船舶、橋梁等的鋼質(zhì)材料與海水接觸，極易受海水強烈的化學腐蝕以及海洋生物附著的污損，降低了使用壽命，增加了維護、維修的費用，并有可能造成嚴重危害 。陰極保護技術(shù)的原理就是給被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面提供大量電子，被保護結(jié)構(gòu)物成為陰極，抑制金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移，避免或減弱腐蝕的發(fā)生 。
陰極保護通常有兩種方法：犧牲陽極和外加電流兩種 。犧牲陽極方法由于簡單、經(jīng)濟，被廣泛采用，但效果欠佳，焊在船體外表面的鋅塊也會增加船體阻力。使用永 久性外加電流的陰極保護裝置是目前控制鋼質(zhì)船體在海水中腐蝕的蕞有效方法 。本文采用的即為外加電流陰極保護的方法。
陰極保護技術(shù)在 70 年代開始被美國、日本等各國船體保護中應(yīng)用并取得了很好的經(jīng)濟效益。在 20 世紀 70-80年代，我國陰極保護技術(shù)的引進、消化和二次開發(fā)才取得了實質(zhì)性的進展，也就是在這個時期，研制了一批陰極保護的材料和設(shè)備，打下了陰極保護在行業(yè)市場供需鏈的基礎(chǔ)。近年來，該技術(shù)在多個場合如碼頭工程鋼管樁、埋地管道、海洋平臺 等也有應(yīng)用。
李言濤等在《中國海洋腐蝕科研選題與發(fā)展戰(zhàn)略》 中指出，隨著計算機與自動化技術(shù)的發(fā)展 ，陰極保護電位的監(jiān)測逐步從以前定期人工檢測發(fā)展到通過對電位的模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換和邏輯運算。電位監(jiān)測由原來的對單一點、線的監(jiān)測，逐漸實現(xiàn)對整個系統(tǒng)綜合的監(jiān)控。通過應(yīng)用于局域網(wǎng)的 Intranet 技術(shù)和應(yīng)用于廣域網(wǎng)的 Internet 技術(shù)或電信通信線路 ，可以在整個作業(yè)海域或企業(yè)內(nèi)甚至于全國各地乃至全球的相關(guān)機構(gòu)方便地實現(xiàn)監(jiān)測信息共享 、系統(tǒng)評價控制和遠程實時監(jiān)控。本項目中對多個(四個)艦載陰極保護系統(tǒng)進行遠程實時監(jiān)控，可以認為是對該預測方向的小規(guī)模嘗試。
目前陰極保護項目的計算機監(jiān)控研究項目已經(jīng)在開展，然而關(guān)于在線監(jiān)測的相關(guān)報道較少。孫虎元對長江二橋的陰極保護電路項目論述了監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。該項目屬于國家依托類項目，對于小型陰極保護項目的監(jiān)控設(shè)計來說并不實用。
本文依托某公司的艦體外加電流陰極保護監(jiān)控設(shè)計，實現(xiàn)對陰極保護系統(tǒng)的實時監(jiān)控及人機交互。其核心是通過陰極保護系統(tǒng)主控板 ARM 嵌入式處理器和觸摸屏進行傳感器信號和輸入控制信號的傳遞。
下文首先介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理，給出了系統(tǒng)主控板和硬件總體設(shè)計方案。之后重 點闡述了然后介紹了主控板 ARM 芯片的通訊過程和人機界面觸摸屏的軟件設(shè)計。文末對本文的設(shè)計過程進行總結(jié)，并給出了下一步的設(shè)計思路。
1 外加電流 陰極保護測控系統(tǒng)總體構(gòu)造
陰極保護測控系統(tǒng)為船載檢測系統(tǒng)，由多個系統(tǒng)構(gòu)成?？傮w結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。
其中圖 1 左邊的 Marimpress 框代表的是多個艦載外加電流陰極保護裝置。圖 1 右側(cè)的虛線框內(nèi)是遠程監(jiān)控單元。系統(tǒng)總體設(shè)計通過遠程監(jiān)控單元可實現(xiàn)多個艦載陰極電流保護裝置的電流電壓監(jiān)控。
單個外加電流陰極保護保護裝置結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示，其中蕞主要的部分有輔助陽極，參比電極，直流大電流發(fā)生器，高電壓變壓裝置以及控制電路板。
