網(wǎng)絡(luò)型防靜電手腕帶監(jiān)測儀與集中監(jiān)控系統(tǒng)

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越高，對靜電越來越敏感，靜電放電會造成器件擊穿危害，當(dāng)靜電電荷積累到一定程度時，有個導(dǎo)體接近它就會產(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，可能被擊穿，靜電擊穿問題是造成元件無緣無故地?fù)p壞或早期失效主要原因[1～5]。

目前常見的解決措施歸納有：

（1）采用抗靜電電子元器件[5～6]，價格昂貴成本增加；

（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]，簡單實用但存在缺陷。

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。目前市場上的監(jiān)測儀器均為單機(jī)版，員工佩戴后，行動不太方便，且存在接觸不良等問題，為了監(jiān)管監(jiān)測儀運(yùn)行狀態(tài)防止人為破壞，需要專人巡查每個工位員工的佩戴情況，在實際應(yīng)用在存在諸多不便。

為解決以上問題，設(shè)計了一種網(wǎng)路型防靜電手腕帶監(jiān)測系統(tǒng) ,包括有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測主機(jī)、防靜電手腕帶監(jiān)測儀，每個防靜電手腕帶監(jiān)測儀上都設(shè)有電源接口、接地端接地的靜電地接口、用于檢測該靜電手腕帶工作狀態(tài)的狀態(tài)檢測連接接口、用于設(shè)置本靜電手腕帶監(jiān)測儀自身網(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)測主機(jī)上還連接有用于顯示各靜電手腕帶監(jiān)測儀監(jiān)測情況的顯示模塊?？梢詫⒍鄠€區(qū)域內(nèi)的防靜電手腕帶監(jiān)測儀器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)控, 并將運(yùn)行情況通過單根網(wǎng)絡(luò)傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)軟件集中監(jiān)控整個車間靜電監(jiān)測儀的運(yùn)行情況，并完成信息實時顯示、報警、記錄及分析等功能。一臺上位機(jī)電腦通過軟件可監(jiān)控10 臺監(jiān)測儀主機(jī)，每臺監(jiān)測儀主機(jī)可串接32 個監(jiān)測儀分主機(jī)，每個監(jiān)測儀分主機(jī)可串接32 臺防靜電監(jiān)測儀，因此，一臺電腦可以同時監(jiān)控10240 臺防靜電監(jiān)測儀。僅需一根網(wǎng)線和一臺電腦，即可實現(xiàn)所有監(jiān)測儀的集中監(jiān)控，方便實用。

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

如圖1 所示為網(wǎng)絡(luò)型檢測儀在線監(jiān)測系統(tǒng)的框圖。一種防靜電手腕帶集中監(jiān)測系統(tǒng)，包括有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測主機(jī)、和若干的與所述網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測主機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的防靜電手腕帶監(jiān)測儀，每個防靜電手腕帶監(jiān)測儀上都設(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、用于檢測該防靜電手腕帶工作狀態(tài)的狀態(tài)檢測連接接口、用于設(shè)置本防靜電手腕帶監(jiān)測儀自身網(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)測主機(jī)上還連接有用于顯示各防靜電手腕帶監(jiān)測儀監(jiān)測情況的顯示模塊。實現(xiàn)防靜電手腕帶的集中監(jiān)測，實用性好。

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

圖2：監(jiān)測儀電路原理圖

圖3：主通訊電路設(shè)計

2 在線監(jiān)測儀電路工作原理

如圖1 所示為防靜電手腕帶在線監(jiān)測儀原理圖。整個電路包含三種功能：手腕帶狀態(tài)在線監(jiān)測、聲光報警功能和數(shù)據(jù)采集功能。手腕帶狀態(tài)在線監(jiān)測主要通過監(jiān)測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)測儀默認(rèn)為手腕帶佩戴正常，聲光報警系統(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，分為三種情況：

（1）手腕帶導(dǎo)線斷開；

（2）手腕帶佩戴不正確；

（3）檢測儀輸入電阻監(jiān)測故障。

當(dāng)以上情況出現(xiàn)時，輸入電阻為無窮大，改變了連接點(diǎn)的電平，由于電平的突然改變，觸發(fā)了聲光報警系統(tǒng)，紅色警示LED 閃爍，蜂鳴器發(fā)出報警聲，提醒工人檢查手腕帶的佩戴情況，數(shù)據(jù)采集部分將信號到上位機(jī)軟件，進(jìn)行顯示報警狀態(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，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，人體接觸電阻極高或無窮大，比較器輸出高電平。監(jiān)測儀根據(jù)比較器輸出電壓的高低來實時監(jiān)控手腕帶的狀態(tài)。

當(dāng)防靜電手腕帶佩戴正常時，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、佩戴錯誤和故障等問題時，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

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)部含有一個驅(qū)動器和接收器。RO 和DI 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機(jī)連接時只需分別與單片機(jī)的RXD 和TXD 相連即可。

圖4：集中監(jiān)測系統(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，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE 為邏輯1 時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為MAX485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個管腳控制這兩個引腳即可。

4 上位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)

上位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)采用美國NI 公司的 Lab Windows CVI 虛擬儀器為開發(fā)平臺, 結(jié)合了LabView 優(yōu)點(diǎn)的C 語言開發(fā)環(huán)境，它可以調(diào)用LabView 的大量控件，并帶有C 語言編譯器。開發(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)測儀的連接圖，防靜電手腕帶在線監(jiān)測儀運(yùn)行狀態(tài)的集中監(jiān)控，并通過電腦顯示器或LED 顯示屏顯示各監(jiān)測儀的運(yùn)行狀態(tài)，如地線是否連接可靠、接地電阻值是否正常、手腕帶是否斷開等情況，可有效避免因員工攜帶靜電導(dǎo)致產(chǎn)品的。每臺主機(jī)通過單條網(wǎng)線與32 臺串聯(lián)的分主機(jī)連接，每臺分主通過單條分主機(jī)連接32 臺監(jiān)測儀，因此，每臺主機(jī)總共可以集中監(jiān)控1024 臺監(jiān)測儀的運(yùn)行情況。

5 實際應(yīng)用

為了驗證方案的可行性，制作了32 臺防靜電手腕帶在線監(jiān)測儀，并在中山市松聯(lián)電子科技有限公司完成組網(wǎng)連接測試，每個工位對應(yīng)一臺監(jiān)測儀，防靜電手腕帶佩戴正常時，綠色指示燈亮?xí)r，反之紅色指示燈亮。測試結(jié)果穩(wěn)定可靠。

每個防靜電手腕帶監(jiān)測儀上都設(shè)有電源接口、接地端接地的靜電地接口、用于檢測該靜電手腕帶工作狀態(tài)的狀態(tài)檢測連接接口、用于設(shè)置本靜電手腕帶監(jiān)測儀自身網(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)測主機(jī)上還連接有用于顯示各靜電手腕帶監(jiān)測儀監(jiān)測情況的顯示模塊。

6 總結(jié)

與傳統(tǒng)單工位手腕帶監(jiān)測儀相比，本項目研發(fā)的監(jiān)測儀創(chuàng)新之處在于：實時監(jiān)測單雙回路監(jiān)測的運(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)控整個車間靜電監(jiān)測儀的運(yùn)行情況，并完成信息實時顯示、報警、記錄及分析等功能。一臺上位機(jī)電腦通過軟件可監(jiān)控10 臺主機(jī)，每臺主機(jī)可串接32 個分主機(jī)，每個分主機(jī)可串接32 臺防靜電監(jiān)測儀，因此，一臺電腦可以同時監(jiān)控10240 臺防靜電監(jiān)測儀。僅需一根網(wǎng)線和一臺電腦，即可實現(xiàn)所有監(jiān)測儀的集中監(jiān)控，成本低，方便實用。

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