到的测量信号，放大后的信号又经过由 IC4、IC5、IC6、IC7组成的数字滤波器进行滤波，最后由IC7第4脚输出的信号就是与质子 旋进信号频率相同，送单片机测量系统进行测量的方波信号。
2.等周期分频测量的具体实施方式
用定时/计数器对经放大处理过的质子旋进频率信号进行等周期分频，分频后的方波信 号送单片机测量其正半周期的宽度，以此宽度按照前面所述的公式(7)便可以计算出实际的磁 场值。如图4所示，图中的IC3(81C55)是一种单片机并行接口电路，内部有一个14位的 定时/计数器，本发明利用这一定时/计数器进行等周期分频，第3脚是信号的输入端，第6 脚是信号的输出端；输出后的信号再送到单片机89C55的第13脚INT1端，利用单片机的内 部定时/计数器T1测量该脉冲信号正半周期的宽度，从而计算出实际的磁场值。
3.数字化电流源的具体实施方式
用D/A、A/D转换器以及电流输出电路在微控制器的控制下实现闭环的数字式电流输出。 如图5所示，U3是一种16位串行D/A转换电路，它在单片机U1的控制下，将设定或修正 的16位的数据转换成0～2.5V的电压输出，经过运算放大器U7电压跟随以后，输入给电流 控制放大器U4，从而控制由Q1、Q2、D1、R4、R6、R0组成的电流输出电路，A、B端为 电流输出端，R0为电流取样反馈电阻，由R0取样得到的电压，一路反馈到U4控制电流的 输出，另一路到A/D转换器U6进行A/D转换，转换的结果经接口电路U2送到单片机U1 中进行处理，处理后的结果再反馈到D/A转换器U3中，以控制A、B端的输出电流，这样 就形成了一个电流闭环控制系统。
4.分量补偿电流标定方法的具体实施方式
利用式(13)或(14)选择抛物线上的三点求得的I0值，有时会因为某些因素的影响产生一些误 差，为了最大限度地避免这种误差的产生，在发明的实际设计中，选择了用抛物线上的五点， 求解I0值的方法。具体做法是，给定一初选电流I1，测出该电流下三组水平分量的数据，并 取其中间值作为H1，然后在I1的基础上分别+4mA、+8mA、-4mA、-8mA，并测得四个三组 数据，并分别取其中间值作为H2、H3、H4、H5；仪器根据抛物线上的这五点，以排列组合 的方式，用式(13)或(14)分别求得I01、I02、I03……I08、I09共9个I0值。为了避免因某些因素对 观测值的影响，仪器在计算时会自动去除这9个I0值中两个最大值与两个最小值，再求剩下 的5个I0值的平均值作为需要求得的最终补偿电流值，即：
       I0＝(I01+I02+I03+I04+I05)/5                            (a)
在日常观测进行补偿电流标定时，给定的初选电流I1，就是当前正在观测时的补偿电流； 在仪器初次安装调试时，可以用式(b)进行计算选取。
$I_1=\frac{\mathrm{ZR}}{89.918N}-------\left(b\right)$
其中，I1为初选补偿电流强度，单位为mA，N为补偿线圈的匝数，R为补偿线圈的半径， 单位取cm，Z为测点补偿磁场值或其估计值，单位取nT。
5.偏置磁场标定方法的具体实施方式
为了保证测量与运算精度，在本发明中采用连续测量三组R+，R-，H，根据式(18)分别计 算出三组CP(即CP1，CP2，CP3)，并取其中的中间值用式(19)再计算出线圈常数η，得出线圈 常数η后，根据初始设定的偏置磁场值C0(即H0)，由式(20)计算出需要得到的偏置磁场的偏 置电流I0。
6.实时时钟的具体实施方式
本发明采用了硬件时钟和软件时钟并行工作方式，附图7就是本发明的硬件时钟与单片 机的连接图，图中IC1是本发明单片机控制芯片89C55，IC2是硬时钟芯片DS12887，IC3 是CMOS与非门电路CD4011。利用硬件时钟不停息运行的特点，在系统上电或复位时将时 钟参数传输给软件时钟，启动软件时钟运行。本发明的系统晶振采用的是温度补偿晶振，因 而软件时钟走时准确，该时钟作为系统的正常运行的实时时钟，并每分钟对硬件时钟进行校 时一次，从而也保证硬件时钟走时的准确性。
由于DS12887具有报警功能，本发明利用这一特点设置了仪器的看门狗电路。其具体实 施方法是：让系统控制程序定时为DS12887写入报时时间值，当硬时钟运行到该报时时间值 时，DS12887将输出一个正脉冲，将此正脉冲经由IC3组成的单稳态电路整形展宽后接至仪 器单片机89C55的复位端RESET，使仪器强行复位。
本发明具有三个工作状态：即自动状态、暂停(手动)状态和标定状态，因而以上功能 的实现在三个不同状态时的做法上有些差异。仪器在自动状态时，系统控制程序在进行一次 采样之前，将下一次采样观测的时间作为报时值写入DS12887报警时间单元，这样在程序处 于正常运行时，在每次采样之前均会修改一次报时时间值，从而不会有复位脉冲产生。而当 由于偶然因素的干扰引起死机时，由于报时值不能及时得到修改，而硬时钟正常计时，当计 时到设置的报时时间时，就会产生复位脉冲RESET使系统复位，从而保证仪器处于正常的自 动工作状态。
仪器在暂停(手动)状态和标定状态时，系统控制程序将当前进行键盘操作时的时间与 仪器设定的报警时间间隔相加，并将相加后的时间写入DS12887报警时间单元，本发明设定 的报警时间间隔为30分钟，只要在30分钟以内有键盘操作，将保持现有的工作状态，一旦 在30分钟以内没有键盘操作，将启动看门狗功能，使仪器复位，回到自动观测状态。
为了进一步保证时钟的准确性，还可以通过手动校时、计算机远程通信校时、GPS校时 方式，用外时钟对本发明进行校时，确保了本发明时钟运行既准确又可靠。
7.通信功能的具体实施方式
本发明的通信方式是一种灵活的通信工作方式，首先用户可以根据需要设置不同的通信 波特率，具体实施方式是：由于本发明所使用的单片机芯片是80C52系列的89C55，该芯片 内部有三个定时/计数器，即T0、T1和T2，定时/计数器T2是一个16位的、具有自动重装 载和捕获能力的定时/计数器，本发明就利用定时/计数器T2作为波特率发生器，并工作在定 时工作方式，因此由该定时器产生的波特率为：
$F=\frac{f_{\mathrm{osc}}}{2\times 16\times [65536-(\mathrm{RCAP}2H,\mathrm{RCAP}2L)]}------\left(c\right)$
(F为波特率，fosc为单片机晶振频率，(RCAP2H，RCAP2L)为定时/计数器T2的高8位和低8位。)
由于单片机晶振频率fosc一定，因此只要(RCAP2H，RCAP2L)确定，波特率F就确定； 同样如果波特率F确定，定时常数(RCAP2H，RCAP2L)也就随之确定；如果波特率F改变， 定时常数(RCAP2H，RCAP2L)也就随之改变。根据式(c)得：
$(\mathrm{RCAP}2H,\mathrm{RCAP}2L)=65536-\frac{f_{\mathrm{osc}}}{2\times 16\times F}------\left(d\right)$
如果用户确定了需要的通信波特率，并将这个值设置到本发明中，本发明将利用式(d)计 算出波特率发生器的定时常数，也就决定了(RCAP2H，RCAP2L)的值，这样波特率发生器 将产生用户需要得波特率。
在通信协议方面可以设置成中国地震局制定的前兆通信协议方式和用户自定义通信协议 方式。在中国地震局制定的前兆通信协议方式下，可进行远程或近程串行数据通信。在用户 自定义通信协议方式下，用户可以自行定义通信协议，具体方法是：本发明已经将各项通信 功能按序号进行了编码，用户只要将自己定义的通信协议的位数(字长)和协议代码按本发 明中的通信功能所对应的编码进行设置便可；在这种工作方式下，当本发明接受到通信参数 时，将与设置的通信协议进行比较，如果与设置的协议相符将执行与其相符的通信功能。