宋 巍

（ 無錫技師學院，江蘇 無錫214000）

1 概述

靜電手環(huán)是電子元件焊接工在焊接過程中必須佩戴的防靜電設備，其主要工作原理就是通過對人體進行接地操作，對人體產(chǎn)生的靜電進行放電，以免由于靜電而產(chǎn)生的尖峰電壓使元器件燒毀。 但是在實際使用中， 有的員工會因戴在手腕上不舒服而摘掉靜電手環(huán)，在監(jiān)管疏忽的情況下不容易被發(fā)現(xiàn)，所以給元器件造成了巨大的安全隱患， 帶來一定的經(jīng)濟損失。 本文旨在設計一種能夠自動檢測焊接工人是否正確佩戴靜電手環(huán)的智能照明系統(tǒng)，即：若焊接工人未正確佩戴靜電手環(huán)則系統(tǒng)發(fā)出報警，且照明燈熄滅；若正確佩戴靜電手環(huán)，則照明燈正常發(fā)光。

2 系統(tǒng)設計要求

在不增加焊接工人額外負擔（ 比如手環(huán)重量增加或電路導線過多影響操作等情況）的情況下，對現(xiàn)有靜電手環(huán)進行智能化創(chuàng)新改進，要求硬件電路盡量簡單可靠，經(jīng)濟耐用，且使靜電與焊臺照明燈構(gòu)成統(tǒng)一的系統(tǒng)，以便在檢測到人體未正確佩戴靜電手環(huán)的前提下對焊臺照明燈進行斷電處理。 與此同時， 在進行電路設計時，要對靜電手環(huán)的佩戴與摘除時段產(chǎn)生的抖動進行處理， 以免造成照明燈閃爍的效果。 本系統(tǒng)采用了純硬件電路進行設計，以便提高經(jīng)濟性和可靠性。

3 系統(tǒng)仿真電路設計

硬件系統(tǒng)仿真邏輯電路圖如圖1 所示， 按鍵用來模擬人體觸摸開關(guān)，即當靜電手環(huán)正確佩戴到手腕上時感應到人體信號，相當于開關(guān)閉合，否則為開關(guān)斷開。 在實際硬件電路中，人體感應開關(guān)采用集成電路芯片JR9801B，延時環(huán)節(jié)采用脈沖觸發(fā)式的集成電路芯片74121， 焊臺照明燈主電路繼電器采用ULN2003 進行驅(qū)動，報警揚聲器也由ULN2003 進行驅(qū)動。

圖1 系統(tǒng)仿真邏輯電路圖

3.1 JR9801B 簡介

JR9801B 是電容式觸摸按鍵專業(yè)檢測傳感器IC， 采用最新一代電荷檢測技術(shù)，利用操作者的皮膚或手指與觸摸按鍵焊盤之間產(chǎn)生電荷電平來進行檢測，通過檢測電荷的微小變化確定手指接近或觸摸到感應表面，沒有任何機械部件，不會磨損，其感測部分可以放置到任何絕緣層背面，按鍵大小和形狀自由選擇，且外圍元件少，成本低，功耗小。 寬電壓輸入范圍2.2-5.5V，在工作電壓為3V 時工作電流僅1.5uA，靈敏度可以通過外部電容來調(diào)整，NMOS 開漏輸出，SOT23-6L 超小封裝，高電壓電壓抑制比，抗干擾能力強，其應用電路如圖2 所示。

圖2 JR9801B 應用電路圖

3.2 74121 簡介

74121 是具有施密特觸發(fā)器輸入的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器， 其真值表如表1 所示：

表1 真值表

3.3 ULN2003 簡介

ULN2003 是一個單片高電壓、 高電流的達林頓晶體管陣列集成電路。 它是由7 對NPN 達林頓管組成的，它的高電壓輸出特性和陰極箝位二極管可以轉(zhuǎn)換感應負載。 單個達林頓對的集電極電流是500mA。 達林頓管并聯(lián)可以承受更大的電流。 此電路主要應用于繼電器驅(qū)動器，字錘驅(qū)動器，燈驅(qū)動器，顯示驅(qū)動器（ LED 氣體放電），線路驅(qū)動器和邏輯緩沖器。

4 系統(tǒng)邏輯功能分析

根據(jù)實際工作需要，設計了系統(tǒng)仿真圖如圖1 所示，圖中元器件U1 和U2 為74121 集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，U1 用來實現(xiàn)佩戴靜電手環(huán)期間的延時，以防焊臺照明燈出現(xiàn)閃爍情況，而U2 用來實現(xiàn)摘除靜電手環(huán)期間的延時，以防焊臺照明燈出現(xiàn)閃爍情況，因此根據(jù)該情況進行系統(tǒng)時序設計，時序圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)時序圖

表2 系統(tǒng)真值表

結(jié)束語

該研究是根據(jù)實際需要而設計的， 創(chuàng)新點在于對傳統(tǒng)靜電手環(huán)進行智能化改進，采用純硬件的邏輯電路實現(xiàn)，避免了采用微控制器的方法，從而提高了經(jīng)濟性和可靠性，在保證實現(xiàn)要求的功能前提下，更加方便系統(tǒng)維護，通過實驗電路的調(diào)試制作表明，該系統(tǒng)具有實用價值。