徐平凡 肖文勛 徐鳴利 王文彬

（1.中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 廣東省中山市 528404 2.華南理工大學(xué)電力學(xué)院 廣東省廣州市 510640）

（3.中山市松聯(lián)電子科技有限公司 廣東省深圳市 528437）

電子產(chǎn)品日趨小型化、多功能化及智能化。高密度的大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路具有線間間距短、線徑細(xì)、集成度高、運(yùn)行速度快、低功率和輸入阻抗高等特點(diǎn)，隨著電路密度的越來(lái)越高，對(duì)靜電越來(lái)越敏感，靜電放電會(huì)造成器件擊穿危害，當(dāng)靜電電荷積累到一定程度時(shí)，有個(gè)導(dǎo)體接近它就會(huì)產(chǎn)生靜電放電，如果帶有一定靜電量的導(dǎo)體器件單獨(dú)放在或裝入電路模塊時(shí)，可能被擊穿，靜電擊穿問(wèn)題是造成元件無(wú)緣無(wú)故地?fù)p壞或早期失效主要原因[1～5]。

目前常見(jiàn)的解決措施歸納有：

（1）采用抗靜電電子元器件[5～6]，價(jià)格昂貴成本增加；

（2）PCB 板布線屏蔽[7～8]，難度較大效果一般；

（3）單機(jī)版防靜電手腕帶[9～10]，簡(jiǎn)單實(shí)用但存在缺陷。

防靜電手腕帶靜電環(huán)是一種配戴于人體手腕上用于泄放人體聚積靜電電荷的器件，它可有效保護(hù)零阻件，免于受靜電之干擾，用以泄放人體的靜電。目前市場(chǎng)上的監(jiān)測(cè)儀器均為單機(jī)版，員工佩戴后，行動(dòng)不太方便，且存在接觸不良等問(wèn)題，為了監(jiān)管監(jiān)測(cè)儀運(yùn)行狀態(tài)防止人為破壞，需要專人巡查每個(gè)工位員工的佩戴情況，在實(shí)際應(yīng)用在存在諸多不便。

為解決以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種網(wǎng)路型防靜電手腕帶監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ,包括有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)主機(jī)、防靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀，每個(gè)防靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀上都設(shè)有電源接口、接地端接地的靜電地接口、用于檢測(cè)該靜電手腕帶工作狀態(tài)的狀態(tài)檢測(cè)連接接口、用于設(shè)置本靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀自身網(wǎng)絡(luò)通訊地址的網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)置模塊、以及用于網(wǎng)絡(luò)通訊連接的第一網(wǎng)絡(luò)通訊接口和第二網(wǎng)絡(luò)通訊接口模塊，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)主機(jī)上還連接有用于顯示各靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)情況的顯示模塊?？梢詫⒍鄠€(gè)區(qū)域內(nèi)的防靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控, 并將運(yùn)行情況通過(guò)單根網(wǎng)絡(luò)傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)軟件集中監(jiān)控整個(gè)車間靜電監(jiān)測(cè)儀的運(yùn)行情況，并完成信息實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警、記錄及分析等功能。一臺(tái)上位機(jī)電腦通過(guò)軟件可監(jiān)控10 臺(tái)監(jiān)測(cè)儀主機(jī)，每臺(tái)監(jiān)測(cè)儀主機(jī)可串接32 個(gè)監(jiān)測(cè)儀分主機(jī)，每個(gè)監(jiān)測(cè)儀分主機(jī)可串接32 臺(tái)防靜電監(jiān)測(cè)儀，因此，一臺(tái)電腦可以同時(shí)監(jiān)控10240 臺(tái)防靜電監(jiān)測(cè)儀。僅需一根網(wǎng)線和一臺(tái)電腦，即可實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)測(cè)儀的集中監(jiān)控，方便實(shí)用。

1 網(wǎng)絡(luò)型防靜電監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

如圖1 所示為網(wǎng)絡(luò)型檢測(cè)儀在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的框圖。一種防靜電手腕帶集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)主機(jī)、和若干的與所述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)主機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的防靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀，每個(gè)防靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀上都設(shè)有電源接口、用于供工位上防靜電手腕帶接地端接地的靜電地接口、用于檢測(cè)該防靜電手腕帶工作狀態(tài)的狀態(tài)檢測(cè)連接接口、用于設(shè)置本防靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀自身網(wǎng)絡(luò)通訊地址的網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)置模塊、以及用于網(wǎng)絡(luò)通訊連接的第一網(wǎng)絡(luò)通訊接口和第二網(wǎng)絡(luò)通訊接口模塊，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)主機(jī)上還連接有用于顯示各防靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)情況的顯示模塊。實(shí)現(xiàn)防靜電手腕帶的集中監(jiān)測(cè)，實(shí)用性好。

圖1：網(wǎng)絡(luò)型防靜電手腕帶集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖2：監(jiān)測(cè)儀電路原理圖

圖3：主通訊電路設(shè)計(jì)

2 在線監(jiān)測(cè)儀電路工作原理

如圖1 所示為防靜電手腕帶在線監(jiān)測(cè)儀原理圖。整個(gè)電路包含三種功能：手腕帶狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)、聲光報(bào)警功能和數(shù)據(jù)采集功能。手腕帶狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)主要通過(guò)監(jiān)測(cè)人體與手腕帶的接觸電阻，正常情況下，手腕帶金屬部分與人體有效接觸，接觸電阻比較小，監(jiān)測(cè)儀默認(rèn)為手腕帶佩戴正常，聲光報(bào)警系統(tǒng)未觸發(fā)，數(shù)據(jù)采集部分標(biāo)記為正常工資。當(dāng)手腕帶金屬部分與人體出現(xiàn)接觸不可靠時(shí)，分為三種情況：

（1）手腕帶導(dǎo)線斷開(kāi)；

（2）手腕帶佩戴不正確；

（3）檢測(cè)儀輸入電阻監(jiān)測(cè)故障。

當(dāng)以上情況出現(xiàn)時(shí)，輸入電阻為無(wú)窮大，改變了連接點(diǎn)的電平，由于電平的突然改變，觸發(fā)了聲光報(bào)警系統(tǒng)，紅色警示LED 閃爍，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，提醒工人檢查手腕帶的佩戴情況，數(shù)據(jù)采集部分將信號(hào)到上位機(jī)軟件，進(jìn)行顯示報(bào)警狀態(tài)。

電路利用反相輸入遲滯比較器的工作原理 ,當(dāng)工人手腕帶佩戴正確時(shí)，人體與手腕帶的接觸電阻很低，比較器輸出低電平；當(dāng)手腕帶佩戴不正確或出現(xiàn)短線情況時(shí)，人體接觸電阻極高或無(wú)窮大，比較器輸出高電平。監(jiān)測(cè)儀根據(jù)比較器輸出電壓的高低來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控手腕帶的狀態(tài)。

當(dāng)防靜電手腕帶佩戴正常時(shí)，指示燈顯示為綠色；當(dāng)防靜電手腕帶出現(xiàn)斷線、接觸不可靠、佩戴錯(cuò)誤和故障等問(wèn)題時(shí)，防靜電手腕帶持續(xù)30 秒的蜂鳴，紅色指示燈持續(xù)閃爍，提醒員工和管理者介入。

3 通信電路設(shè)計(jì)

如圖3 所示為集中控制系統(tǒng)的通訊電路，主芯片為MAX485電路，其中，RO 和DI 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，RE 和DE 端分別為接收和發(fā)送的使能端。其內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。RO 和DI 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD 和TXD 相連即可。

圖4：集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

RE 和DE 端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)/RE 為邏輯0 時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE 為邏輯1 時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可。

4 上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用美國(guó)NI 公司的 Lab Windows CVI 虛擬儀器為開(kāi)發(fā)平臺(tái), 結(jié)合了LabView 優(yōu)點(diǎn)的C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境，它可以調(diào)用LabView 的大量控件，并帶有C 語(yǔ)言編譯器。開(kāi)發(fā)出的程序符合標(biāo)準(zhǔn)C，代碼效率高，功能更強(qiáng)大。利用可視化、圖形化的軟面板，可實(shí)現(xiàn)板控制信息和采集信息之間的數(shù)據(jù)交換，達(dá)到防靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀的集中顯示、記錄和分析。

如圖4 所示為網(wǎng)絡(luò)型防靜電在線監(jiān)測(cè)儀的連接圖，防靜電手腕帶在線監(jiān)測(cè)儀運(yùn)行狀態(tài)的集中監(jiān)控，并通過(guò)電腦顯示器或LED 顯示屏顯示各監(jiān)測(cè)儀的運(yùn)行狀態(tài)，如地線是否連接可靠、接地電阻值是否正常、手腕帶是否斷開(kāi)等情況，可有效避免因員工攜帶靜電導(dǎo)致產(chǎn)品的。每臺(tái)主機(jī)通過(guò)單條網(wǎng)線與32 臺(tái)串聯(lián)的分主機(jī)連接，每臺(tái)分主通過(guò)單條分主機(jī)連接32 臺(tái)監(jiān)測(cè)儀，因此，每臺(tái)主機(jī)總共可以集中監(jiān)控1024 臺(tái)監(jiān)測(cè)儀的運(yùn)行情況。

5 實(shí)際應(yīng)用

為了驗(yàn)證方案的可行性，制作了32 臺(tái)防靜電手腕帶在線監(jiān)測(cè)儀，并在中山市松聯(lián)電子科技有限公司完成組網(wǎng)連接測(cè)試，每個(gè)工位對(duì)應(yīng)一臺(tái)監(jiān)測(cè)儀，防靜電手腕帶佩戴正常時(shí)，綠色指示燈亮?xí)r，反之紅色指示燈亮。測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定可靠。

每個(gè)防靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀上都設(shè)有電源接口、接地端接地的靜電地接口、用于檢測(cè)該靜電手腕帶工作狀態(tài)的狀態(tài)檢測(cè)連接接口、用于設(shè)置本靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀自身網(wǎng)絡(luò)通訊地址的網(wǎng)絡(luò)地址設(shè)置模塊、以及用于網(wǎng)絡(luò)通訊連接的第一網(wǎng)絡(luò)通訊接口和第二網(wǎng)絡(luò)通訊接口模塊，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)主機(jī)上還連接有用于顯示各靜電手腕帶監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)情況的顯示模塊。

6 總結(jié)

與傳統(tǒng)單工位手腕帶監(jiān)測(cè)儀相比，本項(xiàng)目研發(fā)的監(jiān)測(cè)儀創(chuàng)新之處在于：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單雙回路監(jiān)測(cè)的運(yùn)行狀況、人體是否可靠接地等情況，并將運(yùn)行情況通過(guò)單根網(wǎng)絡(luò)傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)軟件集中監(jiān)控整個(gè)車間靜電監(jiān)測(cè)儀的運(yùn)行情況，并完成信息實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警、記錄及分析等功能。一臺(tái)上位機(jī)電腦通過(guò)軟件可監(jiān)控10 臺(tái)主機(jī)，每臺(tái)主機(jī)可串接32 個(gè)分主機(jī)，每個(gè)分主機(jī)可串接32 臺(tái)防靜電監(jiān)測(cè)儀，因此，一臺(tái)電腦可以同時(shí)監(jiān)控10240 臺(tái)防靜電監(jiān)測(cè)儀。僅需一根網(wǎng)線和一臺(tái)電腦，即可實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)測(cè)儀的集中監(jiān)控，成本低，方便實(shí)用。

中國(guó)是電子產(chǎn)品制造大國(guó)，生產(chǎn)線上每位員工都必須佩帶防靜電手腕帶。因此，本項(xiàng)目具有很廣的市場(chǎng)推廣價(jià)值。