Si tu campo `serial` no es la clave primaria de la tabla o no es un campo único entonces lo primero que debes hacer es incluir el campo como clave primaria (`PRIMARY KEY`) o clave única (`UNIQUE`) mediante la siguiente consulta SQL:

    ALTER TABLE equipos
      ADD UNIQUE (serial);

Una vez que hagas eso el servidor MySQL te dará un error 1062 cuando intentes introducir un registro duplicado, no tendrás que realizar consultas previas sensibles a condiciones de carrera que te puedan dar registros duplicados.

El código que he usado para reproducir tu problema ha sido:

    <?php
    /* a) No necesitas los paréntesis en una construcción del lenguaje.
       b) Es mejor usar "require_once" para evitar inclusión doble. */
    require_once 'connect_db.php';
    /* a) Usar "empty" e "isset" al mismo tiempo es innecesario.
       b) Según PSR-2 sólo debe haber un elemento por línea, evita poner dos. */
    if (
        false === empty($_POST['serial'])
        && false === empty($_POST['marca'])
        && false === empty($_POST['modelo'])
        && false === empty($_POST['caracteristicas'])
        && false === empty($_POST['ip_equipo'])
        && false === empty($_POST['mac_equipo'])
        && false === empty($_POST['id_tipo'])
        && false === empty($_POST['id_estado'])
        && false === empty($_POST['id_estatus'])
        && false === empty($_POST['id_usuario'])
        && false === empty($_POST['id_ubicacion'])
        && false === empty($_POST['id_departamento'])
    ) {
        /* Preparamos la consulta usando ? para insertar los valores */
        $stmt = $mysqli->prepare("
            INSERT INTO equipos (
                serial,
                marca,
                modelo,
                caracteristicas,
                ip_equipo,
                mac_equipo,
                id_tipo,
                id_estado,
                id_estatus,
                id_usuario,
                id_ubicacion,
                id_departamento
            ) VALUES (
                ?,
                ?,
                ?,
                ?,
                ?,
                ?,
                ?,
                ?,
                ?,
                ?,
                ?,
                ?
            )
        ");
        /* Comprobamos si hubo problemas con la preparación de la consulta */
        if ($stmt === false) {
            die($mysqli->error);
        }
        /* Asignamos las variables */
        $stmt->bind_param('ssssssssssss',
            $_POST['serial'],
            $_POST['marca'],
            $_POST['modelo'],
            $_POST['caracteristicas'],
            $_POST['ip_equipo'],
            $_POST['mac_equipo'],
            $_POST['id_tipo'],
            $_POST['id_estado'],
            $_POST['id_estatus'],
            $_POST['id_usuario'],
            $_POST['id_ubicacion'],
            $_POST['id_departamento']
        );
        /* Comprobamos si se pudo realizar la consulta */
        if($stmt->execute() === true) {
            $mensaje = "Registro agregado correctamente";
        } else {
            /* Comprobamos si hubo duplicidad de registro (clave duplicada) */
            if ($stmt->errno === 1062) {
                $mensaje = "Error:\nRegistro duplicado";
            } else {
                $mensaje = "Error al ingresar:\n" . $stmt->error;
            }
        }
        /* Enviamos al navegador de manera segura el mensaje de texto */
        echo '<script>alert(', json_encode($mensaje), ')</script>';
    }
    /* Mostramos el formulario para introducir datos */
    ?><form action="<?= htmlspecialchars($_SERVER['PHP_SELF']) ?>" method="post">
        serial: <input type="text" name="serial" /><br/>
        marca: <input type="text" name="marca" /><br/>
        modelo: <input type="text" name="modelo" /><br/>
        caracteristicas: <input type="text" name="caracteristicas" /><br/>
        ip_equipo: <input type="text" name="ip_equipo" /><br/>
        mac_equipo: <input type="text" name="mac_equipo" /><br/>
        id_tipo: <input type="text" name="id_tipo" /><br/>
        id_estado: <input type="text" name="id_estado" /><br/>
        id_estatus: <input type="text" name="id_estatus" /><br/>
        id_usuario: <input type="text" name="id_usuario" /><br/>
        id_ubicacion: <input type="text" name="id_ubicacion" /><br/>
        id_departamento: <input type="text" name="id_departamento" /><br/>
        <input type="submit" />
    </form>

Nota: He usado este esquema (usando el campo `serial` como clave primaria):

    CREATE TABLE `equipos` (
     `serial` varchar(250) NOT NULL,
     `marca` varchar(250) NOT NULL,
     `modelo` varchar(250) NOT NULL,
     `caracteristicas` varchar(250) NOT NULL,
     `ip_equipo` varchar(250) NOT NULL,
     `mac_equipo` varchar(250) NOT NULL,
     `id_tipo` varchar(250) NOT NULL,
     `id_estado` varchar(250) NOT NULL,
     `id_estatus` varchar(250) NOT NULL,
     `id_usuario` varchar(250) NOT NULL,
     `id_ubicacion` varchar(250) NOT NULL,
     `id_departamento` varchar(250) NOT NULL,
     PRIMARY KEY (`serial`)
    )