基于zigBee无线网络的在线监测系统的设计

陈以华

（贵州大学职业技术学院，贵州 贵阳 550004）

1 概述

随着大规模集成电路的发展，加工工艺越来越先进，对可靠性的要求也越来越高.相应的环境中静电对IC的危害变得也越来越显著，对静电的控制成为提高产品合格率的最重要措施之一。[1]为了使静电降低到安全水平，防静电手腕带广泛应用于组装工位上。随之，监测手腕带使用状况的监测仪器应运而生，但是目前市场上的监测仪器大部分均为单机版，只可在工位现场进行报警，不可避免的产生噪音以及人为因素影响等后果，从而制约了产品质量的提高。本文介绍一种新型的防静电手腕带监测系统，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，从根源上解决了单工位手腕带监测仪的问题，为产品质量的提高提供了保障，并方便了用户的管理工作。

2 监测系统介绍

2.1 系统组成和工作原理

防静电手腕带在线监测系统分为手腕带监测仪、数据采集模块、zigBee自组网通信模块以及配套的数据处理软件等几部分构成。安装在各个工位上的监测仪器将手腕带接地状况的信号转化为数据采集模块可以识别的电压信号，数据采集模块采集相应的信号，并通过zigBee无线网络上传至上位机数据处理软件处，上位机处理软件实现数据的实时显示，以上数据的报警、存储以及分析等功能。

2.2 ZigBee无线自组网技术

ZigBee是一种基于IEEE802.15.0标准的短距离、低速率无线网络技术，该无线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用，主要用于无线传感器网络和测量控制方面。国际上，IEEE802.15.4工作组及ZigBee联盟共同致力于该无线连接技术的推广工作，其中，IEEE802.15.4工作组主要负责制定ZigBee物理层及MAC层协议.其余协议主要参照和采用现有标准，以便于今后不同厂商设备的互联互通；ZigBee联盟则负责高层应用及市场推广工作。于2002年成立的ZigBee联盟如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司加入。此外，Freescale、TI等国际巨头也都已推出了比较成熟的ZigBee开发平台[2]。

图1 zigbee无线组网系统布局设计

ZigBee标准是基于802.15.4协议栈而建立的，它具备了强大的设备联网功能，并支持三种主要的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Cluster tree)，其中网状结构具有很强的网络健壮性和系统可靠性（如图 1）。

在此系统中，将整个生产区域划分为多条线，每条线设置zigbee无线模块一个，各个监控机位将数据上传至无线模块处，而中控单元可以通过internet方式去有选择的查看各个线的状况，这样的设计一方面保证了数据上传的实时性，另外一方面方便了中控单元的管理人员，大大提高了效率。

3 上位机监控软件的设计

上位机监控端以当前流行的虚拟仪器Lab Windows CVI虚拟仪器为开发平台，利用其图形化的软面板、丰富的数字信号处理库和高级函数分析库资源，借助计算机的强大功能，实现与板卡之间的控制信息和采集信息之间的数据交换[3]。该系统具有报表、曲线、图形等屏幕显示、打印和绘图、数据存储调用、控制等多种功能，各分站既能与监控中心连接，又可独立工作。在监测防静电手腕大工作状况时，可以对其报警基准进行设置，比如可设置只有超过10s的报警信息才会被记录，这样过滤掉由于人体动作或者外界影响随机出现的非真实报警信息。其还可以调出历史实时数据，供决策者分析厂区整体防静电手腕带的使用状况，从根源上解决手腕带使用监控的问题，大大的提高产品质量。

图2 部分上位机监控软件设计

结语

此系统中综合考虑了液晶、电子等行业工作区域实际工况以及成本控制方面因素，通过合理系统优化设计，最终实现了实时监测防静电手腕带状况，并可在此系统基础上，进一步将平衡电压这个参数一并监测进来，构建整个厂区的防静电监测系统。这对生产过程中静电的生成并避免相应后果可以起到极大的预防作用，很好的提高产品质量。

[1]孙玉荣等.新型平衡电压无偏离离子风机的设计[M].北京：理工大学学报，2009.

[2]李兵.基于ZigBee的无线嵌入式设备的设计与实现[J].北京：邮电大学，2007.

[3]张凤均.Lab Windows/CVI开发入门和进阶[M].北京：航空航天大学出版社，2001.