基于AT89C52的電化學工作站設計

摘要 在電化學理論的基礎上研制了一臺電化學工作站，它包括信號發(fā)生器、恒電位儀、數(shù)據(jù)采集部分、單片機及上位工控機。整個工作站可對電化學系統(tǒng)中電流、電位等信號進行控制和測量，而且可以實現(xiàn)陰極保護功能。與傳統(tǒng)電化學工作站相比，該工作站采用先進的集成電路，系統(tǒng)誤差小、性能優(yōu)良，更因其在陰極保護方面的優(yōu)良表現(xiàn)使得該工作站具有較高的使用價值和市場前景。
關鍵詞 電化學工作站；陰極保護；導體電阻測量

隨著工業(yè)的發(fā)展，金屬的使用越來越廣泛，但隨之而來的金屬腐蝕問題也不容忽視。因金屬腐蝕而導致的一系列事故，如天然氣管道泄露、雷擊燒毀設備等，給工業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來巨大的損失。在設備的腐蝕研究中，金屬設備的腐蝕大多數(shù)是以電化學為主進行的，即Fe→Fe2++2e，研究Fe的電子得失速度就可以研究金屬的腐蝕速度。在過去的研究中，常采用的電化學研究方法是利用恒電位儀來檢測電極的電位和電流值，畫出電極的極化曲線，然后利用塔菲爾公式求出腐蝕速度。恒電位測試中，由于采用手動操作，隨著腐蝕金屬表面狀況發(fā)生變化，電流數(shù)值漂移較大、讀數(shù)誤差大、測量速度慢，嚴重影響了測試效果。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，人們將信號發(fā)生器、恒電位儀、對數(shù)轉換儀、函數(shù)記錄儀等組合在一起組成電化學工作站，這種工作站體積大、儀器多、系統(tǒng)誤差大。因此研制一種結構簡單、成本低廉、性能優(yōu)良的用于腐蝕檢測和研究的電化學工作站是必要的。

1 硬件設計
設計的電化學工作站整體硬件結構如圖1所示。首先，單片機將電解池工作所需的電壓波形信號送入D／A轉換模塊，經(jīng)過D／A轉換后將波形電壓由外控輸入端送入恒電位儀，同時單片機控制繼電器的吸合與斷開，使恒電位儀在恒電位功能與恒電流功能之間切換。A／D轉換部分采集電化學工作站在工作過程中的電流和電位值，并將其送回單片機，單片機再將數(shù)據(jù)發(fā)送到工控機儲存，以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。工控機也是整個系統(tǒng)的指令發(fā)出者，工控機將需要執(zhí)行的功能命令發(fā)送給單片機，經(jīng)過單片機處理后，對相應的模塊進行控制。

1．1 恒電位儀
恒電位儀是電化學測試中的重要儀器，內(nèi)部含有恒電位和恒電流兩個功能模塊，通過繼電器進行切換。當控制信號為高電平時，兩個繼電器斷開，電路實現(xiàn)恒電位功能；當控制信號為低電平時，兩個繼電器吸合，電路實現(xiàn)恒電流功能。
1．2 信號發(fā)生器
文中的信號發(fā)生器不同于傳統(tǒng)信號發(fā)生器，采用16位D／A芯片DAC8532，將單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉換，實現(xiàn)波形輸出。與RC、LC電路相比，該方法簡單易行且穩(wěn)定性好。該模塊可以對波形的幅值、頻率及功率進行調(diào)節(jié)。
1．3 數(shù)據(jù)采集
文中采用美國Maxim公司生產(chǎn)的逐次逼近型16位模數(shù)轉換器MAX1166進行數(shù)據(jù)采集。該芯片內(nèi)部集成了逐次逼近型ADC所必須的逐次逼近寄存器SAR、高精度比較器和控制邏輯外，還集成了時鐘、4．096 V精密參考源和接口電路。