基于AT89C52的电化学工作站设计

摘要 在电化学理论的基础上研制了一台电化学工作站，它包括信号发生器、恒电位仪、数据采集部分、单片机及上位工控机。整个工作站可对电化学系统中电流、电位等信号进行控制和测量，而且可以实现阴极保护功能。与传统电化学工作站相比，该工作站采用先进的集成电路，系统误差小、性能优良，更因其在阴极保护方面的优良表现使得该工作站具有较高的使用价值和市场前景。
关键词 电化学工作站；阴极保护；导体电阻测量

随着工业的发展，金属的使用越来越广泛，但随之而来的金属腐蚀问题也不容忽视。因金属腐蚀而导致的一系列事故，如天然气管道泄露、雷击烧毁设备等，给工业生产和日常生活带来巨大的损失。在设备的腐蚀研究中，金属设备的腐蚀大多数是以电化学为主进行的，即Fe→Fe2++2e，研究Fe的电子得失速度就可以研究金属的腐蚀速度。在过去的研究中，常采用的电化学研究方法是利用恒电位仪来检测电极的电位和电流值，画出电极的极化曲线，然后利用塔菲尔公式求出腐蚀速度。恒电位测试中，由于采用手动操作，随着腐蚀金属表面状况发生变化，电流数值漂移较大、读数误差大、测量速度慢，严重影响了测试效果。随着电子产品的发展，人们将信号发生器、恒电位仪、对数转换仪、函数记录仪等组合在一起组成电化学工作站，这种工作站体积大、仪器多、系统误差大。因此研制一种结构简单、成本低廉、性能优良的用于腐蚀检测和研究的电化学工作站是必要的。

1 硬件设计
设计的电化学工作站整体硬件结构如图1所示。首先，单片机将电解池工作所需的电压波形信号送入D／A转换模块，经过D／A转换后将波形电压由外控输入端送入恒电位仪，同时单片机控制继电器的吸合与断开，使恒电位仪在恒电位功能与恒电流功能之间切换。A／D转换部分采集电化学工作站在工作过程中的电流和电位值，并将其送回单片机，单片机再将数据发送到工控机储存，以便于后续的数据处理。工控机也是整个系统的指令发出者，工控机将需要执行的功能命令发送给单片机，经过单片机处理后，对相应的模块进行控制。

1．1 恒电位仪
恒电位仪是电化学测试中的重要仪器，内部含有恒电位和恒电流两个功能模块，通过继电器进行切换。当控制信号为高电平时，两个继电器断开，电路实现恒电位功能；当控制信号为低电平时，两个继电器吸合，电路实现恒电流功能。
1．2 信号发生器
文中的信号发生器不同于传统信号发生器，采用16位D／A芯片DAC8532，将单片机发送的数据进行数模转换，实现波形输出。与RC、LC电路相比，该方法简单易行且稳定性好。该模块可以对波形的幅值、频率及功率进行调节。
1．3 数据采集
文中采用美国Maxim公司生产的逐次逼近型16位模数转换器MAX1166进行数据采集。该芯片内部集成了逐次逼近型ADC所必须的逐次逼近寄存器SAR、高精度比较器和控制逻辑外，还集成了时钟、4．096 V精密参考源和接口电路。