индикатор цифровой сегментный с масштабированием знака

Формула изобретения

Индикатор цифровой сегментный с масштабированием знака, одноразрядный с мультиплексным управлением, позиционные элементы каждого знака которого состоят из линейных элементов отображения ("полусегментов"), между которыми располагается точечный элемент отображения (децимальная точка), предназначенный для отображения четырехпозиционной цифровой информации от 0 до 9 и децимальной точки, оформленный в плоский пластмассовый корпус типа КИ13-1, с выводами (16 шт.), расположенными с обратной стороны корпуса, занимающий рабочее положение на плоскости горизонтальное или вертикальное, отличающийся тем, что выявление децимальной точки осуществляется погашением точечного элемента отображения на последнем знаке целого числа, после которого отображается дробная часть числа, а линейный размер точечного элемента отображения (децимальной точки) пропорционален габаритному размеру знака.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к цифровым индикаторным устройствам и средствам отображения информации.

Индикатор цифровой сегментный с масштабированием знака может найти применение во всех средствах отображения информации, в автоматических системах регулирования параметров технологических процессов, напряжения электрических сетей и т.д.

При выборе индикатора пользователя чаще всего интересует совокупность таких его характеристик, как габаритные размеры, возможность увеличения (уменьшения) размера знака, цветность изображения. Наименьшие габаритные размеры цифрового знака, при сохранении разрешающей способности восприятия, равной разрешающей способности восприятия верхней или нижней части семипозиционных арабских цифр, соответствуют четырехпозиционному отображению десятичных цифр. На фиг.1а (код "А") и фиг.1б (код "У-10") представлены два варианта четырехпозиционного отображения десятичных цифр /1/. Кодирование цветностью и размером знака расширяет функциональные возможности индикатора. Так, например, индикатор сегментный с переменным цветом свечения типа ИПЦ02А - 1/7 КЛ /2 - стр.16/ в зависимости от схемы подключения излучает красный или зеленый цвет. На этом индикаторе осуществляется двухпозиционное управление цветом знаков. Цифры зеленого цвета индицируют безопасный режим работы, красные - аварийный режим. Габаритные размеры знаков как зеленого, так и красного цветов одинаковы.

Увеличение (уменьшение) размера цифрового знака можно осуществить, например, на матричном индикаторе КИПГО2А-8×8Л, типа КИ13-1 /3 - стр.353/. Выводы у него в количестве 16 шт. (фиг.1в) расположены с обратной стороны корпуса. Лицевая сторона индикатора (формат матрицы 8×8 точек) предназначена для отображения сложной информации в виде знаков, букв, цифр, символов (фиг.1г). Шаг элементов отображения 1,25 мм, расстояние между элементами отображения 0,3 мм, диаметр элемента отображения 0,95 мм. Чем больше точечных элементов имеет матрица, тем полнее набор отображаемых символов. В матрице 3×5 точек (фиг.1д) можно представить цифры, причем с невысоким качеством отображения /4 - стр.113/. Следующим стандартным размером для отображения десятичных семипозиционных цифр является формат матрицы 5×7 точек (фиг.1е). Очередной стандартный размер цифрового знака форматом матрицы 7×9 выходит за пределы формата матрицы данного индикатора. Таким образом, при двухпозиционном управлении габаритным размером цифрового знака на данном индикаторе можно обратить внимание оператора на уход измеряемой величины параметра объекта от рабочего режима в аварийный режим только в одну сторону: либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения ее. Однако более широкими функциональными возможностями будет обладать индикатор, у которого цифровые знаки изменяют свои геометрические размеры при трехпозиционном управлении. В таком случае уход измеряемой величины какого-либо параметра объекта от рабочего режима, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения ее приводит к соответствующему изменению габаритного размера знака и может рассматриваться как аварийный режим.

Целью предлагаемого изобретения является:

1. Возможность трехпозиционного управления габаритным размером знака индикатора:

а) масштабирования цифровых десятичных знаков индикатора как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения от среднего масштабного размера знака индикатора;

б) масштабирования цифровых десятичных знаков индикатора от наименьшего габаритного размера знака до наибольшего по мере постепенного приближения к опасному режиму работы объекта.

2. Возможность любой установки цифрового индикатора на плоскости: горизонтальное положение или вертикальное положение.

3. Максимальное использование информационного поля индикатора для цифровой информации при воспроизведении дробных десятичных чисел.

4. Увеличение функциональных возможностей индикатора.

Указанная цель достигается тем, что, применяя четырехпозиционное (фиг.1а, фиг.1б) отображение десятичных цифр, осуществляя визуальное кодирование размером и цветностью цифровых знаков, возможно, используя габаритные размеры стандартного корпуса полупроводникового матричного индикатора, осуществить трехпозиционное изменение габаритных размеров и цветности его цифровых знаков.

Эффективный угловой размер отображения арабских цифр равен угловому размеру верхней или нижней половине знака этих цифр /5/. Верхняя (или нижняя) половина знака формата матрицы 3×5 точек (фиг.1д) отображена на фиг.1ж (формат матрицы 3×3 точек). Разрешающая способность восприятия (6 - стр.115) верхней или нижней части семипозиционного отображения цифры 8 форматом матрицы 3×5 точек (фиг.1д) и четырехпозиционного отображения цифры 0 нового цифрового алфавита форматом матрицы 3×3 точек (фиг.1ж) одна и та же /5/.

Цифра 0 содержит все элементы, из комбинаций которых можно составить отображения всех цифр, входящих в десятичный четырехпозиционный цифровой алфавит (код "А" или код "У-10"). Следующими четырехпозиционными отображениями десятичных знаков могут быть форматы матриц 5×5 (фиг.1з) и 7×7 (фиг.1и) точек. Однако возможности данного матричного индикатора с форматом матрицы 8×8 точек позволяют еще увеличить габаритные размеры всех вышеперечисленных форматов матриц четырехпозиционных отображений знаков, увеличив форматы матриц 3×3, 5×5 и 7×7 точек до форматов матриц 4×4 (фиг.1к), 6×6 (фиг.1л) и 8×8 (фиг.1м) точек. Качество масштабирования цифровых знаков при этом улучшилось, увеличились габаритные размеры и разрешающая способность восприятия их.

Известно, что матричное написание цифровых знаков вызывает повышенную усталость операторов при длительной работе с этим форматом индикаторов /2 - стр.106/.

Масштабирование чисто цифровой информации можно осуществить и на индикаторе, позиционные точечные элементы отображения которого (фиг.2а, фиг.2б, фиг.2в) заменены сегментными элементами отображения четырехпозиционных цифровых знаков. Габаритные размеры знаков сегментного индикатора соответствуют габаритным размерам матричного индикатора в форматах матриц 4×4 (фиг.1к), 6×6 (фиг.1л) и 8×8 (фиг.1м) точек соответственно. Причем для наглядности перехода от матричного индикатора к сегментному на фиг.1 точечные элементы матричного индикатора диаметром 0,95 мм отображены равнозначными им квадратами, габаритные размеры которых в мм равны 0,95×0,95.

Габаритные размеры по ширине и высоте цифровых знаков при масштабировании у четырехсегментного индикатора (фиг.2а, фиг.2б, фиг.2в) такие же, как и у матричного индикатора (фиг.1к, фиг.1л, фиг.1м) с четырехпозиционными элементами отображения знаков, а видимость значительно лучше.

Приняв средний по габаритным размерам знак (фиг.2б) за индикацию измеряемого параметра объекта, находящегося в рабочем режиме, аварийное состояние объекта может характеризоваться визуальным увеличением (фиг.2в) или уменьшением (фиг.2а) знака индикатора. В обоих случаях оператору облегчается задача определения аварийной ситуации на объекте по изменению габаритных размеров цифровых знаков в ту или иную сторону от среднего значения в соответствии с изменением измеряемой величины. На индикаторе всегда высвечивается лишь один цифровой знак.

Отношение ширины знака к половине его высоты для сегментных индикаторов ИВЛ2-8/12 (габаритные размеры знака, мм - 1,5×3,8) /7 - стр.305/ и АЛС330В (габаритные размеры знака, мм - 3,35×5) /3 - стр.69/ будет составлять 0,78:1 и 1,34:1 соответственно, а для сегментного индикатора ИВЛ1-8/12 /7 - стр.302/, отношение ширины знака к половине его высоты будет равно среднему между ними значению этого отношения - 1:1 (габаритный размер знака, мм - 2,4×4,8). Такая же величина отношения ширины каждого цифрового знака к его высоте и у четырехсегментного индикатора (фиг.2а, фиг.2б, фиг.2в), причем эта величина при масштабировании знака постоянна для любого габаритного размера знака. При масштабировании семипозиционных цифровых знаков на матричных индикаторах величина отношения ширины знака к его высоте меняется (0,6:1 для формата матрицы 3×5 и 0,7:1 для формата матрицы 5×7). Непропорциональное изменение ширины знака и высоты его может вызвать напряженность в работе оператора.

При отображении дробных десятичных чисел на сегментном индикаторе должно быть предусмотрено отображение децимальной точки. Ее можно расположить на самом знаке, на каждом позиционном элементе отображения знака. Такое расположение децимальной точки не занимает дополнительного места на информационном поле индикатора. Децимальная точка выявляется на знаке не высвечиванием, а ее погашением. Она выявляется на последнем знаке целого числа, после которого отображается дробная его часть.

Рассмотрим пример отображения дробного десятичного числа, равного, например, 3,00 единицам, соответствующего рабочему значению измеряемой величины. На трехразрядном табло (фиг.2г, фиг.2д, фиг.2е), состоящем из трех корпусов индикатора с масштабированием цифрового знака, высвечивается 3,00 (на месте первого разряда табло отображена цифра 3 с децимальной точкой). Цифра 3 светится (фиг.2г), децимальная точка погашена и она видна на позиционных элементах отображения знака. Как на фиг.2д, так и на фиг.2е отображена цифра 0, децимальная точка светится, как и отображаемая цифра, и ее не видно на позиционных элементах отображения этих знаков. Изменение рабочего значения измеряемой величины при ее увеличении на 0,01 единицы вызывает, например, аварийную ситуацию (фиг.2ж, фиг.2з, фиг.2и - на трехразрядном табло высвечивается значение измеряемой величины - 3,01). На позиционных элементах отображения цифры 3 (фиг.2ж) видна децимальная точка (цифровой знак светится, децимальная точка погашена). На позиционных элементах отображения двух других разрядов, цифры 0 (фиг.2з) и цифры 1 (фиг.2и) - децимальная точка не видна (цифровые знаки светятся, децимальная точка также светится).

Аварийную ситуацию может вызвать и изменение рабочего значения измеряемой величины при ее уменьшении на 0,01 единицы (фиг.2к, фиг.2л, фиг.2м - на трехразрядном табло высвечивается значение измеряемой величины - 2,99). На позиционных элементах отображения цифры 2 (фиг.2к) видна децимальная точка (цифровой знак светится, децимальная точка погашена). На позиционных элементах отображения двух других разрядов высвечивается цифра 9 (фиг.2л, фиг.2м) - децимальная точка не видна (цифровые знаки светятся, децимальная точка также светится). Эргономические характеристики такого индикатора еще более возрастут, если осуществить кодирование его знаков, занимающих фиксированные места на информационном поле последнего, цветом. Так на фиг.2г, фиг.2д, фиг.2е при индикации рабочего значения измеряемой величины габаритные размеры знаков соответствуют среднему значению, эквивалентному габаритным размерам четырехпозиционного знака матричного индикатора на 6×6 точек, и они светятся, например, желтым светом. На фиг.2ж, фиг.2з, фиг.2и при индикации аварийного режима, при котором значение измеряемой величины превышает значение измеряемой величины рабочего режима, габаритные размеры знаков максимальны для данного формата индикатора. Они соответствуют максимальному значению, эквивалентному габаритным размерам четырехпозиционного знака матричного индикатора на 8×8 точек и они светятся, например, красным светом. На фиг.2к, фиг.2л, фиг.2и при индикации аварийного режима, при котором значение измеряемой величины ниже допустимого значения измеряемой величины рабочего режима, габаритные размеры знаков также уменьшены. Они соответствуют эквивалентным габаритным размерам четырехпозиционного знака матричного индикатора на 4×4 точек и они светятся, например, синим светом.

Конструктивно точечный элемент отображения (децимальная точка) располагается на каждом позиционном элементе отображения всех знаков, индицируемых при масштабировании на индикаторе. Каждый позиционный элемент отображения знака индикатора представляет собой сочетание трех элементов отображения: два одинаковых по размерам линейных элемента отображения (фиг.3а - два "полусегмента" с одинаковыми обозначениями, например, а1 и a1, b1 и b1, с1 и c1, d1 и d1), между которыми располагается точечный элемент отображения - децимальная точка (е1). Ширина "полусегментов" определяет и ширину точечного элемента отображения, а его линейный размер может иметь величину в соответствии с линейными размерами "полусегментов" знака. Чем меньше габаритный размер масштабированного знака, чем меньше линейный размер "полусегментов" знака, тем меньше может быть линейный размер децимальной точки. На большом формате отображаемого знака (фиг.3а) децимальная точка имеет габаритный размер 0,95×0,95 мм, в соответствии с применяемым форматом матричного индикатора. На среднем формате отображаемого знака (фиг.3б) размер децимальной точки по горизонтали, для горизонтальных позиционных элементов отображения (а2-е2-а2, с2-е2-с2) и по вертикали, для вертикальных позиционных элементов отображения (b2-e2-b2, d2-e2-d2), может быть снижен до 0,75 мм с целью увеличения линейных размеров элементов отображения (а2, b2, c2, d2). На самом малом формате отображаемого знака (фиг.3в) размер децимальной точки (е3) может быть еще снижен, скажем, до 0,55 мм, с той же целью - увеличения размера по горизонтали и вертикали линейных элементов отображения знака. Изменение линейного размера децимальной точки в соответствии с габаритными размерами знака приведет к улучшению эргономических параметров последнего, не допуская уменьшения линейных размеров «полусегментов» до линейного размера децимальной точки.

На матричном индикаторе габаритный размер децимальной точки равен точечному элементу отображения индикатора и не может быть изменен в соответствии с габаритным размерам знака. К тому же, четное число точек в позиционном элементе отображения знака матричного индикатора не дает возможности децимальной точке разделить позиционный элемент отображения на равные части. Опознание знаков с несимметричным расположением децимальной точки на позиционном элементе отображения оператору будет затруднено. Наибольший габаритный размер знака с нечетным числом точек (7×7) в позиционном элементе отображения знака с децимальной точкой, расположенной по середине его, будет меньше возможного для данного матричного индикатора, информационное поле которого рассчитано на четное числом точек (8×8). Таким образом, расположение децимальной точки при сегментном варианте индикатора позволяет увеличить максимальный габаритный размер знака на данном корпусе индикатора с 7×7 эквивалентных точек матричного индикатора до 8×8 точек. В сегментном индикаторе децимальная точка на всех масштабированных знаках находится по горизонтальной и вертикальной центровым осям знака. Она может находиться по середине позиционного элемента отображения знака при любых габаритных размерах знака в пределах формата индикатора.

Пример управления индикаторами с масштабированием знака на три разряда представлен на структурной схеме (фиг.4). Каждый формат знаков индикатора на три разряда определяет тот или иной режим работы. Наибольший формат (1) знаков на три разряда (1.1, 1.2, 1.3) определяет «Аварийный режим I» работы, средний формат (2) знаков на три разряда (2.1, 2.2, 2.3) определяет «Рабочий режим» работы, наименьший формат (3) знаков на три разряда (3.1, 3.2, 3.3) определяет «Аварийный режим II» работы. Ограниченное число выводов, имеющихся на корпусе КИ13-1, определяет для индикатора с масштабированием знака мультиплексный режим подачи питания на каждый формат знаков. При такой схеме управления выводы одноименных (только по буквенному обозначению) позиционных элементов отображения индикатора со стороны катодов всех форматов и разрядов соединены параллельно и подключены к кодовым выходам формирователя тока 7 (ФТ). Т.е. позиции кода управления abcd распространяются на одноименные параллельно соединенные элементы отображения всех форматов индикатора с масштабированием знака и всех используемых в данной схеме разрядов (а1, е1, а1-а2, е2, а2-а3, е3, а3), (b1, e1, b1-b2, e2, b2-b3, e3, b3), (c1, e1, c1-c2, е2, c2-c3, e3, c3), (d1, e1, d1-d2, e2, d2-d3, e3, d3) соответственно. Причем точечный элемент отображения (децимальная точка) входит во все без исключения элементы отображения всех форматов знака и всех разрядов.

Генератор 4 тактирующих импульсов (ГТИ) является синхронизирующим звеном схемы и работает на три разряда (по числу разрядов измеряемой величины параметра объекта, используемых в данном примере). В зависимости от состояния величины измеряемого сигнала на вход сканирующего устройства выбора цифрового знака 8 поступает сигнал управления режимом. Предположим, что получен сигнал о величине измеряемого параметра, соответствующего нормальной работе объекта. В этом случае, сканирующее устройство выбора цифрового знака 8 подготовлено к работе в рабочем режиме со средним форматом 2 знака трех разрядов (2.1, 2.2, 2.3). По первому тактирующему импульсу /2 - стр.95/ генератора 4 (ГТИ) срабатывают два устройства - оперативное запоминающее устройство 5 (ОЗУ), хранящее кодовую информацию в виде четырехразрядного двоично-десятичного кода (ДДК) для всех трех разрядов рабочего режима в момент измерения и сканирующее устройство выбора цифрового знака 8. Оперативное запоминающее устройство 5 (ОЗУ) выдает на информационные входы дешифратора 6 четырехразрядный двоично-десятичный код (ДДК) для цифры первого разряда рабочего режима. Преобразованная дешифратором информация в виде четырехпозиционного кода (а, b, с, d), с одновременной подготовкой к возможности выявления децимальной точки (е) на знаке, через формирователи токов 7 (ФТ) поступает на соответствующие одноименные (по буквенному обозначению) элементы отображения всех цифр всех разрядов и всех режимов работы. Сканирующее устройство выбора цифрового знака 8 через формирователь тока цифрового знака 9 подключает общим выводом 15-1 только цифру первого разряда 2.1. рабочего режима. При первом тактирующем импульсе индицируется только первая цифра (первый разряд) рабочего режима (2.1). По второму тактирующему импульсу индицируется вторая цифра 2.2, подключением к ней вывода 15-2, по третьему - третья цифра 2.3, подключением к ней вывода 15-3. Если же поступил сигнал о величине измеряемого параметра, соответствующего «аварийному режиму I» работы объекта, то должны индицироваться цифры наибольшего формата 1 знаков трех разрядов (1.1, 1.2, 1.3). Высвечивание цифровых знаков наибольшего формата 1 подготовлено к этому времени уже входными данными и подготовлено к работе сканирующее устройство выбора цифрового знака. С поступлением тактирующих импульсов на выходе формирователя тока 7 (ФТ) создается информация в четырехпозиционном коде (а, b, с, d) об аварийной обстановке на объекте последовательно для первого второго и третьего разрядов. Сканирующее устройство выбора цифрового знака 8 через формирователь тока цифрового знака 9 подключает также последовательно, синхронно с тактирующими импульсами, общие выводы 16-1, 16-2 и 16-3 цифры наибольшего формата 1 первого (1.1), второго (1.2) и третьего (1.3) разрядов «Аварийного режима I». В такой же последовательности индицируются цифровые знаки наименьшего формата 3 трех разрядов (3.1, 3.2, 3.3) при работе схемы в «Аварийном режиме II».

При индикации дробных десятичных значений параметров объекта поступает сигнал наличия ДТ (децимальной точки) на оперативное запоминающее устройство 10 (ОЗУ ДТ). Децимальная точка выявляется погашением точечного элемента на всех элементах отображения того индуцируемого знака и в тот синхронизированный с тактирующими импульсами момент, после которого отображается дробная часть числа. Все выводы со стороны анода от точечных элементов отображения (децимальной точки) с индексом е всех позиционных элементов отображения знака и всех разрядов объединены и подключены к выводу 12. Децимальная точка выявляется на знаке в момент отключения питания с вывода 12. В том случае, когда на знаке децимальная точка должна отсутствовать, точечный элемент отображения высвечивается вместе с элементами отображения знака и децимальная точка не видна на знаке (на вывод 12 подано питание).

Поскольку все масштабированные цифровые знаки индикатора находятся на фиксированных местах, то возможность кодировать их цветностью не представляет затруднений. Например, цифровые знаки, отображающие «Рабочий режим», могут быть, скажем, окрашены в желтый цвет. Цифровые знаки, отображающие «Аварийный режим I» и «Аварийный режим II», могут быть окрашены в красный и синий цвета соответственно или же только в красный цвет, при двухцветном кодировании знаков.

Визуальное кодирование отображаемой величины на индикаторе по изменению значения самой величины, по изменению габаритного размера знака и его цвета не дает сомнения оператору в опознавании режима измеряемого параметра объекта. Эффективность восприятия информации оператором увеличивается.

Индикатор с масштабированием знака сегментный может быть установлен на плоскости как в горизонтальном, так и в вертикальном положениях. Это необходимо в тех случаях, когда на информационном поле индикатора по эргономическим показателям (для одних операторов благоприятнее знаки с отношением ширины знака к высоте больше 1, для других - меньше 1) потребуется воспроизвести цифровые знаки с соотношениями ширины знака к его высоте отличными от 1:1 (вместо габаритных размеров знаков, эквивалентных матричному индикатору, например, 4×4, и 8×8 точек можно на информационном поле индикатора воспроизвести знаки с габаритными размерами знаков, эквивалентных матричному индикатору на 3×4 и 6×8 точек соответственно). В этом случае для индикатора, установленного на плоскости в горизонтальном положении, используются одни выводы управления им, для индикатора, установленного в вертикальное положение, должны использоваться другие выводы. Так, например, если индикатор установлен в горизонтальном положении (фиг.5а) и ключ, указывающий порядок отсчета выводов, находится в левом верхнем углу, отношение ширины знака к его высоте в этом случае будет больше 1:1 (фиг.5б), то элементы отображения масштабированных знаков, выводы питания и точечный элемент отображения (децимальная точка) подключаются к выводам 1, 2, 6, 5 - 16, 15, 11-12 соответственно. Если индикатор установлен в вертикальном положении (фиг.5в) и ключ, указывающий порядок отсчета выводов, находится в правом верхнем углу, отношение ширины знака к его высоте в этом случае будет меньше 1:1 (фиг.5г), то элементы отображения масштабированных знаков, выводы питания и точечный элемент отображения (децимальная точка) подключаются к выводам 4, 8, 7, 3-13, 9, 10-14 соответственно. Таким образом, в том или ином положении индикатора подключение индикатора однотипно и осуществляется к четырем верхним левым или к четырем нижним правым выводам корпуса индикатора (фиг5.д) в соответствии с таблицей. В общем случае, не опираясь только на этот габаритный размер индикатора, цветовое кодирование знаков при масштабировании может быть одноцветным, двухцветным или трехцветным. Все зависит от разрешающей способности цветового и габаритного восприятия знаков и управления ими при двухпозиционном или трехпозиционном масштабировании.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патраль А.В. Патент №2249912 на изобретение: «Устройство для индикации с увеличенной информационной емкостью».

2. Васерин Н.Н., Дадерко Н.К., Г.А. Прокофьев. Применение полупроводниковых индикаторов. /Под ред. Е.С.Липина. Москва. «Энергоатомиздат». 1991 г.

3. Лисицын Б.Л. Отечественные приборы индикации и их зарубежные аналоги. Справочник. Москва. «Радио и связь». 1993 г.

4. Алиев Т.М., Вигдоров Д.И. Кривошеев В.П. Системы отображения информации. Москва. «Высшая школа». 1988 г.

5. Патраль А.В. Патент №2037886 на изобретение: «Устройство для индикации».

6. Печников А.В., Сидоренко Г.В., Федорова С.А. Средства передачи и отображения информации. Москва. «Радио и связь». 1991 г.

7. Н.И.Вуколов, А.Н.Михайлов. Знакосинтезирующие индикаторы. Справочник. Москва. «Радио и связь». 1987 г.