网络型防静电手腕带监测仪与集中监控系统

徐平凡 肖文勋 徐鸣利 王文彬

（1.中山职业技术学院机电工程学院 广东省中山市 528404 2.华南理工大学电力学院 广东省广州市 510640）

（3.中山市松联电子科技有限公司 广东省深圳市 528437）

电子产品日趋小型化、多功能化及智能化。高密度的大规模及超大规模集成电路具有线间间距短、线径细、集成度高、运行速度快、低功率和输入阻抗高等特点，随着电路密度的越来越高，对静电越来越敏感，静电放电会造成器件击穿危害，当静电电荷积累到一定程度时，有个导体接近它就会产生静电放电，如果带有一定静电量的导体器件单独放在或装入电路模块时，可能被击穿，静电击穿问题是造成元件无缘无故地损坏或早期失效主要原因[1～5]。

目前常见的解决措施归纳有：

（1）采用抗静电电子元器件[5～6]，价格昂贵成本增加；

（2）PCB 板布线屏蔽[7～8]，难度较大效果一般；

（3）单机版防静电手腕带[9～10]，简单实用但存在缺陷。

防静电手腕带静电环是一种配戴于人体手腕上用于泄放人体聚积静电电荷的器件，它可有效保护零阻件，免于受静电之干扰，用以泄放人体的静电。目前市场上的监测仪器均为单机版，员工佩戴后，行动不太方便，且存在接触不良等问题，为了监管监测仪运行状态防止人为破坏，需要专人巡查每个工位员工的佩戴情况，在实际应用在存在诸多不便。

为解决以上问题，设计了一种网路型防静电手腕带监测系统 ,包括有网络监测主机、防静电手腕带监测仪，每个防静电手腕带监测仪上都设有电源接口、接地端接地的静电地接口、用于检测该静电手腕带工作状态的状态检测连接接口、用于设置本静电手腕带监测仪自身网络通讯地址的网络地址设置模块、以及用于网络通讯连接的第一网络通讯接口和第二网络通讯接口模块，网络监测主机上还连接有用于显示各静电手腕带监测仪监测情况的显示模块。可以将多个区域内的防静电手腕带监测仪器进行联网实时监控, 并将运行情况通过单根网络传输给上位机，上位机软件集中监控整个车间静电监测仪的运行情况，并完成信息实时显示、报警、记录及分析等功能。一台上位机电脑通过软件可监控10 台监测仪主机，每台监测仪主机可串接32 个监测仪分主机，每个监测仪分主机可串接32 台防静电监测仪，因此，一台电脑可以同时监控10240 台防静电监测仪。仅需一根网线和一台电脑，即可实现所有监测仪的集中监控，方便实用。

1 网络型防静电监控系统整体设计

如图1 所示为网络型检测仪在线监测系统的框图。一种防静电手腕带集中监测系统，包括有网络监测主机、和若干的与所述网络监测主机网络通讯的防静电手腕带监测仪，每个防静电手腕带监测仪上都设有电源接口、用于供工位上防静电手腕带接地端接地的静电地接口、用于检测该防静电手腕带工作状态的状态检测连接接口、用于设置本防静电手腕带监测仪自身网络通讯地址的网络地址设置模块、以及用于网络通讯连接的第一网络通讯接口和第二网络通讯接口模块，网络监测主机上还连接有用于显示各防静电手腕带监测仪监测情况的显示模块。实现防静电手腕带的集中监测，实用性好。

图1：网络型防静电手腕带集中监测系统

图2：监测仪电路原理图

图3：主通讯电路设计

2 在线监测仪电路工作原理

如图1 所示为防静电手腕带在线监测仪原理图。整个电路包含三种功能：手腕带状态在线监测、声光报警功能和数据采集功能。手腕带状态在线监测主要通过监测人体与手腕带的接触电阻，正常情况下，手腕带金属部分与人体有效接触，接触电阻比较小，监测仪默认为手腕带佩戴正常，声光报警系统未触发，数据采集部分标记为正常工资。当手腕带金属部分与人体出现接触不可靠时，分为三种情况：

（1）手腕带导线断开；

（2）手腕带佩戴不正确；

（3）检测仪输入电阻监测故障。

当以上情况出现时，输入电阻为无穷大，改变了连接点的电平，由于电平的突然改变，触发了声光报警系统，红色警示LED 闪烁，蜂鸣器发出报警声，提醒工人检查手腕带的佩戴情况，数据采集部分将信号到上位机软件，进行显示报警状态。

电路利用反相输入迟滞比较器的工作原理 ,当工人手腕带佩戴正确时，人体与手腕带的接触电阻很低，比较器输出低电平；当手腕带佩戴不正确或出现短线情况时，人体接触电阻极高或无穷大，比较器输出高电平。监测仪根据比较器输出电压的高低来实时监控手腕带的状态。

当防静电手腕带佩戴正常时，指示灯显示为绿色；当防静电手腕带出现断线、接触不可靠、佩戴错误和故障等问题时，防静电手腕带持续30 秒的蜂鸣，红色指示灯持续闪烁，提醒员工和管理者介入。

3 通信电路设计

如图3 所示为集中控制系统的通讯电路，主芯片为MAX485电路，其中，RO 和DI 端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，RE 和DE 端分别为接收和发送的使能端。其内部含有一个驱动器和接收器。RO 和DI 端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD 和TXD 相连即可。

图4：集中监测系统图

RE 和DE 端分别为接收和发送的使能端，当/RE 为逻辑0 时，器件处于接收状态；当DE 为逻辑1 时，器件处于发送状态，因为MAX485 工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可。

4 上位机监测系统

上位机监测系统采用美国NI 公司的 Lab Windows CVI 虚拟仪器为开发平台, 结合了LabView 优点的C 语言开发环境，它可以调用LabView 的大量控件，并带有C 语言编译器。开发出的程序符合标准C，代码效率高，功能更强大。利用可视化、图形化的软面板，可实现板控制信息和采集信息之间的数据交换，达到防静电手腕带监测仪的集中显示、记录和分析。

如图4 所示为网络型防静电在线监测仪的连接图，防静电手腕带在线监测仪运行状态的集中监控，并通过电脑显示器或LED 显示屏显示各监测仪的运行状态，如地线是否连接可靠、接地电阻值是否正常、手腕带是否断开等情况，可有效避免因员工携带静电导致产品的。每台主机通过单条网线与32 台串联的分主机连接，每台分主通过单条分主机连接32 台监测仪，因此，每台主机总共可以集中监控1024 台监测仪的运行情况。

5 实际应用

为了验证方案的可行性，制作了32 台防静电手腕带在线监测仪，并在中山市松联电子科技有限公司完成组网连接测试，每个工位对应一台监测仪，防静电手腕带佩戴正常时，绿色指示灯亮时，反之红色指示灯亮。测试结果稳定可靠。

每个防静电手腕带监测仪上都设有电源接口、接地端接地的静电地接口、用于检测该静电手腕带工作状态的状态检测连接接口、用于设置本静电手腕带监测仪自身网络通讯地址的网络地址设置模块、以及用于网络通讯连接的第一网络通讯接口和第二网络通讯接口模块，网络监测主机上还连接有用于显示各静电手腕带监测仪监测情况的显示模块。

6 总结

与传统单工位手腕带监测仪相比，本项目研发的监测仪创新之处在于：实时监测单双回路监测的运行状况、人体是否可靠接地等情况，并将运行情况通过单根网络传输给上位机，上位机软件集中监控整个车间静电监测仪的运行情况，并完成信息实时显示、报警、记录及分析等功能。一台上位机电脑通过软件可监控10 台主机，每台主机可串接32 个分主机，每个分主机可串接32 台防静电监测仪，因此，一台电脑可以同时监控10240 台防静电监测仪。仅需一根网线和一台电脑，即可实现所有监测仪的集中监控，成本低，方便实用。

中国是电子产品制造大国，生产线上每位员工都必须佩带防静电手腕带。因此，本项目具有很广的市场推广价值。