3.3  P-TDR系统软件设计

P-TDR系统的软件运行于微处理器上，其主要功能是：通过模/数转换电路获取入射信号与反射信号的相位差和电压幅度，计算电磁波信号在传感器探针上传播的时间和信号的衰减量，通过校正公式得到土壤体积含水量和电导率；通过LCD显示模块和键盘提供人机界面，显示土壤水分和电导率测量结果以及系统工作状态，并设置各种工作参数；将测量结果保存到FLASH存储器以便以后查看和上传到计算机；与计算机通信，以便通过计算机来设置系统参数和将测量数据上传到计算机作进一步的分析处理。P-TDR土壤水分和电导率测量系统软件工作流程图如图3-18所示。

通常根据相位检测器的输出只能得到-180°～180°之间的相位差，因为对于任意相位差Δφ和与之相差若干个周期的相位差360°n+Δφ来说，相位检测器的输出是相同的。为了解决这种整周期数不确定的问题，可以采取如下方法：使信号源的输出频率改变一个较小的值Δω，假设这样引起的相位差的变化为Δθ，即在信号频率为ω和ω+Δω时对应的相位差分别为Δφ和Δφ+Δθ，因为其他条件未变，所以在这两种情况下t_t、t_r的值是相同的，根据式（3-4）可得：

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因为Δω很小，所以Δθ的值也很小（在-180到180°之间）；Δω可根据实际需要取正值和负值，所以Δθ也可为正可为负。这样，通过对Δω的值进行适当的选择就能保证Δφ和Δφ+Δθ有相同的整周期数，那么Δθ就没有整周期数不确定的问题（其整周期数为0）。Δθ的值确定后，由ω和Δω的值就可以再根据式（3-33）计算出Δϕ的准确值。

图3-18 P-TDR土壤水分和电导率测量系统软件工作流程图