基于静电手环创新的智能照明系统研究

宋 巍

（ 无锡技师学院，江苏 无锡214000）

1 概述

静电手环是电子元件焊接工在焊接过程中必须佩戴的防静电设备，其主要工作原理就是通过对人体进行接地操作，对人体产生的静电进行放电，以免由于静电而产生的尖峰电压使元器件烧毁。 但是在实际使用中， 有的员工会因戴在手腕上不舒服而摘掉静电手环，在监管疏忽的情况下不容易被发现，所以给元器件造成了巨大的安全隐患， 带来一定的经济损失。 本文旨在设计一种能够自动检测焊接工人是否正确佩戴静电手环的智能照明系统，即：若焊接工人未正确佩戴静电手环则系统发出报警，且照明灯熄灭；若正确佩戴静电手环，则照明灯正常发光。

2 系统设计要求

在不增加焊接工人额外负担（ 比如手环重量增加或电路导线过多影响操作等情况）的情况下，对现有静电手环进行智能化创新改进，要求硬件电路尽量简单可靠，经济耐用，且使静电与焊台照明灯构成统一的系统，以便在检测到人体未正确佩戴静电手环的前提下对焊台照明灯进行断电处理。 与此同时， 在进行电路设计时，要对静电手环的佩戴与摘除时段产生的抖动进行处理， 以免造成照明灯闪烁的效果。 本系统采用了纯硬件电路进行设计，以便提高经济性和可靠性。

3 系统仿真电路设计

硬件系统仿真逻辑电路图如图1 所示， 按键用来模拟人体触摸开关，即当静电手环正确佩戴到手腕上时感应到人体信号，相当于开关闭合，否则为开关断开。 在实际硬件电路中，人体感应开关采用集成电路芯片JR9801B，延时环节采用脉冲触发式的集成电路芯片74121， 焊台照明灯主电路继电器采用ULN2003 进行驱动，报警扬声器也由ULN2003 进行驱动。

图1 系统仿真逻辑电路图

3.1 JR9801B 简介

JR9801B 是电容式触摸按键专业检测传感器IC， 采用最新一代电荷检测技术，利用操作者的皮肤或手指与触摸按键焊盘之间产生电荷电平来进行检测，通过检测电荷的微小变化确定手指接近或触摸到感应表面，没有任何机械部件，不会磨损，其感测部分可以放置到任何绝缘层背面，按键大小和形状自由选择，且外围元件少，成本低，功耗小。 宽电压输入范围2.2-5.5V，在工作电压为3V 时工作电流仅1.5uA，灵敏度可以通过外部电容来调整，NMOS 开漏输出，SOT23-6L 超小封装，高电压电压抑制比，抗干扰能力强，其应用电路如图2 所示。

图2 JR9801B 应用电路图

3.2 74121 简介

74121 是具有施密特触发器输入的单稳态触发器， 其真值表如表1 所示：

表1 真值表

3.3 ULN2003 简介

ULN2003 是一个单片高电压、 高电流的达林顿晶体管阵列集成电路。 它是由7 对NPN 达林顿管组成的，它的高电压输出特性和阴极箝位二极管可以转换感应负载。 单个达林顿对的集电极电流是500mA。 达林顿管并联可以承受更大的电流。 此电路主要应用于继电器驱动器，字锤驱动器，灯驱动器，显示驱动器（ LED 气体放电），线路驱动器和逻辑缓冲器。

4 系统逻辑功能分析

根据实际工作需要，设计了系统仿真图如图1 所示，图中元器件U1 和U2 为74121 集成单稳态触发器，U1 用来实现佩戴静电手环期间的延时，以防焊台照明灯出现闪烁情况，而U2 用来实现摘除静电手环期间的延时，以防焊台照明灯出现闪烁情况，因此根据该情况进行系统时序设计，时序图如图3 所示。

图3 系统时序图

表2 系统真值表

结束语

该研究是根据实际需要而设计的， 创新点在于对传统静电手环进行智能化改进，采用纯硬件的逻辑电路实现，避免了采用微控制器的方法，从而提高了经济性和可靠性，在保证实现要求的功能前提下，更加方便系统维护，通过实验电路的调试制作表明，该系统具有实用价值。