基于zigBee無線網絡的在線監測系統的設計

陳以華

（貴州大學職業技術學院，貴州 貴陽 550004）

1 概述

隨著大規模集成電路的發展，加工工藝越來越先進，對可靠性的要求也越來越高.相應的環境中靜電對IC的危害變得也越來越顯著，對靜電的控制成為提高產品合格率的最重要措施之一。[1]為了使靜電降低到安全水平，防靜電手腕帶廣泛應用于組裝工位上。隨之，監測手腕帶使用狀況的監測儀器應運而生，但是目前市場上的監測儀器大部分均為單機版，只可在工位現場進行報警，不可避免的產生噪音以及人為因素影響等后果，從而制約了產品質量的提高。本文介紹一種新型的防靜電手腕帶監測系統，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，從根源上解決了單工位手腕帶監測儀的問題，為產品質量的提高提供了保障，并方便了用戶的管理工作。

2 監測系統介紹

2.1 系統組成和工作原理

防靜電手腕帶在線監測系統分為手腕帶監測儀、數據采集模塊、zigBee自組網通信模塊以及配套的數據處理軟件等幾部分構成。安裝在各個工位上的監測儀器將手腕帶接地狀況的信號轉化為數據采集模塊可以識別的電壓信號，數據采集模塊采集相應的信號，并通過zigBee無線網絡上傳至上位機數據處理軟件處，上位機處理軟件實現數據的實時顯示，以上數據的報警、存儲以及分析等功能。

2.2 ZigBee無線自組網技術

ZigBee是一種基于IEEE802.15.0標準的短距離、低速率無線網絡技術，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯網應用，主要用于無線傳感器網絡和測量控制方面。國際上，IEEE802.15.4工作組及ZigBee聯盟共同致力于該無線連接技術的推廣工作，其中，IEEE802.15.4工作組主要負責制定ZigBee物理層及MAC層協議.其余協議主要參照和采用現有標準，以便于今后不同廠商設備的互聯互通；ZigBee聯盟則負責高層應用及市場推廣工作。于2002年成立的ZigBee聯盟如今已經吸引了上百家芯片公司、無線設備公司加入。此外，Freescale、TI等國際巨頭也都已推出了比較成熟的ZigBee開發平臺[2]。

圖1 zigbee無線組網系統布局設計

ZigBee標準是基于802.15.4協議棧而建立的，它具備了強大的設備聯網功能，并支持三種主要的自組織無線網絡類型，即星型結構、網狀結構(Mesh)和簇狀結構(Cluster tree)，其中網狀結構具有很強的網絡健壯性和系統可靠性（如圖 1）。

在此系統中，將整個生產區域劃分為多條線，每條線設置zigbee無線模塊一個，各個監控機位將數據上傳至無線模塊處，而中控單元可以通過internet方式去有選擇的查看各個線的狀況，這樣的設計一方面保證了數據上傳的實時性，另外一方面方便了中控單元的管理人員，大大提高了效率。

3 上位機監控軟件的設計

上位機監控端以當前流行的虛擬儀器Lab Windows CVI虛擬儀器為開發平臺，利用其圖形化的軟面板、豐富的數字信號處理庫和高級函數分析庫資源，借助計算機的強大功能，實現與板卡之間的控制信息和采集信息之間的數據交換[3]。該系統具有報表、曲線、圖形等屏幕顯示、打印和繪圖、數據存儲調用、控制等多種功能，各分站既能與監控中心連接，又可獨立工作。在監測防靜電手腕大工作狀況時，可以對其報警基準進行設置，比如可設置只有超過10s的報警信息才會被記錄，這樣過濾掉由于人體動作或者外界影響隨機出現的非真實報警信息。其還可以調出歷史實時數據，供決策者分析廠區整體防靜電手腕帶的使用狀況，從根源上解決手腕帶使用監控的問題，大大的提高產品質量。

圖2 部分上位機監控軟件設計

結語

此系統中綜合考慮了液晶、電子等行業工作區域實際工況以及成本控制方面因素，通過合理系統優化設計，最終實現了實時監測防靜電手腕帶狀況，并可在此系統基礎上，進一步將平衡電壓這個參數一并監測進來，構建整個廠區的防靜電監測系統。這對生產過程中靜電的生成并避免相應后果可以起到極大的預防作用，很好的提高產品質量。

[1]孫玉榮等.新型平衡電壓無偏離離子風機的設計[M].北京：理工大學學報，2009.

[2]李兵.基于ZigBee的無線嵌入式設備的設計與實現[J].北京：郵電大學，2007.

[3]張鳳均.Lab Windows/CVI開發入門和進階[M].北京：航空航天大學出版社，2001.