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摘 要: 针对电子工业中，操作人员不规范使用静电环作业时，会产生静电高压击穿电子元器件的情况，研制了一种基于主从通信模式的静电远程监测报警系统。该系统上、下位机均采用PIC单片机控制，下位机对每位操作人员的电位进行实时监测、报警，当上位机通过串行通信接口(SCI)巡检时，将工作点的电位状态送入上位机显示，从而实现远程监测。
关键词: PIC单片机; 静电远程监测; 上位机; 下位机; 串行通信接 口(SCI)
1前言
当人体积累了一定静电后，其瞬时电位幅值可超过2~4kV，如果这样的电位加到电子器件上，对电子器件的危害是极其严重的，如造成半导体器件的击穿，仪器设备的误动作等等。因此，在电子产品生产与维护中应当避免静电产生。一般来说，多采用将人体通过金属导线与地相连的方法。采用此方法，当出现违规操作或存在静电高压时，既无法及时发现，也无法锁定违规操作人员，难以实现对操作人员的管理。新研制的远程检测系统克服了上述缺点。
该系统上、下位机的CPU均采用PIC16F73单片机。该单片机含A/D转换器结构，为下位机的静电电位的采集提供了方便。系统基于主从通信模式，可对多个工作点进行远程监测。由上位机设定需要监测的工作点，并通过SCI与下位机通信，对这些工作点进行巡检。下位机对各个工作点的静电电位通过PIC本身的A/D进行模数转换，并判断是否超标及是否进行现场报警；当下位机对其巡检时，将工作点电位状态发送到上位机。上位机根据收到各工作点电位状况，通过对应的双色LED显示，当静电电位高或违规操作时蜂鸣器报警，以便管理者及时采取相应的措施。
2系统的硬件设计
图1给出了整个系统的结构框图［1，2］。该系统由上位机和下位机两部分构成。
2.1上位机部分硬件设计
上位机的功能主要包括：设定、通信、显示及报警。
1)设定部分采用PIC单片机的RB0端口以及RB4~RB7端口的中断功能，将这5个端口接上拉电阻和按键，按键另一端与地相连。一旦按下按键，RB口电平将由高变低，从而引起RB口或外部（INT）中断。可通过查询RB口电平变化来区分是哪个按键引起的中断，从而实现对工作点的选择、是否加以监测和将设定的内容进行存储等功能。
2)通信部分采用RS485串行通信接口的通信协议，将8片MAX487芯片的接收器输出端RX、驱动器输入端TX和接收器/驱动器使能端RT分别通过3片CD4051八选一多路模拟开关与PIC单片机相连。根据RA0~RA2端口拨码开关的状态，决定4051地址范围(000B~111B)，从而决定上位机监测工作点组数的范围(1~8)。这样便可以通过改变拨码开关的状态，来适应不同的工作点数量。考虑到MAX487的驱动能力，下位机采用5位拨码开关，所以一片MAX487最多可以驱动32台下位机，即一台上位机通过对405 1地址输入端以及公共输入端的控制，最多可以监测256个工作点。通信部分的原理图如图2所示。
3)显示报警部分采用7段位LED和多个双色LED，通过蜂鸣器报警。这些器件通过3片CD4094移位寄存器驱动。7段位LED显示工作点编号(0~255)，双色LED显示各个工作点的状态以及蜂鸣器的报警。
2.2下位机部分硬件设计
下位机的功能主要是一旦出现接地端悬浮，或工作点电位过高，便报警。下位机静电电位模 拟量预处理电路如图3所示。
3系统的软件设计
3.1上位机部分软件设计
该系统的上位机软件部分的程序流程图如图4所示。
1)初始化包括对PIC的I/O端口方向寄存器，SCI控制、状态寄存器及中断控 制寄存器等的初始化。
2)中断部分RB4和RB5端口用于对被监测工作点的选择；RB6和RB7端口用于设定是否对所选工作点进行巡检；RB0端口用于确认操作，一旦确认，进入巡检中断服务程序，如果不进行重新设定，程序将对设定需要巡检的工作点进行循环查询，不断刷新显示状态，并对出现电位超标的工作点报警。当进入查询中断服务程序后，将中断开启，以便进行重新设定。由于RB4~RB7引起的中断为边沿触发中断，且中断标志位共用一位(INTCON中的RBIF位)，因此采用查询RB4~RB7端口电平的方法区分中断，避免了RB4~RB7端口电平发生变化时刻(上升沿和下降沿)均进入中断的情况。
3)PIC中与工作点电位状况相关的状态寄存器的分配由于在实际操作过程中，不是所有工作点同时工作，因此，只需对处于工作状态的工作点加以监测。当工作点的操作人员暂时离开时，工作点处于暂时离线状态（此时工作点仍处于被监测状态）。另外，在工作过程中，工作点电位会出现正常和过高两种情况。考虑到以上情况的出现并根据上位机最大巡检工作点数(256个)，分配3组寄存器（每组32个8位寄存器，共256位）分别表示工作点是否需要监测，操作人员是否暂时离线以及工作点电位是否正常。这些状态位对显示报警部分的软件设计是至关重要的。此外，由于工作点是否需要监测不会频繁改变，所以将设置状态保存到EEPROM中［3］。这样每次系统上电后，通过读取EEPROM中巡检状态，而免去了不必要的设定。
4)上位机通信部分通过对发送状态控制寄存器、接收状态寄存器以及波特率控制寄存器初始化，将其设置为8位数据、异步高速通信方式，波特率为9 600bit/s［4］。通过改变MAX487的驱动器/接收器输出使能端的电平，控制SCI的发送/接收状态。
3.2下位机部分软件设计
下位机的软件部分设计主要分为A/D转换和通信两个部分。
下位机的A/D转换部分的软件设计。该部分的软件设计主要通过PIC单片机对外设中 断的响应来实现的。首先需要通过设定A/D控制寄存器ADCON1将PIC的RA0/AN 0端口设定为模拟输入端口。再将与A/D转换相关中断的标志位——PIR1寄存器中的ADIF位清零。最后开启中断，先后将PIE1寄存器中的ADIE位、INTCON寄存器中的PEIE位和GIE位置1。从而实现将采集到模拟量转换成数字量。
下位机通信部分的软件设计与上位机通信部分的类似。不同之处在于，下位机处于从状态，即只有当下位机接收到的地址信息与其拨码开关状态相符合时，下位机才会响应，向上位机发送该工作点的电位状态信息。
4结语
本系统的下位机的测量端一旦电位较高或未与人体相连接接地（即静电环悬空），便会进行报警。在此基础上，通过上、下位机之间的通信，将工作点状态呈现在管理人员面前，在一定程度上可以预防静电高压的产生，从而防患于未然。就其一般原理来看，其应用领域是比较广泛的。尤其在一些严禁出现静电的领域可以加以推广和应用。
参考文献
［1］窦振中(Dou Zhenzhong).PIC系列单片机原理和程序设计(PIC Principle an d Programming)［M］.北京：北京航空航天大学出版社(Beijing:Beijing University of A eronautics and Astronautics Press),2001.
［2］李燕民(Li Yanmin).电路和电子技术(Electric Circuit and Electronic T echnology)［M］.北京：北京理工大学出版社(Beijing:Beijing Institute of Technology Press),2004.
［3］王有绪，许 杰，李拉成(Wang Youxu,Xu Jie,Li Lacheng).PIC系列单片机接口技术及应用系统设计(PIC Interface Technology and Application for System Desig ning)［M］.北京：北京航空航天大学出版社(Beijing:Beijing University of Aeronautic s and Astronautics Press),2001.
［4］刘和平(Liu Heping).单片机原理及应用(Singlechip Microcomputer Pri nciple and Application)［M］.重庆：重庆大学出版社(Chongqing:Chongqing University Press),2002.
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