在生活中，由于化纤织物、体表摩擦、环境干燥等因素产生的静电带来的小烦恼是无关痛痒的。但是在石油石化行业(笔者就是身处这样一个水深火热的行业)，比如油库、罐区、发油台这些易燃易爆炸的危险区域，任何细微的电火花的存在都是不允许，所以这些区域的入口处都必须设有人体静电消除装置。

　　图1：人体静电消除示意图

　　在最初的最初(静电亚导体没有被发现之前)，人们通常的在这些危险区域的入口竖一根纯金属杆，金属杆的另一头与接地桩相连。在进入危险区域之前触摸金属杆，将人体的静电导入大地。这种方式虽然能达到释放人体静电的目的，但是就像前面说的，静电释放过快容易击穿空气，造成打火。所以后来人们就将金属换成了静电亚导体，这种材质的导电率介于金属与非金属之间，能够均匀缓速的释放电荷，有效的避免电火花的产生。再后来，随着社会和技术的进步，人类开始不满足于这种看不见摸不着的静电释放方式，他们想直观的看到人体静电的释放过程。有需求就有市场，所以，也有了本案。

　　图2：人体静电检测释放原理方框图

　　本案的实现方式很清晰：首先是检测有无人触摸球体，如果检测到有人触摸，打开AD(为了保证低功耗检测到触摸后再开AD)，人体静电信号(含有50Hz的工频干扰)通过一系列信号的处理(放大、陷波、滤波)送到MCU的AD进行采样送显示(声光报警)，与此同时MCU控制静电亚导体与接地桩之间导通，实现静电的导出。篇(BAO)幅(MI)关(XIE)系(YI)这里着重分析静电检测部分的优化。

　　人体静电的检测原理：搭建RC振荡器，电容极板一端连接到静电亚导体球，另一端连接电路。当触摸到静电亚导体球时，手掌所形成的感应电容使电路中的电容增大，震荡周期改变。通过单片机的轮询，检测到频率的变化，从而“感知”人体的触摸。

　　图3：PCB极板以及极板与静电亚导体球连接实物图

　　图4：电容充放电示意图

　　原对比方案：遇到误动作好尴尬

　　这个项目原方案——传统的利用MCU轮询RC充放电电路实现。带来的问题(也是产品一直为人诟病的)：首先是灵敏度不理想，手掌放到球体上检测时间过长;其次，分立器件带来了一些不稳定因素。从现场反馈回来的情况，一是下雨天雨水落到球体表面，改变了容值，造成误操作，直接体现为——设备一直工作。二是容易受到干扰，开灯产生的电磁干扰都会造成设备的误动作(一次在展会，灯一亮我们的设备就开始工作了，好尴尬);最后，也是最关键的——外搭电路的功耗比较难控制，整个项目要求由一节2400mah的14505锂电池供电，工作5年。

　　优化方案：一颗“芯”的改变

　　原理都是相似的，不同在于实现的方式。后期改进，我们选择将电容检测部分模块化，并且集成到MCU内部的方案，简化了设计。芯片选用了来自Silicon Labs的超低功耗的EFM32。接口丰富，功耗超低(据说是全球最低，在活动模式下执行来自Flash的实际代码每兆赫所耗电量180ua，深度睡眠下900na，关机模式下20na)。

　　与之前不同的是，优化后的电容检测的触发改由中断完成，省去了CPU轮询的过程，功耗大大降低。并且集成化外设对可靠性和一致性都有了很好的控制。优化后的方案出现误动作的频率明显大大减少，我们的自信心也大大提高了。

　　图5：LESENSE结构框图

　　LESENSE作为EFM32系列MCU的外设可以被灵活的配置。它的容性传感器初始化时，应该先配置相关的时钟。为了提高测量的精度，我们建议在配置LESENSE时钟的时候，用LFXO作LFA的时钟源。同时使用哪个通道就配置对应的引脚(例如只用通道5就只需要配置对应的PC5管脚)。具体代码如下：

　　图6：LESENSE电容传感器配置代码

　　平时MCU工作在EM2的低功耗模式下，电容传感器扫描频率设置为30Hz时，实测工作电流在1.5μA左右。依据经验，扫描频率增大到100Hz，EM2模式下的工作电流也不会超过2μA。所以，至少在这个项目上，EFM32是笔者用过的对功耗控制最好的MCU。

　　图7：EFM32工作在EM2低功耗模式下的工作电流实测图

　　简单总结一下(每次写到这不总结就感觉没写完)。工欲善其事必先利其器，半导体行业的发展使我们对产品的设计更加得心应手，电路的集成化、功能的多样化已经是芯片行业发展的趋势，对芯片的合理的选择和把握可以大大缩短项目周期、降低开发难度。最后，祝大家研发快乐~(附上两张产品的靓照)

　　图8：电路板与静电亚导体球装配实物图

　　图9：工程样机实物图

　　1、 可同一时间测试防静电手腕带和防静电鞋的防静电功能2、 配备计算机软件连接计算机可记录每位工作人员的测试数据、时间情况

　　1、 可以生成记录清单并可以通过电邮传递或打印，内容包括：每月的结果，完整的记录，人员未通过情况，人员出勤记录和休假记录。

　　2、 可自动的将结果通过电邮出发给一个人或多个人。

　　3、 可记录5000个人员信息。

　　4、 能生成详细的工作组报告。

　　5、 能方便的输入报告文件到电子数据表或数据文件。

　　6、 可通过MS ACCESS或EXCEL输入公司人员信息。

　　7、 可设置管理员密码和各人员密码。

　　8、 可于门控系统结合使用控制人员进出。

　　9、 可以防止未授权的或没有正确ID的人员进入。

　　10、 兼容WINDOWS操作系统。

　　主要应用：

　　电子、芯片、弹药、石油、化工、纺织、造纸、橡胶、印刷、计算机等行业的科研实验室、生产车间和仓库等重点静电防护区的进入管理。

　　组件包括：踏板支架、测试仪和软件

　　注意事项：此款带软件的人体综合测试仪必须配置一台独立的台式电脑与其配套使用，才能保证数据安全及测量数据的准确度。

　　EFM32是来自挪威的Energy Micro最新推出的超低功耗ARM，该系列产品只有现有8位、16位、32位MCU的四分之一功耗，并且具有丰富的外设接口。

　　在活动模式下执行来自Flash的实际代码时每兆赫所耗电量为180μA，在深度睡眠模式下为900nA，在关机模式下为20nA。在应用基准测试中， EFM32 微控制器的低电流性能，加上低于2μs 的启动时间使其电池寿命延长了至少4 倍。

　　外设方面，EFM32能提供低功耗的外设，包括低能量的UART 和I2C 串行接口，A / D 和D / A 转换器和一个计数器和定时器主机。壁虎微控制器的独特之处在于它的“peripheral reflex system(周边反射系统)”(PRS)可与标准的32 位ARM 总线并行。PRS 可使EFM32 壁虎外围设备自主运行和交流，而中央处理器是关闭的，可延长睡眠时间并节省大量能源。

　　主要特性

　　32-bit ARM Cortex-M3 运行速率可达 32 MH

　　1.25 DMIPS/MHz

　　Superior Math Capability

　　Memory Protection Unit (MPU) ? USARTs with UART and SPI modes up 16 Mbit/s

　　温度范围： -40°~ 85°C ?

　　片上上电复位和掉电检测

　　90个带20mA 驱动力的GPIO ?

　　16个外部中断

　　外部总线接口(EBI) ?

　　存储对存储(DMA)

　　外围系统自主操作 ?

　　支持128/256-bit 硬件AES加密和解密

　　综合高、低频振荡器 ?

　　供电：1.8 ~ 3.8 V

　　Low Energy UART with 100 nA receive mode ?

　　Configurable LCD Controller driving up to 4x40 segments

　　低能量定时器脉冲输出可选 ?

　　灵活的24-bit实时计数器

　　脉冲计数器 ?

　　16-bit 定时器、比较器

　　12-bit ADC, 1 Msamples/s, 8通道 ?

　　12-bit DAC, 500 ksamples/s, 2通道

　　模拟比较器的8个输入多路复用和电容检测

　　EFM32™ 32 位微控制器 (MCU)

　　该节能型 EFM32 MCU 非常适合超低能耗应用。基于 ARM® Cortex® -M0+、Cortex-M3 和 Cortex-M4 核心的 EFM32 MCU 还具有最节能的外围设备和能耗模式，可以实现高功能、低功耗的系统设计。

　　Silicon Labs EFM32™ 32 位微控制器 (MCU) 系列是世界上最为节能的微控制器，特别适用于低功耗和能源敏感型应用，包括能源、水表和燃气表、楼宇自动化、警报及安防和便携式医疗/健身器材。鉴于探入和成本原因而无法经常更换电池，因而在无外部电源或操作员介入的情况下此类应用的运行时间应尽可能久。Silicon Labs 节能型 EFM32 32 位微控制器优于现有的低功耗 MCU 替代品——在此，我们着重指出实现这一性能的 5 大因素。

　　节能高效。EFM32 MCU 配备带有浮点运算单元和闪存的 ARM Cortex® M4 内核，并具有低功耗架构(活动模式下仅为 70 µA/MHz)。设备在设计上可根据功能匹配不同功耗，以提供四种能耗模式，包括 1.5 µA 深睡眠模式(16 kB RAM 保留并运行实时时钟)以及 400 nA 休眠模式(128 字节 RAM 保留以及 CRYOTIMER)。

　　使用高度集成的微处理器可为您的系统降低成本。该微处理器提供各类高性能和低功耗的外围设备、片上非易失性存储器、可扩展内存占用、无晶 500 ppm 睡眠定时器和集成电源管理功能。

　　EFM32 MCU 具有一系列硬件安全功能，可有效保护您的数据和网络。这些安全功能包括真随机数生成、用于 AES、ECC 和 SHA 加密的硬件密码加速器，以及用于确保特权访问选定片上外围设备的安全管理单元。

　　通过添加 Micrium OS 和 mbedTLS 并与硬件密码加速集成，为 MCU 构建了卓越的安全生态系统。