網絡型防靜電手腕帶監測儀與集中監控系統

徐平凡 肖文勛 徐鳴利 王文彬

（1.中山職業技術學院機電工程學院 廣東省中山市 528404 2.華南理工大學電力學院 廣東省廣州市 510640）

（3.中山市松聯電子科技有限公司 廣東省深圳市 528437）

電子產品日趨小型化、多功能化及智能化。高密度的大規模及超大規模集成電路具有線間間距短、線徑細、集成度高、運行速度快、低功率和輸入阻抗高等特點，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，當靜電電荷積累到一定程度時，有個導體接近它就會產生靜電放電，如果帶有一定靜電量的導體器件單獨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損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。目前市場上的監測儀器均為單機版，員工佩戴后，行動不太方便，且存在接觸不良等問題，為了監管監測儀運行狀態防止人為破壞，需要專人巡查每個工位員工的佩戴情況，在實際應用在存在諸多不便。

為解決以上問題，設計了一種網路型防靜電手腕帶監測系統 ,包括有網絡監測主機、防靜電手腕帶監測儀，每個防靜電手腕帶監測儀上都設有電源接口、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的狀態檢測連接接口、用于設置本靜電手腕帶監測儀自身網絡通訊地址的網絡地址設置模塊、以及用于網絡通訊連接的第一網絡通訊接口和第二網絡通訊接口模塊，網絡監測主機上還連接有用于顯示各靜電手腕帶監測儀監測情況的顯示模塊。可以將多個區域內的防靜電手腕帶監測儀器進行聯網實時監控, 并將運行情況通過單根網絡傳輸給上位機，上位機軟件集中監控整個車間靜電監測儀的運行情況，并完成信息實時顯示、報警、記錄及分析等功能。一臺上位機電腦通過軟件可監控10 臺監測儀主機，每臺監測儀主機可串接32 個監測儀分主機，每個監測儀分主機可串接32 臺防靜電監測儀，因此，一臺電腦可以同時監控10240 臺防靜電監測儀。僅需一根網線和一臺電腦，即可實現所有監測儀的集中監控，方便實用。

1 網絡型防靜電監控系統整體設計

如圖1 所示為網絡型檢測儀在線監測系統的框圖。一種防靜電手腕帶集中監測系統，包括有網絡監測主機、和若干的與所述網絡監測主機網絡通訊的防靜電手腕帶監測儀，每個防靜電手腕帶監測儀上都設有電源接口、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的狀態檢測連接接口、用于設置本防靜電手腕帶監測儀自身網絡通訊地址的網絡地址設置模塊、以及用于網絡通訊連接的第一網絡通訊接口和第二網絡通訊接口模塊，網絡監測主機上還連接有用于顯示各防靜電手腕帶監測儀監測情況的顯示模塊。實現防靜電手腕帶的集中監測，實用性好。

圖1：網絡型防靜電手腕帶集中監測系統

圖2：監測儀電路原理圖

圖3：主通訊電路設計

2 在線監測儀電路工作原理

如圖1 所示為防靜電手腕帶在線監測儀原理圖。整個電路包含三種功能：手腕帶狀態在線監測、聲光報警功能和數據采集功能。手腕帶狀態在線監測主要通過監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，監測儀默認為手腕帶佩戴正常，聲光報警系統未觸發，數據采集部分標記為正常工資。當手腕帶金屬部分與人體出現接觸不可靠時，分為三種情況：

（1）手腕帶導線斷開；

（2）手腕帶佩戴不正確；

（3）檢測儀輸入電阻監測故障。

當以上情況出現時，輸入電阻為無窮大，改變了連接點的電平，由于電平的突然改變，觸發了聲光報警系統，紅色警示LED 閃爍，蜂鳴器發出報警聲，提醒工人檢查手腕帶的佩戴情況，數據采集部分將信號到上位機軟件，進行顯示報警狀態。

電路利用反相輸入遲滯比較器的工作原理 ,當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；當手腕帶佩戴不正確或出現短線情況時，人體接觸電阻極高或無窮大，比較器輸出高電平。監測儀根據比較器輸出電壓的高低來實時監控手腕帶的狀態。

當防靜電手腕帶佩戴正常時，指示燈顯示為綠色；當防靜電手腕帶出現斷線、接觸不可靠、佩戴錯誤和故障等問題時，防靜電手腕帶持續30 秒的蜂鳴，紅色指示燈持續閃爍，提醒員工和管理者介入。

3 通信電路設計

如圖3 所示為集中控制系統的通訊電路，主芯片為MAX485電路，其中，RO 和DI 端分別為接收器的輸出和驅動器的輸入端，RE 和DE 端分別為接收和發送的使能端。其內部含有一個驅動器和接收器。RO 和DI 端分別為接收器的輸出和驅動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的RXD 和TXD 相連即可。

圖4：集中監測系統圖

RE 和DE 端分別為接收和發送的使能端，當/RE 為邏輯0 時，器件處于接收狀態；當DE 為邏輯1 時，器件處于發送狀態，因為MAX485 工作在半雙工狀態，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可。

4 上位機監測系統

上位機監測系統采用美國NI 公司的 Lab Windows CVI 虛擬儀器為開發平臺, 結合了LabView 優點的C 語言開發環境，它可以調用LabView 的大量控件，并帶有C 語言編譯器。開發出的程序符合標準C，代碼效率高，功能更強大。利用可視化、圖形化的軟面板，可實現板控制信息和采集信息之間的數據交換，達到防靜電手腕帶監測儀的集中顯示、記錄和分析。

如圖4 所示為網絡型防靜電在線監測儀的連接圖，防靜電手腕帶在線監測儀運行狀態的集中監控，并通過電腦顯示器或LED 顯示屏顯示各監測儀的運行狀態，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致產品的。每臺主機通過單條網線與32 臺串聯的分主機連接，每臺分主通過單條分主機連接32 臺監測儀，因此，每臺主機總共可以集中監控1024 臺監測儀的運行情況。

5 實際應用

為了驗證方案的可行性，制作了32 臺防靜電手腕帶在線監測儀，并在中山市松聯電子科技有限公司完成組網連接測試，每個工位對應一臺監測儀，防靜電手腕帶佩戴正常時，綠色指示燈亮時，反之紅色指示燈亮。測試結果穩定可靠。

每個防靜電手腕帶監測儀上都設有電源接口、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的狀態檢測連接接口、用于設置本靜電手腕帶監測儀自身網絡通訊地址的網絡地址設置模塊、以及用于網絡通訊連接的第一網絡通訊接口和第二網絡通訊接口模塊，網絡監測主機上還連接有用于顯示各靜電手腕帶監測儀監測情況的顯示模塊。

6 總結

與傳統單工位手腕帶監測儀相比，本項目研發的監測儀創新之處在于：實時監測單雙回路監測的運行狀況、人體是否可靠接地等情況，并將運行情況通過單根網絡傳輸給上位機，上位機軟件集中監控整個車間靜電監測儀的運行情況，并完成信息實時顯示、報警、記錄及分析等功能。一臺上位機電腦通過軟件可監控10 臺主機，每臺主機可串接32 個分主機，每個分主機可串接32 臺防靜電監測儀，因此，一臺電腦可以同時監控10240 臺防靜電監測儀。僅需一根網線和一臺電腦，即可實現所有監測儀的集中監控，成本低，方便實用。

中國是電子產品制造大國，生產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。