Видеотерминальные средства, мнемосхемы, индикаторы

ИНДИКАТОРЫ

Полупроводниковые индикаторы (ППИ) примечательны прежде всего тем, что могут перекрыть весь видимый диапазон спектра. Яркое и чистое свечение, удобство управления, экономичность, технологичность, долговечность открывают перед этими приборами безграничные перспективы.

Наибольшие принципиальные трудности вызывает получение синего света. Решение проблемы эффективного синего излучателя откроет путь для создания единой технологии индикаторов всех цветов, основанной на преобразовании излучения в более длинноволновое с использованием подходящих фотолюминофоров.

Рис. 15.1 Семисегментный цифровой (а) и матричный универсальный (б) знаковый индикаторы

В полупроводниковых индикаторах используются две основные конфигурации высвечиваемых элементов:

− семисегментная (Рис. 15.1,а), позволяющая воспроизводить все десять цифр и несколько букв (цифровой индикатор);

− матричная (Рис. 15.1,б) с числом точек 36 (7x5+1), воспроизводящая все цифры, буквы и знаки стандартного кода для обмена информацией (универсальный цифро-буквенный индикатор).

Для малых по размеру индикаторов используется монолитная конструкция, для больших – в целях экономии дорогостоящих материалов – гибридная, т. е. наборная из отдельных кристаллов. Высокая яркость свечения светодиода позволяет использовать различные способы увеличения изображения. Кроме простейшего линзового увеличения достаточно широко используются «псевдосветоводные» конструкции. Здесь кристалл помещен в основании конически расширяющейся прорези в пластмассовой пластине. Иногда внутренние стенки такого световода металлизируют, а сверху помещают пластмассовую линзорастровую пластину, «выравнивающую» яркость свечения по площади прорези. Такая конструкция позволяет получать светящиеся площадки, на порядок превышающие площадь кристалла. Основная масса полупроводниковых индикаторов имеет малые размеры знаков (Н=3... 7,5 мм), использование оптического увеличения позволяет продвинуться до Н = 12,5... 17,5 мм, в наборных конструкциях реализуют Н = 25... 50 мм, что позволяет считывать информацию с расстояния 10... 15 м.

Для удобства применения изготавливаются многоразрядные индикаторы (три, четыре, шесть, девять и т. д. знаков в одном корпусе), иногда в тот же корпус помещается и монолитная схема управления (дешифратор-формирователь).

Важной и сложной является задача получения приборов с перестройкой цвета свечения.

Прогресс физики и технологии светоизлучающих диодов позволяет перейти к созданию монолитных многоэлементных матриц: вполне достижимо получение большого кол-ва светящихся точек на одном кристалле малой площади. Такие матрицы явятся элементарной ячейкой наборного полупроводникового экрана, для технической реализации которого необходимо решение проблем многоуровневой коммутации, отвода тепла, схем управления. При использовании элементов, обладающих памятью и перестройкой цвета, могут быть созданы достаточно экономичные, малогабаритные, многоцветные экраны индивидуального использования с объемом одновременно отображаемой информации, эквивалентной 0,3 – 0,5 стр. машинописного текста.

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) относятся к «молодым» и бурно прогрессирующим оптоэлектронным приборам. Жидкокристаллическое состояние вещества характеризуется одновременным сочетанием свойств жидкости (текучесть) и кристалла (оптическая анизотропия). Такое состояние может обнаруживаться в некотором температурном интервале между точкой кристаллизации Т_к и точкой превращения вещества в однородную прозрачную жидкость Т_ж. Имеется несколько структурных разновидностей жидких кристаллов (ЖК); для индикаторных приборов используются нематические ЖК, характеризующиеся следующими основными особенностями:

− молекулы этих веществ имеют сильно вытянутую, нитевидную конфигурацию;

− в равновесном состоянии проявляется тенденция к ориентации больших осей молекул вдоль какого-то преимущественного направления;

− межмолекулярные взаимодействия очень слабы, поэтому структура жидкости (характер ориентации молекул) может легко изменяться под влиянием внешних воздействий;

− имеет место оптическая и электрическая анизотропия: значения показателей преломления и диэлектрической постоянной в направлении вдоль больших осей молекул и перпендикулярно ему различны (ЖК — кристаллы с двойным лучепреломлением);

− различают положительную и отрицательную диэлектрическую анизотропию — при приложении электрического поля молекулы ЖК первого типа ориентируются вдоль поля, второго типа — поперек поля;

− наличие анизотропии и возможность перестройки структуры проявляются в двух разновидностях электрооптических эффектов; изменение характера поляризации проходящего (отраженного) света и изменение коэффициента отражения (пропускания) света.

Жидкие кристаллы представляют собой достаточно удобную основу для создания информационных табло повышенной информационной емкости и экранов малокадрового телевидения. Причины этого — малая потребляемая мощность, высокая контрастность, низкое питающее напряжение, технологичность. Основные сложности связаны со схемами управления: низкое быстродействие ЖКИ затрудняет использование мультиплексных режимов, приводит к созданию ЖК матриц с большим количеством внешних выводов. Перспективы преодоления этой проблемы видятся в разработке конструкции экрана, в которой вместо одной из стеклянных обкладок обычного ЖКИ используется кремниевая пластина, содержащая схему управления и имеющая на своей поверхности матрицу элементарных электродов. Каждый из этих электродов является оптическим отражателем. Такое технологическое совмещение растра и схемы управления резко сокращает число внешних выводов. Совершенствование ЖКИ ведется в направлении получения цветных изображений (для этого привлекаются иные, отличные от описанных, электрооптические эффекты), повышения быстродействия, долговечности, создания элементов со встроенной памятью.

Газоразрядные индикаторы (ГРИ) являются примером того, как влияние конструкторско-технологических идей микроэлектроники заново преобразует «старую» традиционную область техники.

Основу любого прибора этого класса составляет элементарный газоразрядный промежуток. Зажигание и поддержание разряда требует высокого напряжения (U_заж≈80... 400 В, U_гор≈50 … 300 В), ток близок к 1 мА. Заполнение рабочего объема неоном дает оранжевое свечение, а гелием и аргоном – желтое и фиолетовое.

Имеется много разновидностей сегментных ГРИ. Типичные значения высоты знаков составляют 5... 16 мм, число разрядов 3... 9. Для питания необходимо напряжение постоянного тока 170... 200 В. Универсальный индикатор или плазменная панель представляют собой двухкоординатную матрицу, содержащую большое кол-во элементарных газоразрядных ячеек.

Высокое напряжение питания и большое число элементов требуют довольно сложных схем управления. Тем не менее на основе как биполярных, так и МОП-транзисторов и специальных интегральных схем удается изготовить достаточно компактные плоские устройства, размещаемые на задней стороне панели. Схемы управления не только воспроизводят на экране требуемые образы, но и позволяют изменять интен­сивность свечения, обеспечивая передачу до нескольких десятков полутонов (градаций яркости). Для уменьшения числа выводов от панели и упрощения схемы управления используют принцип самосканирования, для реализации которого в центральной пластине делают специальные отверстия, соединяющие определенным образом соседние ячейки друг с другом. Вследствие этого зажженное состояние, созданное в одной ячейке, последовательно перемещается по всем элементам строк и столбцов экрана. Для получения цветного изображения изготавливается прозрачная панель, каждый слои которой генерирует свечение определенного цвета, а требуемая окраска обеспечивается соответствующим управлением этими слоями. Возможно и другое решение задачи: в панели с ксеноновым наполнением (УФ излучение) создается сложное люминофорное покрытие (подобное триадам ТВ экрана), а газовый разряд «включает» нужный цвет.

МНЕМОСХЕМЫ

Мнемосхема - условное графическое изображение управляемого или контролируемого объекта, которое облегчает запоминание технологической схемы, назначение различных приборов и органов управления, а также способов действия при различных режимах работы объекта.

Мнемосхемы эффективно используют в случаях, когда:

1) управляемый объект имеет сложную технологическую схему и большое число контролируемых параметров;

2) технологическая схема объекта может оперативно изменяться в процессе работы;

3) в целях оперативного управления и контроля применяются избирательные системы;

4) для контроля и управления применяются миниатюрные контрольно-измерительные, сигнальные и другие приборы и устройства.

Мнемосхемы могут отражать как общую картину состояния системы, технологического процесса, так и состояние отдельных агрегатов, устройств, значения параметров и т. п. Мнемосхемы помогают оператору, работающему в условиях большого количества поступающей информации, облегчить процесс информационного поиска, подчинив его определенной логике, диктуемой реальными связями параметров контролируемого объекта. Они облегчают оператору логическую систематизацию и обработку поступающей информации, помогают осуществлению технической диагностики при отклонениях процесса от нормы, обеспечивают внешнюю опору для выработки оптимальных решений и формирования управляющих воздействий.

В основу построения мнемосхем положен ряд принципов, выработанных в процессе многолетней практики их применения:

· Один из основных - принцип лаконичности, согласно которому мнемосхема должна быть простой, не должна содержать лишних, затемняющих элементов, а отображаемая информация должна быть четкой, конкретной и краткой, удобной для восприятия и дальнейшей переработки;

· Принцип обобщения и унификации предусматривает требование, согласно которому надо выделять и использовать наиболее существенные особенности управляемых объектов, т. е. на мнемосхеме не следует применять элементы, обозначающие несущественные конструктивные особенности системы, а символы сходных объектов и процессов необходимо по возможности объединять и унифицировать;

· Согласно принципу акцента к элементам контроля и управления на мнемосхемах в первую очередь необходимо выделять размерами, формой или цветом элементы, наиболее существенные для оценки состояния, принятия решения и воздействия на управляемый объект;

· Принцип автономности предусматривает необходимость обособления друг от друга участков мнемосхемы, соответствующих автономно контролируемым и управляемым объектам и агрегатам;

· Эти обособленнее участки должны быть четко отграничены от других и согласно принципу структурности должны иметь завершенную, легко запоминающуюся и отличающуюся от других структуру. Структура должна отражать характер объекта и его основные свойства;

· В соответствии с принципом пространственного соотнесения элементов контроля и управления расположение контрольно-измерительных и индикаторных приборов должно быть четко согласовано с расположением соответствующих им элементов управления, т. е. должен соблюдаться закон совместимости стимула и реакции;

· Принцип использования привычных ассоциаций и стереотипов предполагает применение на мнемосхемах таких условных обозначений параметров, которые ассоциируют с общепринятыми буквенными обозначениями этих параметров. Желательно применять, если это возможно, вместо абстрактных знаков символы, ассоциирующиеся с объектами и процессами.

Мнемосхема не должна копировать технологическую схему; должна отображать логику контролируемых и управляемых процессов, способствовать упрощению поиска и опознания нужной информации и оперативному принятию правильных решений.

По функциям операторов, работающих с мнемосхемами, последние разделяются на операторские и диспетчерские. К первым относятся мнемосхемы, отображающие, как правило, единый пространственно сосредоточенный технологический комплекс, тогда как вторые отображают рассредоточенную систему, включающую в себя разнообразные технологические комплексы, объекты, агрегаты. Операторские и диспетчерские мнемосхемы существенно различаются степенью детализации и подробности отображения отдельных объектов контроля и управления.

В зависимости от того, выполняет оператор какие-либо переключения непосредственно на мнемосхеме или она является чисто осведомительным информационным устройством, операторские мнемосхемы подразделяют на оперативные и неоперативные, а диспетчерские - на световые и мимические. Оперативные мнемосхемы наряду с различными устройствами отображения, приборами, изобразительными и сигнальными элементами имеют органы управления индивидуального или вызывного типа, а мимические - ручные переключатели для снятия сигналов и приведения отображения состояния объекта на мнемосхеме в соответствие с его реальным состоянием.

Мнемосхемы, у которых каждый информационный элемент связан только с одним датчиком, т. е. участки схемы постоянно подключены к одним и тем же управляемым объектам, называют индивидуальными или однообъектными. Мнемосхемы, у которых участки могут периодически или по необходимости подключаться к нескольким объектам, имеющим одинаковую структуру, называются вызывными или избирательными (многообъектными). В вызывных мнемосхемах могут подключаться либо тот или иной объект, либо тот или иной датчик одного объекта. С помощью вызывной мнемосхемы можно значительно сократить размеры панели, сэкономить в приборах и СОИ, облегчить условия работы оператора за счет уменьшения поля зрения и упрощения схемы.

Мнемосхема, на которой постоянно отображается одна и та же схема объекта, называется постоянной. В сменных мнемосхемах изображение в процессе работы может существенно изменяться в зависимости от режимов работы объекта (пусковая схема, схема нормальной работы, аварийная схема и т. д.).

Мнемосхемы могут располагаться на отдельных панелях, на надстройке к приборному щиту, на приставке к пульту или на рабочей панели пульта. Информация на схеме может выдаваться в аналоговой, аналого-дискретной и дискретной форме. По выполнению условных обозначений объекта, агрегата, технологической линии и другого оборудования мнемосхемы подразделяют на плоские, рельефные и объемные, по способу кодирования - на условные и символические. Условные знаки не имеют никакого внешнего сходства и не создают зрительных ассоциаций с отображаемыми объектами и явлениями.

Изображения на мнемосхемах могут быть основаны на прямом или обратном контрасте. Элементы изображения выполняются рисованными, нанесенными фотоспособом, накладными; индикация реализуется с помощью электролюминесцентных элементов, газоразрядных приборов, ламп накаливания, электронно-лучевых трубок и т. д.

В последние годы для воспроизведения мнемосхем применяют УОИ на ЭЛТ. Использование таких устройств особенно целесообразно в случае, когда объект имеет сложную, разветвленную структуру, когда технологический процесс часто меняется и необходим набор мнемосхем. На экране ЭЛТ может отображаться укрупненная мнемосхема всей системы, мнемосхемы отдельных комплексов, объектов и процессов, мнемосхемы отдельных узлов и т. д. Нужные мнемосхемы отображаются по вызову оператора или по сигналам ЭВМ.

Видеомониторы на базе ЭЛТ

В состав монитора входят: панель ЭЛТ, блок разверток, видео усилитель, блок питания и др. В зависимости от вида управляющего лучом сигнала мониторы бывают аналоговые и цифровые. Аналоговые мониторы позволяют более качественно, с большим количеством полутонов и цветовых оттенков формировать изображение на экране. Размер экрана монитора задается обычно величиной его диагонали в дюймах.

Дата добавления: 2014-01-03