CC BY
84
Индикатор сегментный четырехпозиционный Патраль А. В.
Патраль Альберт Владимирович /Patral' Albert Vladimirovich - инженер-электрик, старший научный сотрудник, специальность «Автоматика и телемеханика» (ЛЭТИ-1969),
Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники георазведки (1960-1993),
г. Санкт-Петербург
Аннотация: в статье рассматривается практическое применение малогабаритного сегментного формата цифровых знаков. Рассматривается макет электронных часов. Рассматривается применение 4-позиционного кода при измерении и индикации величины угла положения вала. В статье приведены примеры применения 4-сегментных знаков рекламного характера.
Ключевые слова: цифровая информация, индикатор 4-сегментный, разрешающая способность, цифровой алфавит, знака обнаружение, знака различение, знака идентификация.
УДК 681
Вводная часть
При современном развитии средств отображения цифровой информации, арабские цифры к настоящему времени уже претерпели незначительные изменения при отображениях их на цифровых индикаторах. Ведь известно, что скорость и точность опознания как цифр, так и букв зависят от их формы. Чем более сложную комбинацию прямолинейных и криволинейных элементов имеет цифра или буква, тем труднее она опознается. Наиболее точно опознаются высокие и узкие цифры и буквы, особенно при слабой внешней освещенности на активных знакосинтезирующих индикаторах которые позволяют высветить арабские цифры от 0 до 9. Цифры и буквы, образованные прямыми линиями, опознаются быстрее и точнее тех, которые включают криволинейные элементы [1]. Развитие систем автоматического сбора и обработки информации, систем программного управления, телеметрии, вычислительной техники, контрольно -измерительной, регистрирующей аппаратуры и других устройств создало широкую номенклатуру цифровых индикаторов различных типов. Они представляют собой наиболее эффективный и перспективный класс приборов электронной техники, предназначенный для преобразования электрических сигналов в видимые изображения, воспроизводящих информацию в удобной для зрительного восприятия форме. Криволинейные
участки арабских цифр при отображениях электронных индикаторах заменены |— линиями, что позволило разбить каждую i цифру (цифровой знак) на сегменты. — способ отображения арабских цифр лишил привычности начертания, но обеспечил высвечивание всех цифровых знаков от О - [1, с. 88]) в одной и той же плоскости представленным начертанием цифры 8 (рис. 1а
I I I
J J l_ I U И_11-|
I
х на
прямыми арабскую Сегментный их некоторой
•сегментный формат (а) и цифровые знаки на его основе (б).
Рис.3 Д° 9 (Рис- 16
тел формата,
- [1, с. 88]).
Относительно высокое энергопотребление и высокая стоимость [1, c. 68] полупроводниковых форматов индикаторов объясняется, в частности, большим числом элементов в отображаемых знаках вследствие их
начертания. Большое число элементов в цифровых знаках, которое обусловливает габаритные размеры индикаторов, тормозят миниатюризацию электронных устройств с информацией на выходе. Для расширения применения полупроводниковых
необходимо добиться снижения
отображения
большие
дальнейшую
числовой
областей
индикаторов
потребляемой
мощности, снижения общей стоимости и габаритных размеров их при сокращении числа элементов в формате индикатора. При этом сокращение числа элементов в формате индикатора не должно сказываться на ухудшении восприятия цифровых знаков. Попытки снизить числа элементов отображения всего лишь на один элемент привели к удовлетворительному начертанию знаков, требующему специальной подготовки операторов для их опознания (рис. 2. - [1, с. 91]). Снижение числа элементов отображения в цифровых знаках может быть осуществлено, используя 7-сегментный формат индикатора. При этом формирование знаков (рис. 3б - разработано автором) на основе 7-сегментного формата осуществляется без использования среднего горизонтального сегмента G (рис. 3а - разработано автором). Для сравнительной оценки цифровых знаков по их восприятию определим параметры цифровых знаков. Цифровые знаки различаются числом и расположением элементов отображения, различной величиной площади знака, занимаемой высветившимися элементами формата, различной величиной площади «окна» из не высветившихся элементов цифрового формата. Кроме того, расположение двух или трех воспроизводимых параллельных линий из элементов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, определяется разрешающей способностью знаков, которая тоже различна. Все параметры знаков при их восприятии разделяются на стадии: обнаружение знака, различения знака, идентификация знака и опознание знака [2, с. 46]. Обнаружение - стадия
восприятия, на которой оператор выделяет знак из фона. При этом устанавливается лишь наличие знака в поле зрения без оценки его формы и признаков. Воспринимается общая площадь высветившихся элементов знака на фоне общей площади «окна» знака [2, с. 46]. Различение - стадия восприятия, на которой оператор способен выделить элементы отображения, расположенные параллельно на некотором расстоянии друг от друга [2, с. 46]. Воспринимается высветившаяся площадь знака с разделением на участки с параллельно расположенными элементами его, определяемая разрешающей способностью. Идентификация - стадия восприятия [2, с. 46], на которой оператор выделяет все элементы отображения. Воспринимается высветившаяся площадь знака с различением любого элемента его. Опознание - стадия восприятия, на которой оператор отождествляет знак с эталоном, хранящимся в его памяти.
Семипозиционные форматы индикаторов
На рис. 4а в таблице № 1 (разработано автором) записаны все параметры знаков (рис. 4б - [1, с. 98]) 7-сегментного формата (рис. 4а - [1, с. 98]), габаритный размер которого выбран 35 мм2 (высота знака равна 7 мм, ширина знака 5 мм - самое распространенное соотношение 7:5 высоты знака к его ширине).
Таблица №1
цифра. 5ф мм2 Sctm мм2 Sok ММ2 So6h ММ2 Кр.с.ш Кр.с.в Кр.с.зн 5рзл мм2 Span ср. мм2 Бидн ср. ММ2
0 35.00 14.70 20.30 8.53 1.19 1.13 1.34 6.36 5.94 1.21
4.90 30.10 4,20 1.00 1.00 1.00 4.20
2 12.46 22.54 8.02 1.00 1.29 1.29 6.22
12.46 22.54 8.02 1.00 1.29 1.29 6.22
4 9.87 25.13 7.09 1.09 1.00 1.09 6.50
5 12.46 22.54 8.02 1.00 1.29 1.29 6.22
6 14.91 20.09 8.56 1.09 1.29 1.41 6.07
7 7.42 27.58 5.85 1.00 1.00 1.00 5.85
17.36 17.64 8.75 1.19 1.29 1.54 5.68
14.91 20.09 8.56 1.09 1.29 1.41 6.07
Sfc=HxL
Sera - величина площади контура знака в зависимости от его начертания.
Sok- 5ф-5сгм
So6h — (Sc™ х Sok) : 5ф
5рзл = БобнКр.с.зн
Бид ср.н = 5рзл ср. : п ср.. где п ср. = 4.9 - среднее число сегментов на знак
Таблица величин параметров знаков на основе 7-сегментного формата (в) в зависимости от их начертания
а
а = 4.30мм Ь=3.60мм
П 1Ш
Li и:
с с тс ли и:
с = 3.15мм б = 2.45мм
I с* = 6.3мм d* =5.6 мм
Для цифр 4; 6; 9
Кр.с.ш=2а'(Ь+а) щ
Для цифр 0 и 8 А
1 II В &
1_ Для цифр 2. 3. 5. 6. 8. 9
Кр.с.в = c/d Т 1
Для цифры 0 —^
-±-» э
т т
Кр.с.в - c*/d*
Н= 7.00 мм L = 5.00 мм t — 0.7 мм
а
Цифровые знаки от 0 до 9 (б) на основе 4-сегментного формата (в)
Рис.4
Конструктивные параметры формата знака представлены на рис. 4в (разработано автором) для определения коэффициента разрешающей способности (понятие введено автором). Наилучшее восприятие знака на стадии его обнаружения определяется соотношением величины площади из высветившихся элементов отображения к величине площади его «окна», включающей не высветившиеся элементы формата знака и постоянную площадь «окна» формата (светлое поле), заключенную между элементами формата (рис. 4в -[3]). При равенстве величины площади контура знака из высветившихся элементов цифрового формата и величины площади его «окна» восприятие знака на стадии обнаружения наилучшее [3]. Эта величина
определяется по формуле как величина эквивалентной площади обнаружения (So6h) знака: So6h = (S сгм х Sok) : Sф [3]. В зависимости от начертания знака величина площади контура знака ^сгм) изменяется. Величина площади «окна» (Sok) знака определяется разностью между величиной площади цифрового формата ^ф) и величиной площади контура знака ^сгм) из высветившихся сегментов цифрового формата по формуле: Sok = Sф - Sсгм [3]. Габаритные размеры цифрового формата выбраны таким образом, что эквивалентная величина площади обнаружения знака цифры 8 максимальна и равна [3]: Sобн=(Sсгм х Sok) : Sф = Sф/4 (рис. 4а, таблица № 1, строка 2 снизу, колонки 1-5). Для оценки восприятия знака на стадии его различения необходимо определить числовые значения величин разрешающей способности знака. Разрешающую способность формата индикатора можно оценивать по возможности различения оператором двух воспроизводимых световых линий, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.
При низкой разрешающей способности оператор принимает две линии за одну, а при высокой разрешающей способности - две очень близкие линии воспринимаются как отдельные. Повышать разрешающую способность цифровых знаков арабского происхождения можно до определенного предела, свыше которого изображение не будет восприниматься глазом [4, с. 115]. Чем меньше расстояние между параллельно расположенными горизонтальными или вертикальными линиями из точечных элементов при начертании знака, тем меньше разрешающая способность знака, тем хуже возможность различения его. Чтобы количественно оценить влияние разрешающей способности знака на восприятие знака на стадии его различения, необходимо ввести коэффициент разрешающей способности [3] по ширине (Кр. с. ш.) и по высоте (Кр. с. в.) знака (рис. 4в).
Для определения величины коэффициента разрешающей способности знака по ширине (рис. 4в) измеряем промежуток (а) между одной вертикальной линией контура знака до границы ширины знака и измеряем промежуток (b) между противоположными вертикальными линиями контура знака (рис. 4в). Частное от деления а/b (безразмерное число) можно характеризовать как относительную величину разрешающей способности знака или величину коэффициента разрешающей способности знака по ширине (Кр. с. ш. = a/b). Чем больше эта величина (Кр. с. ш. = a/b - разработано автором), тем ниже разрешающая способность по ширине знака. Т. е. рассматривается возможность различения одной (рис. 4в) вертикальной линии контура знака, в одном случае, и возможность различения каждой из двух вертикальных линий контура знака (рис.4в) - во втором случае, расположенных по одной и той же ширине знака. Величина этого отношения (a/b>1) уменьшает возможность различения каждой из двух вертикальных линий контура знака (рис. 4в) по отношению к возможности различения лишь одной вертикальной линии контура знака (рис. 4в) в пределах одной и той же ширины знака. Точно так же определяется величина коэффициента разрешающей способности знака по высоте его (Кр. с. в. =c/d [3]). Произведением величины разрешающей способности знака по ширине на величину разрешающую способность знака по высоте (Кр. с. ш. х Кр. с. ш.) определяется величина коэффициента разрешающей способности знака (Кр. с. зн.): Кр. с. зн. = Кр. с. ш. х Кр. с. в. [3].
С помощью коэффициента разрешающей способности знака определяется величина эквивалентной площади различения ^рзл) знака. Величина эквивалентной площади различении знака меньше величины эквивалентной площади обнаружения знака на коэффициент разрешающей способности его [3]: Sрзл = Sобн : Кр. с. зн. (рис. 4в, таблица № 1, колонки 6-9). Уменьшение величины коэффициента разрешающей способности улучшает возможность восприятие знака. Скорость его опознания увеличивается. Чтобы идентифицировать цифровой знак, необходимо различить все отображенные элементы его. Чем больше элементов в знаке, тем он хуже идентифицируется. Среднее число (n) элементов отображения на знак в цифровом алфавите на основе 7-сегментного индикатора равно 4.9 (n=4.9). Определив среднюю величину эквивалентной площади различения на знак ^рзл ср.), определим среднюю величину эквивалентной площади идентификации на знак [3] для цифрового алфавита (рис. 4а, таблица № 1, колонки 10, 11).
Четырехпозиционные форматы индикаторов [5]
Теперь нетрудно определить восприятие цифровых знаков (рис. 5б - [5]) 6-сегментного формата индикатора (рис. 5в - [5]) на основе 7-сегментного формата индикатора на стадиях обнаружения, различения и идентификации (рис. 5а, таблица № 2, [5]). Средняя величина эквивалентной площади идентификации знака у 6-сегментного формата индикатора в 1.3 раза больше средней величины эквивалентной площади идентификации 7-сегментного формата индикатора.
Таблица №2
п
LI
цифра 5ф ММ2 Sc™ мм2 Sok мм2 So6h мм2 Кр.с.ш Кр.с.в Кр.с.зн Брзл мм2 Брзл ср. мм2 Бидн ср. мм2
0 35.00 16.80 18.20 8.74 1.19 1.13 1.34 6,52 601 1.58
1 4.90 30.10 4.20 1.00 1.00 1.00 4.20
2 7.42 27.58 5.85 1.00 1.00 1.00 5.85
3 9 94 25.06 7.12 1.00 1.13 1.13 6,30
4 7.42 27.58 5.85 1.00 1.00 1.00 5.85
5 7.42 27.58 5.85 1.00 1.00 1.00 5.85
6 12.32 22.68 7.98 1.19 1.00 1.19 6.71
7 7.42 27.58 5.85 1.00 1.00 1.00 5.85
8 9.94 25.06 7.12 1.00 1.13 1.13 6.30
9 12.32 22.68 7.98 1.19 1.00 1.19 6.71
S$=HxL
Scm - величина площади контура знака в зависимости от его начертания.
Sok= Бф-Бсгм
So6h = (Sc™ х Sok) : 5ф
Sp-зл = БобнКр.с.зн
Бид ср.н = Sp.3n ср. : п ср.. где п ср = 3.8 - среднее число сегментов на знак.
Таблица величин параметров знаков на основе б-сегментного формата (в) в зависимости от их начертания
а
I
I j
Г I I I LI
111 I _||_ 1Г п 'Ll I
Н = 7.00 мм L = 5.00 мм t = 0.7 мм
а = 4.30 мм Ь= 3.60 мм с = 6.30 мм d = 5.60 мм Для цифр 0: б: 9 Кр.с.ш = а;Ъ Для цифр 0S 3S 8 Кр.с.в = c'd
к к
Т Т
^ .ч ^
п
U
Цифровые знаки от 0 до 9 (6) на основе 6-се™ентного формата (в)
Рис.5
Построив 4-сегментный формат индикатора без габаритных размеров последнего, объединив сегменты с каждой стороны формата в один сегмент получим 4-сегменный формат (рис. 6а - разработано среднее число (n) элементов отображения на знак (рис. которого будет равно 2.5 (n=2.5). При этом средняя эквивалентной площади ^идн ср.) идентификации на ^идн ср. = Sрзл. ср.: n = 2.40 мм2) в два раза среднюю эквивалентной площади идентификации на знак
изменения вертикальные (рис. 5б, в),
автором), 6б - [6]), у
величина знак превысит величину ^идн.ср. =
1.21 мм2) 7-сегментного формата (рис. 4а, таблица № 1, колонка 11 - разработано автором). Следует ожидать, что с уменьшением габаритного размера 4-сегментного формата индикатора в два раза (рис. 7в -разработано автором) величина эквивалентной площади идентификации знака будет не меньше величины эквивалентной площади идентификации 7 -сегментного формата. Средняя величина эквивалентной площади различения на знак ^рзл=3.21 мм2) у цифровых знаков четырехсегментного формата уменьшилась вдвое, пропорционально габаритному размеру его (рис. 7а, таблица № 3 - разработано автором). Средняя величина эквивалентной площади идентификации на знак, обратно пропорционально изменению среднего числа элементов отображения на знак, возросла. По восприятию знаков цифровые знаки 7 -сегментного формата и 4-сегментного формата, при вдвое меньшем габаритном размере последнего, идентичны.
Таблица №3
цифра Бф ММ^ Бсгм мм2 Бок мм2 Бобн мм2 Кр.с.ш Кр.С.Б Кр.с.зн Брзл мм2 Брзл ср. мм2 Бидн ср. мм2
0 17.50 8.76 8.74 4.38 1.26 1.16 1.46 3.00 3.21 1.28
1 3.00 14.50 2.49 1.00 1.00 1.00 2.49
2 4.38 13.12 3.28 1.00 1.00 1.00 3.28
3 5.76 11.74 3.86 1.00 1.16 1.16 3.33
4 4.38 13.12 3.28 1.00 1.00 1.00 3.28
5 4.38 13.12 3.28 1.00 1.00 1.00 3.28
6 7.38 10.12 4.27 1.26 1.00 1.26 3.39
7 4.38 13.12 3.28 1.00 1.00 1.00 3.28
8 5.76 11.74 3.86 1.00 1.16 1.16 3.33
9 7.38 10.12 4.27 1.26 1.00 1.26 3.39
Бф=Нх1
Бсгм - величина площади контура знака в зависимости от его начертания.
Sok= Бф-Бсгм
Бобн = (Бега х Бок) : Бф
Брзл = БобнКр.с.зн
Бид ср.н = Брзл ср.: п ср.. где п ср.=2.5 - среднее число сегментов на знак Таблица величин параметров знаков на основе 4-сегментного формата (в)
□ IJHL Г1ЛСП
Рис.7
практически 8 - разработано режиме, так и сегментном) обеспечивает
десятичного кода
Рассмотренные три формата цифровых знаков реализованы при создании макета электронных часов (рис. автором). Электронные часы работают как в 7-позиционном энергосберегающих 4-позиционных (6-сегментном и 4-режимах [6]. Режимы работ электронных часов построение минимизированной структурной схемы многофункционального преобразователя двоично-8-4-2-1 (рис. 9а - разработано автором):
а) в двоичный 7-позиционный код управления 7-сегментным форматом индикатора HG1;
б) в 4-хпозиционный код управления 4-хсегментным форматом из нижних элементов 7-сегментного формата индикатора HG1;
в) в 4-хпозиционный код управления 6-исегментным форматом (без управления среднего горизонтального сегмента) 7-сегментного индикатора HG1.
На основании построчной записи [7] двоично-десятичного кода 8-4-2-1 (рис. 9б), построчной записи 7-позиционого кода (рис. 9в), построчной записи 4-позиционного кода (рис. 9г), при управлении 4-сегментным форматом из нижних элементов 7-сегментного формата и 6-сегментным форматом (без среднего горизонтального сегмента 7-сегментного формата), выполнено построение многофункциональной структурной схемы преобразователя кода [7].
При формировании цифровых знаков (рис. 9д - [1, с. 98]) разрешающий сигнал U1 (рис. 9а) с уровнем логической единицы «1» поступает на входные выводы логических элементов И-НЕ (I, K, L, M, N, O, P), на выходных выводах которых формируются сигналы управления элементами семисегментного формата индикатора HG1 (рис. 9г).
Запрещающие сигналы U2 и U3 с уровнем логического нуля «0» поступают на входные выводы логических элементов И-НЕ (J, U, V, W) и И-НЕ (J, U, V, W), на выходных выводах которых устанавливается постоянный уровень логической единицы «1». Постоянный уровень логической единицы «1» не оказывает влияние на управление 7-сегментным форматом индикатора. При формировании цифровых знаков (рис. 9е - [7]) из нижних элементов 7-сегментного формата (HG1), разрешающий сигнал U2 (рис. 9а) с уровнем логической единицы «1» поступает на входные выводы логических элементов И-НЕ (J, U, V, W). На выходных выводах логических элементов И-НЕ (J, U, V, W) формируются сигналы управления четырех нижних элементов 7-сегментного индикатора. Запрещающие сигналы U1 и U3 с уровнем логического нуля «0» поступает на входные выводы логических И-НЕ (I, K, L, M, N, O, P) и И-НЕ (J, U, V, W), на выходных выводах которых устанавливается постоянный уровень логической единицы «1». Постоянный уровень логической единицы «1» не оказывает влияние на управление 4-сегментным форматом из нижних элементов 7-сегментного индикатора. При формировании цифровых знаков (рис. 9ж - [7]) на базе 6-сегментного формата из элементов (рис. 9ж) 7-сегментного индикатора (HG1) разрешающий сигнал U3 (рис. 9а) с уровнем логической единицы «1» поступает на входные выводы логических элементов И-НЕ (J, U, V, W). На выходных выводах логических элементов И-НЕ (J, U, V, W) формируются сигналы управления 6-сегментного формата 7-сегментного индикатора.
Запрещающие сигналы U1 и U2 с уровнем логического нуля «0» поступают на входные выводы логических И-НЕ (I, K, L, M, N, O, P) и И-НЕ (J, U, V, W), на выходных выводах которых устанавливается
постоянный
Постоянный
уровень
уровень
не оказывает 6-сегментным индикатора. знаков с
логической логической влияние на форматом 7-Формирование увеличенным
«1».
единицы «1» управление сегментного цифровых
эффективным угловым размером их /5/ на основе 7-сегментного формата осуществляется без среднего горизонтального сегмента, а вертикальные сегменты с каждой из сторон цифрового формата управляются одним сигналом (4-позиционное управление 6-сегментным форматом). Режимы работ электронных часов могут быть приурочены к временным промежуткам суток (ночным, дневным, утренним или вечерним), заданных программой или вручную с помощью переключателя, устанавливаемого на корпусе электронных часов. Возможность установки 4-сегментного формата индикатора как в вертикальное, так и в горизонтальное рабочее положение создает условие универсальности [8] компоновки таких индикаторов в составных многоразрядных индикаторных устройствах. При изменении вертикального рабочего положения табло (рис. 10а - [8]) на горизонтальное (рис. 10в - [8]) рабочее положение, изменяется величина параметра - отношение ширины знака к его высоте. В первом случае цифровые знаки (рис. 10б - [8]) имеют величину параметра - отношение ширины знака к его высоте - меньше 1, во втором случае (рис. 10г - [8]) -отношение ширины знака к его высоте - больше 1. Для некоторых потребителей часов благоприятнее опознание цифр, у которых ширина знака больше его высоты (рис. 10г), тогда как для других - наоборот, благоприятнее опознание цифр, когда ширина знака меньше его высоты (рис. 10б). Таким образом, и с точки зрения эргономики, определяемой особенностями зрительного восприятия человека, выбор горизонтального или вертикального положения создает благоприятное условие для работы с цифровой информацией.
Измерение и индикация величины угла положения вала [9]
Начертания цифровых знаков как в 7-сегментном, так и в 4-сегментном исполнении, отображающие числовые величины являются абстрактными знаками, не связанными каким-либо признаком измеряемой величины. Если же цифровые знаки 4-сегментного формата использовать, например, для индикации величины угла поворота вала [9], то начертания отображающими величину угла должны быть представлены (рис. 11 - разработано автором) в порядке (в другом десятичном коде). В этом цифровой знак из десятичного ряда будет функционально связан с отображаемой им Большей величине числа соответствует либо сегментов в цифровом знаке, либо при одном сегментов, отображение этого цифрового «повернуто» по отношению к цифровому отображающему меньшую величину числа, стрелке на угол кратный 900 (рис. 12 - [9], рис. 13, таблица № 4 [9]).
Между измеряемой величиной и символом, отображающим эту величину на индикаторе, существует функциональная связь.
Таблица №4
знаков,
другом
случае
величиной. большее число и том же числе знака знаку, по часовой
цифровой знак 2 3 4 5 6 7 8 9
Число сегментов 2 2 2 2 3 3 3 3
Угол поворота 0° 90° 180° 270° 0° 90° 180° 270°
величина числа 2 2+1 2+2 2+3 6 6+1 6+2 6+3
фигура знака _1 1_ Г И =1 U П. П
Число сегментов и угловое положение на плоскости в зависимости от величины числа
Рис. 13
Она
заключается в том, что
большей измеряемой величине соответствует большее число зажженных сегментов
индикатора (цифры 1 - 2, 3, 4, 5 - 6, 7, 8, 9 - 0). При равном числе зажженных сегментов индикатора (цифры 2, 3, 4, 5 и 6, 7, 8, 9) сегменты, отображающие большую величину, повернуты по часовой стрелке на угол кратный 900 по отношению к сегментам (2 и 6, соответственно), отображающим меньшую величину. Четырехпозиционный код и соответствующее 4-позиционному коду 4-хпозиционое формирование цифровых знаков используются для измерения величины угла положения вала, так и для индикации его положения [9]. На рис. 14 [9] показано распределение ламелей на кодовом диске вала двоичным циклически 4-разрядным кодом У-10ЦК с контрольным разрядом (КР). При формировании цифрового знака 1 и контрольной точки (КТ) применена структурная схема преобразования кода вала (рис. 15 [9]), преобразующая код (1010 1) вала ламелей (рис. 14, 9 строка снизу) в код (0001 1) индикации цифры 1 и контрольного разряда (КР). Структурную схему преобразования сопровождают построчные цифровые записи 4-разрядного (рис. 15а [9]) и 4-хпозиционного (рис. 15б [9]) кодов, цифрами десятичного кода. Метод цифровой логики [7] наглядно показывает простоту
преобразования одного двоичного кода в другой двоичный код. Деление кодового диска при измерении
величины угла положения вала в пределах 3600 - О0 - 3600 возможно на любое число (от 2 до 10) уровней квантования без ограничения движения его. Кодовое расстояние по Хэммингу равное 2 в коде сохраняется не только при переходе от любой комбинации к соседней, но и при переходе от любой комбинации к нулевой (00001). Помехоустойчивость 4-разрядного кода У-10ЦК обеспечивается дополнительным контрольным разрядом (КР). Между измеряемой величиной (код У-10ЦК) и символом (цифровым знаком), отображающим эту величину на индикаторе (рис. 11 - рис. 13 [9]), существует функциональная связь [9].
Она заключается в том, что большей измеряемой соответствует большее число зажженных сегментов (цифровые знаки 1 - 2, 3, 4, 5 - 6, 7, 8, 9 - 0). При равном зажженных сегментов индикатора цифры 3, 4, 5 и 7, 8, 9, большую величину, повернуты по часовой стрелке на 900, по отношению к цифрам 2 и 6, отображающим величину (рис. 12 [9]). При 12-ричной системе счисления
кодового У-12К) на 12 квантования с
величине индикатора числе отображающие угол, кратный меньшую деление диска вала (код уровней
большее число зажженных индикатора (цифровые знаки 1-4, 5-8, 9-12);
2) при равном числе зажженных сегментов индикатора цифровые знаки (1-4 и 68), отображающие большую величину, по часовой стрелке или против часовой стрелки знаки 10-12), на угол кратный 900 по к цифровым знакам (1, 5 и 9, соответственно), отображающим меньшую величину (рис. 16
Индикатор с параллельным отображением знаков [10]
Обычно на информационном поле одноразрядного сегментного индикатора, одно знакоместо, отображается один цифровой определяемый габаритными размерами
Информационная емкость индикатора определяется количеством отображаемой информации и, естественно, не превышает разряда.
Одно знакоместо - один цифровой разряд. информационную емкость электронного табло измерительных приборов можно только за счет многоразрядности, которая предполагает количества фиксированных знакомест в последовательном отображении разрядов от
дополнительным контрольным разрядом (КР) обеспечивает на индикаторе с децимальной точкой (рис. 16 [9]) визуальное отображение величины угла положения вала в пределах 3600-003600 без ограничения движения его. Кодовое расстояние по Хэммингу, равное 2, в этом коде сохраняется постоянно при переходе от любой комбинации к соседней комбинации. Функциональная связь между измеряемой величиной и символом в 4-хпозиционном коде, отображающим измеренную величину 12-ричного кода, поддерживается тем же правилом что и для 10-тичного кода (рис. 12, рис. 17 [9]):
1) большей измеряемой величине соответствует сегментов
одного
Увеличить
увеличение
младшего
разряда, расположенного справа по строке, как принято в арабской письменности, к старшему разряду. При использовании 4-хсегментного формата индикатора (рис. 18а - [10]), например, в электронных часах, требуется для отображения текущего времени 4 разряда (23 часа, 48 минут) при 4-х знакоместах (рис. 18б -[10]). При последовательном классическом чтении цифровой информации, например, на четырехразрядном табло индикатора (рис. 18б - [10]) взгляд перемещается слева направо от одного разряда к другому. При этом меняется и горизонтальный угол обзора знаков. Сократить число знакомест позволяет 2-разрядный индикатор, на информационном поле которого параллельно расположены два 4-хсегментных формата (рис. 18в - [10]). Меньшие по габаритным размерам информационные поля двух цифровых форматов используются для отображения текущего времени в часах (рис. 18г - 23 часа [10]). Большие по габаритным размерам информационные поля двух цифровых форматов используются для отображения текущего времени в минутах (рис. 18г - 48 минут [10]). При использовании лишь одного двухразрядного индикатора параллельно отображаемая цифровая информация (рис. 18г - слева и рис. 18г - [10]) прочитывается оператором одним взглядом (24 - слева, 38 - справа соответственно). Горизонтальный и вертикальный углы обзора для отображаемых знаков индикатора не изменяются. Скорость чтения параллельно отображаемой цифровой информации возрастает. Уменьшение габаритного размера двухразрядного индикатора с параллельным расположением форматов (рис. 18д - разработано автором) достигается разделением их по цвету формируемых разрядов (рис. 18е - разработано автором). Чтение информации как обычно происходит слева направо для двух разрядов меньшего по габаритному размеру знаков и для двух разрядов большего по габаритному размеру знаков. Трехразрядные индикаторы с параллельным расположением четырехсегментных форматов на два (рис. 18ж - разработано автором) или на три (рис. 18з - разработано автором) цвета могут быть использованы для индикации в автоматических системах при измерении одного параметра объекта со сменой габаритного размера и цвета знака от рабочего режима (рис. 18и - разработано автором) к аварийному режиму. В этом режиме измеряемая величина параметра объекта может выходить за пределы рабочей величины в ту или иную сторону. Т. е. на контролируемом объекте может создаваться аварийная ситуация либо при увеличении (рис. 18к - разработано автором), либо при уменьшении (рис. 18л - разработано автором) измеряемой величины параметра объекта. Индикация состояния того или иного режима работы объекта показывает не только численное значение измеряемой величин, но подтверждается изменением габаритного размера знаков и их цветом. Такое визуальное изменение на индикаторе обращает повышенное внимание оператора на принятие каких-либо решений в отношении параметров объекта (скорости, объема, высоты, дальности и т. д.) и является изменения режима работы.
Эффективность восприятия информации оператором Четырехсегментное представление допускает начертание прямоугольной формы (рис. 18м - разработано автором), формы (рис. 18н - разработано автором). В рекламных цифровое представление параллельным видом записи чисел разрядов можно допустить одним цветом. Восприятие надписи предполагает крупные размеры цифровых знаков.
В 2013 году в Энциклопедическом Фонде России [11] опубликованы патриотические цифровые эмблемы - символ 19 - разработано автором) и 310-ой (рис. 20 - разработано годовщинам основания Санкт-Петербурга. Красным цветом 20) на основе 4-позиционного формата и параллельной отображен возраст Санкт-Петербурга (300 лет). Внутри записи синим цветом отображена дата рождения города представленная цифрами алфавита Кириллицы (А-1, ¥ -Буква (¥) стилистически выполнена таким образом, что две линии ее образуют букву V (VICTORIA), символизируя мужество города в Великой Отечественной войне гг.). А центральная линия буквы (¥) изображена в виде меча к нам придет - от меча и погибнет»), символизирующего Александра Невского в 1240 году, предопределившей города на Неве.
В январе 2014 года исполнилось 70 лет полного Ленинграда от фашистской блокады, которую город борьбе 900 дней.
сигналом
увеличивается. знаков как так и овальной целях до 3-4
цифровой
была
к 300-ой (рис.
автором) (рис. 19, рис. записью цифровой (1703 год), 700, Г-3)
крайние стойкость и (1941-1945 («кто с мечем победу построение
освобождения выдерживал в
Юбилейная эмблема-символ, посвященная полному освобождению Ленинграда от фашисткой блокады. Рис.21
Юбилейная патриотическая эмблема-символ посвященная освобождению Ленинграда от фашистской блокады.
Рис.22
Этой памятной дате посвящена патриотическая цифровая эмблема-символ (рис. 21 - разработано автором), на которой 4-позиционным кодом и параллельным видом записи красным цветом записано число 900 (дней). В 2015 году исполняется 70 лет окончанию Великой Отечественной войне. Для города Санкт-Петербурга этой дате может быть посвящена эмблема-символ (рис. 22 - разработано автором), аналогичная по интерпретации эмблеме-символу (рис. 21). Запись числа 900 (дней) отображена на рис. 21 «заглавными» прямоугольными цифровыми знаками. На рис. 22 запись числа 900 (дней) отображена «прописными» овальными цифрами [12]. Цифровой знак 9 при такой записи символизирует прорыв кольца блокады.
Выводы
Преимущество применения предлагаемых цифровых знаков на основе 4-сегментного формата индикатора следующие:
- Возможность плавного перехода от цифровых знаков 7-сегментного формата к цифровым знакам 4-позиционного (6-сегментного и 4-сегментного) формата. Примером тому служит построение макета электронных часов в 1999 году.
- Восприятие цифровых знаков на стадии идентификации 4-сегментного формата при одном и том же габаритном размере знаков улучшено в сравнении с восприятием цифровых знаков 7-сегментного формата.
- Возможность уменьшения габаритного размера формата индикатора в два раза без ухудшения восприятия формируемых цифровых знаков.
- Возможность увеличения информационной емкости формата индикатора до трех разрядов с увеличением числа параллельно расположенных цифровых форматов с цветовым отличием на однознакоместном информационном поле индикатора.
- Возможность обеспечения трехпозиционного измерения параметра объекта (рабочий режим -аварийный режим при превышении измеряемого параметра - аварийный режим при снижении измеряемого параметра) в системах автоматического регулирования. Видимое изменение параметра объекта определяется не только по численному значению измеряемой величины, но и по габаритному размеру и цвету их, повышающих эффективность работы оператора.
- Возможность обходиться без преобразования кодов в 10-ой и 12-ричной системах измерения и индикации величины угла положения вала с повышенной помехоустойчивостью. Кодирование диска вала и кодирование элементов отображения осуществляется одним и тем же кодом.
- Возможность красочно оформлять знаменательные события, обрамляя их цифровым ореолом.
Литература
1. Вуколов Н. И., Михайлов А. Н. Знакосинтезирующие индикаторы. Справочник. Москва. «Радио и связь». - 1987.
2. Алиев Т. М., Вигдоров Д. И., Кривошеев В. П. Системы отображения информации. Москва. «Высшая школа». - 1988.
3. Патент № 2338270 на изобретение «Индикатор матричный с наилучшим восприятием цифровых знаков». Выдан 19 ноября 2008 г. Автор: Патраль А. В.
4. Печников А. В., Сидоренко Г. В., Федорова С. А. Средства передачи и отображения информации. Москва. «Радио и связь». - 1991.
5. Патент № 2037886 на изобретение «Устройство для индикации». Выдан 19 июня 1995 года. Автор: Патраль А. В.
6. Патент № 2427928 на изобретение «Устройство для индикации цифровых знаков с энергосберегающим режимом» (27 августа 2011 г.). Патраль А. В.
7. Патраль А. В. Метод цифровой логики // Научно-методический журнал: «Наука, Техника и Образование» - № 4, 2014 г.
8. Патент № 2298239 на изобретение «Индикатор цифровой сегментный универсальный». Выдан 27 апреля 2007 года. Автор: Патраль А. В.
9. Патент № 2231215 на изобретение «Устройство для измерения и индикации величины угла положения вала». Выдан 20 июня 2004 г. Автор: Патраль А.В.
10. Патент № 2311692 на изобретение «Индикатор цифровой сегментный с параллельным отображением знаков» (27 ноября 2007 г.) Патраль А. В.
11. Энциклопедический Фонд России [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.russika.ru - Э - Эмблема-символ. Патраль А. В. (дата обращения 23.03.2015 г.).
12. Энциклопедический Фонд России [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.russika.ru - И - Индикатор четырехсегментный. Автор: Патраль А. В. (дата обращения 23.03.2015 г.).
