基于靜電手環創新的智能照明系統研究

宋 巍

（ 無錫技師學院，江蘇 無錫214000）

1 概述

靜電手環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，對人體產生的靜電進行放電，以免由于靜電而產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，在監管疏忽的情況下不容易被發現，所以給元器件造成了巨大的安全隱患， 帶來一定的經濟損失。 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的智能照明系統，即：若焊接工人未正確佩戴靜電手環則系統發出報警，且照明燈熄滅；若正確佩戴靜電手環，則照明燈正常發光。

2 系統設計要求

在不增加焊接工人額外負擔（ 比如手環重量增加或電路導線過多影響操作等情況）的情況下，對現有靜電手環進行智能化創新改進，要求硬件電路盡量簡單可靠，經濟耐用，且使靜電與焊臺照明燈構成統一的系統，以便在檢測到人體未正確佩戴靜電手環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，要對靜電手環的佩戴與摘除時段產生的抖動進行處理， 以免造成照明燈閃爍的效果。 本系統采用了純硬件電路進行設計，以便提高經濟性和可靠性。

3 系統仿真電路設計

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

圖1 系統仿真邏輯電路圖

3.1 JR9801B 簡介

JR9801B 是電容式觸摸按鍵專業檢測傳感器IC， 采用最新一代電荷檢測技術，利用操作者的皮膚或手指與觸摸按鍵焊盤之間產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 是具有施密特觸發器輸入的單穩態觸發器， 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。 達林頓管并聯可以承受更大的電流。 此電路主要應用于繼電器驅動器，字錘驅動器，燈驅動器，顯示驅動器（ LED 氣體放電），線路驅動器和邏輯緩沖器。

4 系統邏輯功能分析

根據實際工作需要，設計了系統仿真圖如圖1 所示，圖中元器件U1 和U2 為74121 集成單穩態觸發器，U1 用來實現佩戴靜電手環期間的延時，以防焊臺照明燈出現閃爍情況，而U2 用來實現摘除靜電手環期間的延時，以防焊臺照明燈出現閃爍情況，因此根據該情況進行系統時序設計，時序圖如圖3 所示。

圖3 系統時序圖

表2 系統真值表

結束語

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