CN103376383A - 接地线监测电路及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接地线监测电路及系统，该电路包括：同相比例运算放大电路和差分运算放大电路，其中，同相比例运算放大电路的负向输入端连接至接地线，正向输入端输入第一电压值；差分运算放大电路的负向输入端连接至同相比例运算放大电路的输出端，正向输入端输入第二电压值，输出端输出接地线的监测结果。本发明通过两个运算放大电路采集接地线信号，输出监测结果，从而实现接地线的实时监控，消除了人工监测的不可靠性。

Description

接地线监测电路及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种接地线监测电路及系统。

背景技术

随着目前电子产品的集成化程度越来越高，静电对其造成的危害也越来越大，静电是否能及时泄放，影响了产品的质量。静电的泄放一般通过防静电接地线有效接地来实现。因此需要对防静电接地线的导通情况进行检测。

目前关于防静电接地线的检测管理一般使用万用表或其他设备进行人工测试，实时性较差，受控程度很低，且不能实现远程监控。

发明内容

本发明提供了一种接地线监测电路及系统，以至少解决相关技术中，防静电接地线的监测使用万用表或其他设备进行人工测试，不能实现实时监控的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种接地线监测电路，包括同相比例运算放大电路和差分运算放大电路，其中，同相比例运算放大电路的负向输入端连接至接地线，正向输入端输入第一电压值；差分运算放大电路的负向输入端连接至同相比例运算放大电路的输出端，正向输入端输入第二电压值，输出端输出接地线的监测结果。

优选地，同相比例运算放大电路包括：第一运算放大器；第一电阻，连接在接地线和第一运算放大器的负向输入端之间；第二电阻，连接在第一运算放大器的负向输入端和第一运算放大器的输出端之间。

优选地，同相比例运算放大电路还包括：第三电阻，连接至第一运算放大器的正向输入端，并通过第三电阻输入第一电压值。

优选地，差分运算放大电路包括：第二运算放大器；第四电阻，连接至第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的负向输入端；第五电阻，连接至第二运算放大器的正向输入端和地；第六电阻，连接至第二运算放大器的正向输入端，并通过第六电阻输入第二电压值；第七电阻，连接至第二运算放大器的负向输入端和第二运算放大器的输出端。

根据本发明的另一个方面，提供了一种接地线监测系统，包括接地线监测电路和报警电路，其中，接地线监测电路是上述任一种的接地线监测电路；报警电路，连接至接地线监测电路的输出端，用于根据接地线的监测结果进行报警。

优选地，在接地线的监测结果大于报警电路的驱动电压时，报警电路通过指示灯产生光报警和/或通过蜂鸣器产生声报警。

优选地，接地线监测系统还包括电压转换电路，用于将220V电压转换成接地线监测电路所需的电压。

根据本发明的再一个方面，提供了一种接地线监测系统，，包括接地线监测电路和通讯模块，其中，接地线监测电路是上述任一种的接地线监测电路；通讯模块，连接至接地线监测电路的输出端，用于将接地线的监测结果传输给用户。

优选地，通讯模块包括：电压比较器，连接至接地线监测电路的输出端，用于将接地线的监测结果转换成单片机能够采集的电压信号；单片机，连接至电压比较器，用于采集电压信号；485转232通讯模块，连接至单片机，用于将电压信号转换成上位机能够识别的信号，并传输给上位机。

优选地，接地线监测系统还包括电压转换电路，用于将220V电压转换成接地线监测电路和通讯模块所需的电压。

本发明通过两个运算放大电路采集接地线信号，输出监测结果，从而实现接地线的实时监控，消除了人工监测的不可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的接地线监测电路的示意图；

图2是根据本发明优选实施例的接地线监测电路的示意图；

图3是根据本发明实施例的接地线监测系统的示意图一；

图4是根据本发明实施例的接地线监测系统的示意图二；

图5是根据本发明优选实施例的接地线监测电路的原理示意图；

图6是根据本发明优选实施例的接地线监测系统的电路示意图；

图7是根据本发明优选实施例的接地线监测系统的模块示意图；

图8是根据本发明优选实施例的电压转换电路的示意图；

图9是根据本发明优选实施例的加入保险管的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

相关技术中，防静电接地线的监测使用万用表或其他设备进行人工测试，不能实现实时监控。为此，本发明实施例提供了一种接地线监测电路，实现了接地线的实时监控。

图1是根据本发明实施例的接地线监测电路的示意图，如图1所示，该接地线监测电路包括同相比例运算放大电路和差分运算放大电路，其中，同相比例运算放大电路的负向输入端连接至接地线，正向输入端输入第一电压值(V1)；差分运算放大电路的负向输入端连接至同相比例运算放大电路的输出端，正向输入端输入第二电压值(V2)，输出端输出接地线的监测结果。

上述实施例中，通过两个运算放大电路采集接地线信号，输出监测结果，从而实现接地线的实时监控，消除了人工监测的不可靠性。

下面结合图2对同相比例运算放大电路和差分运算放大电路进行说明。

同相比例运算放大电路包括：第一运算放大器(U1)；第一电阻(R1)，连接在接地线和第一运算放大器(U1)的负向输入端之间；第二电阻(R3)，连接在第一运算放大器(U1)的负向输入端和第一运算放大器(U1)的输出端之间。其中，第一运算放大器(U1)的电源端输入电压值V3。

优选地，同相比例运算放大电路还可以包括：第三电阻(R2)，连接至第一运算放大器(U1)的正向输入端，并通过第三电阻(R2)输入第一电压值(V1)。

差分运算放大电路包括：第二运算放大器(U2)；第四电阻(R4)，连接至第一运算放大器(U1)的输出端和第二运算放大器(U2)的负向输入端；第五电阻(R5)，连接至第二运算放大器(U2)的正向输入端和地；第六电阻(R6)，连接至第二运算放大器(U2)的正向输入端，并通过第六电阻(R6)输入第二电压值(V2)；第七电阻(R7)，连接至第二运算放大器(U2)的负向输入端和第二运算放大器(U2)的输出端。其中，第二运算放大器(U2)的电源端输入电压值V4。

由上述可知，本发明实施例的接地线监测电路比较简单，且可以实现实时监控。利用运算放大器的固有特性和虚短虚断原理，可以通过选取一定的电阻，控制输出端输出的电压，从而反映出接地线的通断。

本发明实施例还提供了一种接地线监测系统，如图3所示，该系统包括接地线监测电路和报警电路，其中，接地线监测电路是上述接地线监测电路；报警电路，连接至接地线监测电路的输出端，用于根据接地线监测电路输出的接地线监测结果进行报警。

本实施例中，可以通过选用合适的运放和调整电阻的大小来确保在接地线导通与不导通时输出不同的电压信号，此电压信号决定是否能够驱动报警电路报警，可以更直观的让用户知道接地线是否导通。

在接地线的监测结果大于报警电路的驱动电压时，报警电路通过指示灯产生光报警和/或通过蜂鸣器产生声报警。

由于接地线监测电路所需的电压较小，需要将220V电压转换为所需的电压。所以，本发明实施例的一个优选实施方式如下：上述接地线监测系统还包括电压转换电路，用于将220V电压转换成接地线监测电路所需的电压。

为了可以实现远程监控，本发明实施例还提供了另一种接地线监测系统，图4是根据本发明实施例的接地线监测系统的示意图二，如图4所示，该系统包括接地线监测电路和通讯模块，其中，接地线监测电路是上述接地线监测电路；通讯模块，连接至接地线监测电路的输出端，用于将接地线的监测结果传输给用户。

本实施例中，用户可以根据通讯模块上传的信息，远程监控接地线的情况。

其中，通讯模块包括：电压比较器，连接至接地线监测电路的输出端，用于将接地线的监测结果转换成单片机能够采集的电压信号；单片机，连接至电压比较器，用于采集电压信号；485转232通讯模块，连接至单片机，用于将电压信号转换成上位机能够识别的信号，并传输给上位机。

上述通讯模块可以采用无线和有线两种，单片机接收到处理后的信号能够通过无线或有线的方式将信号传输给上位机，然后通过上位机软件在电脑显示器上显示出地线的导通情况。

由于接地线监测电路和通讯模块所需的电压较小，需要将220V电压转换为所需的电压。接地线监测系统还包括电压转换电路，用于将220V电压转换成接地线监测电路和通讯模块所需的电压。

当然，本发明的接地线监测系统也可以同时包括报警电路和通讯模块，即可以报警并实现远程监测。

下面将结合附图和具体实例对本发明实施例的实现过程进行详细描述。

接地线监测电路采用模块化设计，可以根据监测的防静电设备的多少随意添加，即可以实现多路监测。

如图5所示，以U1的正向输入为5V，U2的正向输入为12V为例。X3通过导线与防静电设备(如防静电桌垫、防静电手腕带等需接地的设备)上的接地点相连，X4通过导线与总地线相连从而形成检测回路。从X3采集到的信号经过两级运算放大(U1为双路运算放大器)后输出2OUT信号。若监测点地线连接完好，那么通过调整运算放大电路的电阻大小可以使2OUT端口输出的电压小于报警电路的驱动电压，这样报警电路的光耦U2将不能被驱动，其输出级不导通，声光报警灯便不会被触发(例如驱动电压为10V，那么输出电压小于10V，就不报警；也可以设定一个小于驱动电压的阈值，输出电压小于阈值时，不产生报警)。若监测点接地线不导通，那么2OUT口输出的电压大于报警电路的驱动电压，能够驱动光耦U2，使光耦输出级导通，从而触发报警灯声光报警。

图6是根据本发明优选实施例的接地线监测系统的电路示意图，如图6所示，X1通过导线与防静电设备(如防静电桌垫、防静电手腕带等需接地的设备)上的接地点相连，X2通过导线与总地线相连从而形成检测回路。该系统的检测原理是：利用运算放大器的固有特性(计算出的理论输出大于放大器的供电电压(本优选实施例中是12V)时，实际输出大小就是放大器的供电电压)，并结合“虚短虚断”原理设计出两级放大电路。本优选实施例中，U1和U2的电源端输入电压为12V。

前一级是同相比例运算放大电路，输出电压按照以下公式计算：Vout1＝(1+R3/R1)*Vi，其中Vi＝5v。后一级是差分放大电路，输出电压按照以下公式计算：Vout2＝Vi2*R5*(R4+R7)/[(R6+R5)R4]-Vi1*R7/R4，其中Vi1＝Vout1，Vi2＝12V，取R4＝R6，R7＝R5，则Vout2＝(Vi2-Vi1)*R5/R6。本发明实施例中，R1、R3、R5、R6是通过重复的实际验证确定的，其中，R1和R3之间需满足一定的比例关系(大于1.4)。本优选实施例中，R1选用较大的电阻(兆欧级)。

本优选实施例中，当监测点的接地线导通时，Vout1＝(1+R3/R1)*Vi，根据R1和R3，计算Vout1＝12V，又Vi1＝Vout1，Vi2＝12V，Vout2＝(Vi2-Vi1)*R5/R6，不难看出此时Vout2＝0V，光耦U3电路不工作，即系统无报警。另外，U1的负向输入端电压通过R1接到电源，电流约为I1＝Vi/R1，其中Vi＝5v，所以I1为微安级，对电路无影响。

若监测点的接地线断裂或不导通，那么相当于U1的负向输入端连接无穷大的电阻，即R1为无穷大。此时Vout1≈Vi＝5V，又Vi1＝Vout1，Vi2＝12V，Vout2＝(Vi2-Vi1)*R5/R6。需要说明的是，设计电路时可任意选取一定的电阻值R5和R6，使得Vout2的大小能够驱动光耦工作即可。例如，本优选实施例中，最终计算出Vout2＝12V，此时可以驱动光耦U3工作，次级输出12V，驱动报警，指示灯发出光报警和/或蜂鸣器发出声报警。

为了方便远程监控，可以在接地线监测系统中加入通讯模块，连接至检测处理模块(即上述接地线监测电路)，图7中还画出了电压转换模块和报警模块，如图7所示，该通讯模块包括：电压比较器、单片机和485转232通讯模块。首先，通过电压比较器对接地线监测电路输出的电压信号Vout2进行电平转换和滤波处理，使得其输出的是单片机能够采集到的电平信号。然后，单片机对转换后的电压信号进行采样监控，采集到信号后，将信号数据通过485转232通讯模块发送给上位机，上位机收到信号数据后，通过软件处理，可以将检测结果以一定的形式显示在界面上，并把数据保存起来。这样管理人员可以不出办公室就能进行监控，并可随时查询之前的记录。

另外，由于接地线监测电路和通讯模块所需的电压较小，所以需要利用变压器和电压转换电路(具体参见图8)将环境电压220V转换为需要的电压。下面以图6所示的电路为例，介绍电压转换的过程。接地线监测电路所需的电压为12V，通讯模块需要的电压为5V，具体地，变压器输入端可接220V/230V，50Hz/60Hz交流电压，输出端为12.5V 400mA和8.5V 100mA交流电压，然后通过二极管(D9～D16)组成的整流桥转换为直流电压。12.5V和8.5V的直流电压经过稳压芯片7812、7805和电容的稳压后，变为12V和5V的标准电压。如图9所示，还可以在零火线之间加入保险管，这样能够提高接地线监测系统的安全性。

综上所述，根据本发明的上述实施例，提供了一种接地线监测电路及系统。本发明不但实现了接地线监测的实时性，而且消除了由于人工检测带来的不可靠性，同时控制电路更为简单，并且能够实现远程监控。本发明实现多路地线导通情况的实时监控，能够及时的发现地线导通不良的情况，提醒员工及时维护，减少了地线断裂造成的静电无法泄放而带来的静电损伤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种接地线监测电路，其特征在于，包括同相比例运算放大电路和差分运算放大电路，其中，

所述同相比例运算放大电路的负向输入端连接至接地线，正向输入端输入第一电压值；

所述差分运算放大电路的负向输入端连接至所述同相比例运算放大电路的输出端，正向输入端输入第二电压值，输出端输出所述接地线的监测结果。

2.根据权利要求1所述的接地线监测电路，其特征在于，所述同相比例运算放大电路包括：

第一运算放大器(U1)；

第一电阻(R1)，连接在所述接地线和所述第一运算放大器(U1)的负向输入端之间；

第二电阻(R3)，连接在所述第一运算放大器(U1)的负向输入端和所述第一运算放大器(U1)的输出端之间。

3.根据权利要求2所述的接地线监测电路，其特征在于，所述同相比例运算放大电路还包括：第三电阻(R2)，连接至所述第一运算放大器(U1)的正向输入端，并通过所述第三电阻(R2)输入所述第一电压值。

4.根据权利要求1所述的接地线监测电路，其特征在于，所述差分运算放大电路包括：

第二运算放大器(U2)；

第四电阻(R4)，连接至所述第一运算放大器(U1)的输出端和所述第二运算放大器(U2)的负向输入端；

第五电阻(R5)，连接至所述第二运算放大器(U2)的正向输入端和地；

第六电阻(R6)，连接至所述第二运算放大器(U2)的正向输入端，并通过所述第六电阻(R6)输入所述第二电压值；

第七电阻(R7)，连接至所述第二运算放大器(U2)的负向输入端和所述第二运算放大器(U2)的输出端。

5.一种接地线监测系统，其特征在于，包括接地线监测电路和报警电路，其中，

所述接地线监测电路是权利要求1至4中任一项所述的接地线监测电路；

所述报警电路，连接至所述接地线监测电路的输出端，用于根据所述接地线的监测结果进行报警。

6.根据权利要求5所述的接地线监测系统，其特征在于，在所述接地线的监测结果大于所述报警电路的驱动电压时，所述报警电路通过指示灯产生光报警和/或通过蜂鸣器产生声报警。

7.根据权利要求5或6所述的接地线监测系统，其特征在于，所述接地线监测系统还包括电压转换电路，用于将220V电压转换成所述接地线监测电路所需的电压。

8.一种接地线监测系统，其特征在于，包括接地线监测电路和通讯模块，其中，

所述接地线监测电路是权利要求1至4中任一项所述的接地线监测电路；

所述通讯模块，连接至所述接地线监测电路的输出端，用于将所述接地线的监测结果传输给用户。

9.根据权利要求9所述的接地线监测系统，其特征在于，所述通讯模块包括：

电压比较器，连接至所述接地线监测电路的输出端，用于将所述接地线的监测结果转换成单片机能够采集的电压信号；

单片机，连接至所述电压比较器，用于采集所述电压信号；

485转232通讯模块，连接至所述单片机，用于将所述电压信号转换成上位机能够识别的信号，并传输给所述上位机。

10.根据权利要求8或9所述的接地线监测系统，其特征在于，所述接地线监测系统还包括电压转换电路，用于将220V电压转换成所述接地线监测电路和所述通讯模块所需的电压。

Images