CN1566974A - 地线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种地线监测系统及方法，包括采样电路、选通电路、电压比较电路及微处理器电路，所述的采样电路对监测点的接地或漏电情况进行信号采样，由选通电路在微处理器电路的控制下进行循环选通，选通的信号经电压比较电路处理，将电压转换成微处理器电路所需的逻辑电平，由微处理器电路根据逻辑电平判断各个监测点的接地、漏电情况，并输出结果。监控时采用多路切换控制计数溢出的软件控制技术，自动循环监测与元器件或产品接触的多个烙铁的烙铁头或仪器、工装夹具等的漏电、接地情况。本发明及时消除了漏电对元器件造成损伤的隐患，改善了目前电子产品生产厂家防静电检测管理性价比较低的现状。

Description

地线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及监测系统，尤其涉及一种对电烙铁、仪器设备等的接地进行监测的系统及方法。

背景技术

静电、烙铁与仪器等的漏电问题一直困扰着所有的电子制造业，当出现漏电的时候，电子器件的损坏率极高。这种情形在亚洲地区由于有关规定不严格，情况更为严重。更糟的是：防静电手腕、烙铁、仪器在长时间的使用中，难免出现接地不良与漏电现象，而当接地系统出现问题时，有99％的用户并不知道。

目前市售的地线报警器一般为测试被测点与零线是否短路，短路则显示接地良好，原理实现很简单，也可用万用表测试两个点是否短路判断是否接地良好。

目前市售的地线报警器存在以下两个缺点：

(1)、只能直接检测静止的测试点的接地情况，而无法在不中断操作的情况下对使用中的电烙铁的漏电状况进行即时监控。

(2)、只能监测单路测试点的接地情况，无法实现同时对多路测试点的漏电状况进行及时监控。如使用多个现有技术的地线报警器则耗资巨大，性价比很低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有的地线报警器只能监测静态的单路测试点接地情况的不足，提供一种地线监测系统及方法，从而可直接自动检测与元器件或产品接触的多个烙铁的烙铁头或仪器、工装夹具等的漏电、接地情况。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

这种地线监测方法，其特征在于：利用单片机自动循环对多个监测点的接地或漏电进行监测，包括以下步骤：

单片机复位，对各监测点计数值清零；

单片机对各监测点采样信号进行循环选通，当选通的监测点接地良好时，对该监测点计数值清零；如果选通的监测点接地不良或漏电时，对该监测点计数值进行递加；

当所述的监测点计数值累计到预设值时，系统报警并显示该监测点的信息。

这种利用上述地线监测方法的地线监测系统，其特征在于：包括采样电路、选通电路、电压比较电路及微处理器电路，所述的采样电路对监测点的接地或漏电情况进行信号采样，由选通电路在微处理器电路的控制下进行循环选通，选通的信号经电压比较电路处理，将电压转换成微处理器电路所需的逻辑电平，由微处理器电路根据逻辑电平判断各个监测点的接地、漏电情况，并输出结果。

对电烙铁的接地情况进行监测时，通过电刷将焊锡架与焊锡丝相连，利用焊锡架或电刷作为监测点，由所述的采样电路对电铬铁使用时的接地或漏电情况进行采样。

所述的采样电路中，电流由电源正极经过地线到被监测设备，然后经过电位器和光耦初级发光二极管到电源负极形成回路，由光耦初级发光二极管的发光程度反应被监测设备的接地电阻和漏电情况。

所述的选通电路中采用若干个4051芯片，并由74HC138译码器与89C51单片机控制进行各监测点的循环选通。

所述监测系统的地线经光耦初级连接到电源正极，根据电源正极与监测系统地线间的电位差由光耦初级输出信号，所述光耦的次极连接到电压比较电路，经电压比较电路进行电平转换后输入微处理器电路，由微处理器电路判断所述监测系统自身地线的接地情况。

利用光耦对市电信号进行采样，采样信号经电压比较电路整形后转换为方波信号，输入微处理器电路作为市电同步信号，所述的微处理器电路在市电正弦波的下半周进行检测，实现对漏电的监测。

所述的微处理器电路上连接有显示屏、扬声器及报警灯，如果接地不良或漏电，由所述的微处理器电路控制进行声光报警，并在所述的显示屏上显示接地不良或漏电的监测点。

本发明的有益效果为：本发明通过直接采样经电刷与焊锡相连的焊锡丝架，从而间接地对使用该焊锡丝架中焊锡的电烙铁接地情况进行监控，监控时采用多路切换控制计数溢出的软件控制技术，自动循环监测与元器件或产品接触的多个烙铁的烙铁头或仪器、工装夹具等的漏电、接地情况，节省了大量人力物力。本发明这种接地检测方法能客观反映问题，及时消除烙铁、仪器等漏电对元器件造成损伤的隐患。

本发明可对电烙铁、机器、工装夹具的接地、漏电状况进行全天候、即时全自动的检测，改善了目前电子产品生产厂家防静电检测管理性价比较低的现状。

附图说明

图1为本发明地线监测流程图；

图2为本发明地线监测系统原理图；

图3为本发明地线监测系统电路原理图；

图4为本发明地线监测系统电路模块示意图；

图5为本发明地线监测系统电路图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明的这种监测系统使用单片机轮流检测多个监测点的接地情况，可随意设置与扩展监测点个数以满足生产线的需求。由于所有使用电烙铁的装焊操作人员都必须使用焊锡丝，因此本系统直接从烙铁头经焊锡丝通过电刷进行采样。单片机的循环采样点直接经焊锡架通过电刷与焊锡丝相连，当单片机探测指向的监测点在程序规定的时间内未检测到接地或漏电时，系统便认为这把烙铁接地不良并把工位号直接显示在液晶显示屏上，同时发出报警声及报警灯示，其它自动监测点(如仪器、工装夹具等)的监测方法与此相同，功能实现的软件流程如图1所示。

由图1可见，工位的监测是通过单片机对选通电路的控制进行所有监测点(需要监测的工位)的采样信号的循环选通。刚开机时单片机进行复位，对所有检测工位扫描计数值清零。当扫描被检测的工位接地良好时，该工位的计数值清零并显示该工位接地良好；如果扫描的工位接地不良或漏电时，对该工位扫描计数值加1，然后依次检测其它工位，当计数值累计到规定值时，系统报警并显示接地不良或漏电的工位号。完成最后一个工位扫描时，自动返回扫描第一个工位。单片机以每个检测点7.8ms的扫描速度循环扫描。

如图2所示为本发明地线监测系统原理示意图，监测点1---n分布安装在线体所有需要监测的工位上(其中电烙铁的监测是通过焊锡架上的电刷采样实现的)，各监测点采样的信号通过线路传输到监测仪的输入端，在仪器的输入端各信号都经过隔离转换与调整电路的处理，处理后的信号通过选通电路在单片机的选通控制下把信号循环选通，处理电路把选通的各路信号进行单独处理，将电平转换成单片机需要的逻辑电平，输出逻辑结果。本系统对所有工位的监测是通过地线回路实现的，因此本系统的正常运行首先要确保本仪器自身接地良好，本仪器地线的监测也是通过相应电路(与部分的自动监测电路相同)的处理输出逻辑结果。单片机根据上述输入的逻辑结果作出相应的分析，输出最终结果。如果接地不良或漏电，将通过声光报警，并在显示屏上显示接地不良或漏电的监测点。

如图3、图4和图5所示，本发明监测点TP1-TPn包括所有的监测工位(如焊锡架、仪器、工装夹具等)，监测点A就是本监测系统的地线。

信号隔离与整形电路(即信号采样电路)由电位器R1、R2到Rn，光耦U1、U2到Un，保护二极管D1到Dn等元器件组成。其中R1到Rn的作用是调节U1到Un初级(发光二极管)两端的电压(可调节允许被测物体对地电阻的大小——例如调节允许电烙铁对地最大的阻值是800Ω，当被测烙铁对地电阻在800Ω以下，在没漏电的前提下，系统默认烙铁接地良好，否则，系统判断此烙铁接地不良)。U1到Un对热地(电源地)与冷地(部分元器件的地——例如IC的地)进行隔离，防止IC被高压脉冲损坏。

电源由变压器、整流管、电容等元器件组成。冷地部分电源(5V和12V)由变压器的绕组L1、L2及整流器D3等元器件组成，热地电源(5V)由变压器的单独绕组L3、二极管D2、电容C102、芯片IC113(7805芯片)等元器件组成。

光耦信号采样的回路：变压器单独绕组L3经二极管D2、电容C102整流，并经芯片IC113(7805)稳压后经过地线到需要监测的烙铁、仪器等，然后再经监测端TP1-TPn(如焊锡架上的电刷)、电位器R1-Rn到光耦U1-Un的发光二极管接到L3整流后的负极。所以烙铁、仪器等的接地电阻和漏电情况就会从光耦初级发光二极管的发光程度体现出来。

选通电路包括芯片IC101到IC109，其中IC101到IC108(均采用4051芯片)是8选1的电子开关，IC109(74HC138芯片)是一个8选1译码器，在IC101到IC108电子开关(4051)和IC109译码器(74HC138)的配合下，单片机IC110(89C51)就可以控制选通电路从第一个到最后一个监测点进行循环选通。具体的功能和控制过程如下：8选1开关(4051)的选通控制端(A0、A1、A2)受IC110(89C51)的控制输出端(P1.0、P1.1、P1.2)的控制，因为本电路所有4051(后面IC101到IC108简称为4051)的控制端都是并联接到IC110(89C51)的控制端的，按道理在同一时刻每个4051都有一路选通的监测点，不过4051有个输出允许控制端(OE)，只要适当控制所有4051的允许端(OE)就可以选择指定的IC(当OE＝1时，I/O接口被封锁)。IC109(74HC138)的控制端(A1、A2、A3)在IC110(89C51)控制端(P1.3、P1.4、P1.5)的控制下，IC109(74HC138)的译码输出端(Y0-Y7)输出逻辑信号，每一路逻辑信号控制一个4051的输出允许控制端OE，这样，选通电路就可以在IC110的控制下作出从头到尾的循环选通。

4051信号的选通输出：4051是个8选1电子开关(本系统中为8个4051乘8个电子开关等于64个监测端口)，IC101——IC108(8个4051)在单片机IC110和译码器IC109(74LS138)的控制下，可以作出从第一个端口依次到最后一个端口的循环选通动作，因此IC101——IC108(8个4051)的输出端就是所有监测端口采样信号的数据流，单片机可以根据扫描顺序和时间的计算，判断出每个端口的位置。

电压比较电路将采集到的电平转换成单片机需要的逻辑电平，输出逻辑结果。由IC114的运放A1、A2、A3以及外围电位器T101、T102、T103，上拉电阻R002、R003、R004，电容C106、C107等元器件组成。

运放IC114(A2)对选通的信号进行比较输出逻辑信号，本电路用芯片LM324的一个运放IC114(A2)作比较器，因为烙铁、仪器等的接地情况可以从光耦的次级(4051的输入端)电平的高低反映出来，所以IC114(A2)设定一个比较电压(根据电路参数可调)，在监测的过程中端口信号的电平高于比较电压的比较器输出逻辑1，反之输出逻辑0。IC114(A2)将选通电路输出的信号(A2正输入端)与基准电压(A2负输入端)作比较输出逻辑信号，A2正端的电压高于负端时，A2输出逻辑1，否则A2输出逻辑0。所以选通电路循环选通的信号流经IC114(A2)处理后输出逻辑电平，再由单片机IC110的P3.3脚根据比较器输出的逻辑信号计算判断各个监测端口的接地、漏电情况输出结果。

运放IC114(A5)是个50HZ市电正弦波整形电路(把市电波形变换为方波)，具体的功能原理为：光耦U002采样的市电信号经IC114(A5)整形后转换为方波信号输出给IC110(89C51)的P3.0作为IC110的市电同步信号。当监测的工位有漏电时，漏电电流会经过光耦初级，光耦把漏电的波形穿入到输出端(选通电路的输入端)，可以把市电认为是一个正弦波信号，所以IC110(89C51)保证在市电正弦波的下半周才进行检测，就可以实现漏电监测功能。监测工位有漏电时，输入到IC114(A2)的电平叠加有漏电的波形，只要在波形的下半周进行检测，IC114(A2)就等效于此时刻输出逻辑0，系统判断此工位有漏电。

微处理器电路包括单片机IC110(89C51)以及外围存储器等电路组成。单片机IC110上连接有液晶显示屏LCD101、扬声器L5及报警灯L6。当IC110的P3.2脚接受到逻辑0的时候，IC110显示本监测系统接地结果良好，否则显示错误并报警。当IC110的P3.3接受的逻辑信号流，有一个或一个以上的逻辑1，且单片机探测指向的监测点在预设的时间内未检测到接地或漏电时，系统便认为这把烙铁接地不良并把工位号直接显示在液晶显示屏上，同时发出报警声及报警灯示，否则显示工位接地良好。

为了本系统易于理解，以下对单路端口的监测为例作一个详细的说明：烙铁在使用的时候(烙铁头已接地)，IC113(5V电源)的正极经过地线到烙铁头，然后再经过焊锡到电刷(TP1)，电流经过R1—→U1初级的正极—→U1初级的负极—→IC113(5V电源)的负极形成回路。U1的次级接到IC101(4051)的(I/O)0脚，IC101在控制信号的选通下(例如在t1时刻选通(I/O)0脚)，在t1时刻IC114(A2)根据IC101的(I/O)0脚的电压幅度作比较输出逻辑信号。单片机IC110根据t1时刻IC114(A2)输出的逻辑信号，判断此烙铁的接地是否良好。

本监测系统地线接地情况的检测是利用220V电源火线对地线的电位差实现的，经过光耦的隔离和IC114(A1)比较器的比较输出逻辑信号，单片机IC110根据P3.2的逻辑信号输出结果。

运放IC114(A1)是本监测系统的地线检测比较器，220V电源的零线和火线经过开关K123的选择(选择火线)，二极管D1、电容C101整流滤波后的电压加到光耦U001的初级与电阻R001(1M)上。当本系统接地良好时，IC114(A1)正极输入低电平，因此输出逻辑0——系统检测到已接地。当地线断路时，因为二极管D1整流后的电源没有回路，所以光耦U001初级两端没电压，此时运放IC114(A1)输出逻辑1——系统检测到接地不良。单片机IC110的P3.2脚根据IC114(A1)输出的逻辑信号判断本系统接地是否良好。

本发明可对电烙铁、机器、工装夹具的接地、漏电状况进行全天候、即时全自动的检测，改善了目前电子产品生产厂家防静电检测管理性价比较低的现状。

Claims (8)

1、一种地线监测方法，其特征在于：利用单片机自动循环对多个监测点的接地或漏电进行监测，包括以下步骤：

单片机复位，对各监测点计数值清零；

单片机对各监测点采样信号进行循环选通，当选通的监测点接地良好时，对该监测点计数值清零；如果选通的监测点接地不良或漏电时，对该监测点计数值进行递加；

当所述的监测点计数值累计到预设值时，系统报警并显示该监测点的信息。

2、一种利用权利要求1所述地线监测方法的地线监测系统，其特征在于：包括采样电路、选通电路、电压比较电路及微处理器电路，所述的采样电路对监测点的接地或漏电情况进行信号采样，由选通电路在微处理器电路的控制下进行循环选通，选通的信号经电压比较电路处理，将电压转换成微处理器电路所需的逻辑电平，由微处理器电路根据逻辑电平判断各个监测点的接地、漏电情况，并输出结果。

3、根据权利要求2所述的地线监测系统，其特征在于：对电烙铁的接地情况进行监测时，通过电刷将焊锡架与焊锡丝相连，利用焊锡架或电刷作为监测点，由所述的采样电路对电铬铁使用时的接地或漏电情况进行采样。

4、根据权利要求2或3所述的地线监测系统，其特征在于：所述的采样电路中，电流由电源正极经过地线到被监测设备，然后经过电位器和光耦初级发光二极管到电源负极形成回路，由光耦初级发光二极管的发光程度反应被监测设备的接地电阻和漏电情况。

5、根据权利要求2所述的地线监测系统，其特征在于：所述的选通电路中采用若干个4051芯片，并由74HC138译码器与89C51单片机控制进行各监测点的循环选通。

6、根据权利要求2所述的地线监测系统，其特征在于：所述监测系统的地线经光耦初级连接到电源正极，根据电源正极与监测系统地线间的电位差由光耦初级输出信号，所述光耦的次极连接到电压比较电路，经电压比较电路进行电平转换后输入微处理器电路，由微处理器电路判断所述监测系统自身地线的接地情况。

7、根据权利要求2所述的地线监测系统，其特征在于：利用光耦对市电信号进行采样，采样信号经电压比较电路整形后转换为方波信号，输入微处理器电路作为市电同步信号，所述的微处理器电路在市电正弦波的下半周进行检测，实现对漏电的监测。

8、根据权利要求2所述的地线监测系统，其特征在于：所述的微处理器电路上连接有显示屏、扬声器及报警灯，如果接地不良或漏电，由所述的微处理器电路控制进行声光报警，并在所述的显示屏上显示接地不良或漏电的监测点。

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