16 Электронные устройства отображения видимой информации
Электронным устройством отображения видимой информации (ЭУОВИ) называют электронное устройство, предназначенное для визуализации той или иной информации, необходимой потребителю.
ЭУОВИ широко применяются в системах управления судном и контроля разнообразных параметров судового оборудования (рис.16.1). Достоинством таких устройств является возможность получения оперативной и наглядной информации о состоянии технических систем судна.
16.1 Классификация электронных устройств отображения видимой информации
Существует достаточно большое число признаков классификации ЭУОВИ. Рассмотрим основные из этих признаков.
1. По назначению различают следующие категории устройств отображения видимой информации:
Мнемосхемы – они представляют собой графическо-условное изображение взаимосвязи технических систем, на котором методом подсветки отображается состояние включенных управляющих устройств (положение водонепроницаемых и противопожарных перегородок, состояние пожарных извещателей, систем охраны помещений судна и т.п.). Такие ЭУОВИ обладают высокой наглядностью, но воспроизводят только жестко фиксированную информацию.
Фиксированные надписи – они представляют собой фиксированную надпись, которая подсвечивается при срабатывании определенного датчика (например, ПОЖАР, ЗАГАЗОВАННОСТЬ)
Одноразрядные цифровые или буквенно-цифровые индикаторы, отображающие одно знакоместо. Такие индикаторы применяются в различных приборах для визуализации какого-то параметра, например температуры.
Многоразрядные цифровые или буквенно-цифровые индикаторы, содержащие множество фиксированных знакомест в одной или нескольких текстовых строках. Такие индикаторы широко применяются в различных электронных приборах для визуализации какого-то параметра.
Шкальные (аналоговые или цифровые) индикаторы, предназначенные для отображения информации в виде светящейся точки или светящегося столбика с положением или высотой, меняющимися в зависимости от входного сигнала. Такие индикаторы широко используются для приблизительной оценки
у
ровня
измеряемого параметра, например, для
визуализации напряжения электрической
сети в заданных границах.
Экраны (или информационные панели) – они представляют собой индикаторы с большой информационной емкостью элементов отображения, не содержащие фиксированных знакомест. Такие экраны широко используются для отображения цифровой, буквенной или графической информации о состоянии технических систем, например времени, температуре, метеоусловий и т.п. Для повышения информационной емкости на таких экранах широко применяется «бегущая строка», что позволяет не ограничивать объем выводимой видимой информации.
Дисплеи (мониторы) – это общее название устройства, показывающего, отображающего информацию обычно для индивидуального пользователя.
2. По виду элементов отображения информации различают следующие категории устройств отображения видимой информации:
Знакомоделирующие ЭУОВИ – в таких устройствах элементы отображения информации выполняются в виде набора готовых знаков (цифр или букв), причем знаки, отображаемые с помощью знакомоделирующих ЭУОВИ, имеют более привычные для глаза начертания, чем в случае знакосинтезирующих ЭУОВИ. В то же время элементы отображения информации в знакомоделирующих ЭУОВИ обязательно должны быть расположены в различных плоскостях, что приводит к их взаимной экранировке (визуальному затемнению). Примером таких устройств может служить газоразрядные цифровые индикаторы типа ИН-15. Недостатком таких устройств также является очень ограниченный набор символов (обычно не более 10).
Знакосинтезирующие ЭУОВИ могут выполняться как матричные с точечными элементами отображения информации в местах пересечения электродов строк и столбцов, мозаичные (каждый элемент отображения информации может включаться или выключаться независимо), или сегментные, элементы отображения информации которых, представляют собой полоски (сегменты), сгруппированные в знакоместа. В знакосинтезирующих индикаторах ЭУОВИ изображение создается из элементов, расположенных в одной плоскости, и угол обзора больше, однако, электронные схемы для формирования из таких элементов отображения информации знаков зачастую сложнее, чем в знакомоделирующих ЭУОВИ.
Графические ЭУОВИ – в них изображение формируется путем «рисования» графического объекта электронным лучом (электронно-лучевые трубки) или специальными электронными схемами (жидкокристаллические ЭУОВИ). Графические ЭУОВИ в свою очередь бывают: функциональными (векторными) или растровыми. Функциональный метод предусматривает построение информационных образов (символьных или графических) путем произвольного отклонения электронного луча. При растровом методе подсветка элементов изображения осуществляется в определенные моменты времени синхронно с постоянной разверткой электронного луча по экрану.
3. По конструкции различают следующие категории устройств отображения видимой информации:
Одноразрядные дискретные индикаторы, которые формируют отдельный символ по знакомодулирующей или знакосинтезирующей системе.
Многоразрядные дискретные индикаторы, которые формируют несколько символов по знакомодулирующей или знакосинтезирующей системе в одной или нескольких строках.
Цельные, в которых формирование изображения происходит по всей площади согласно какому-то единому физическому принципу. Такие ЭУОВИ невозможно разделить на более мелкие элементы.
Наборные, которые состоят из набора дискретных элементов отображения. В таких ЭУОВИ для получения изображения по всей площади экрана необходимы специальные электронные схемы управления.
Проекционные, которые позволяют создавать видимое изображение на любой отражающей поверхности. Они широко применяются в качестве демонстрационных экранов для большой аудитории.
4. По физическому принципу создания изображения ЭУОВИ делятся на две основные группы:
Активные, в которых электрическая энергия непосредственно преобразуется в свет, формирующий изображение. Для просмотра видеоинформации в таком ЭУОВИ не требуется внешнее освещение.
Пассивные, которые только модулируют внешний световой поток, создающий видимое изображение. Для просмотра видеоинформации в таком ЭУОВИ обязательно требуется внешнее освещение.
5. По физическому принципу действия ЭУОВИ делятся на следующие группы:
Электронно-лучевые ЭУОВИ, или, как их чаще называют, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), являются наиболее распространенным и важным устройством в технике отображения информации. Работа ЭЛТ основана на создании управляемого сфокусированного пучка электронов, воздействующего на покрытый люминофорным веществом экран и вызывающего свечение отдельных его участков. Они относятся к группе активных ЭУОВИ.
Светодиодные (полупроводниковые) ЭУОВИ, которые представляют собой твердотельные приборы, работающие на излучательных p-n – переходах (светодиодах) и применяются для отображения знаковой информации при относительно небольших размерах символа и ограниченном числе знаков. Для получения светодиодных экранов используют наборную конструкцию элементов отображения информации. Они относятся к группе активных ЭУОВИ.
Электролюминесцентные ЭУОВИ, которые построены на основе порошковых люминофоров, возбуждаемых постоянным напряжением, или с использованием люминофоров в виде тонкой пленки, возбуждаемых высокочастотным переменным напряжением. Они относятся к группе активных ЭУОВИ.
Вакуумные люминесцентные ЭУОВИ, физический принцип действия которых основан на использовании явления люминесценции, возникающей в катодолюминофорах при их бомбардировке электронным пучком. Они относятся к группе активных ЭУОВИ.
Газоразрядные ЭУОВИ, принцип действия которых основан на ионизации газа вблизи катода, что вызывает образование светящейся области (плазмы). Они относятся к группе активных ЭУОВИ.
Жидкокристаллические (ЖКИ) ЭУОВИ в отличии от активных приборов не генерируют свет, а наоборот требуют дополнительной внешней подсветки, сами же выполняют роль модулятора, работая в режиме пропускания или отражения света. Регулирование светового потока достигается тем, что жидкокристаллические ячейки помещается на пути света и коэффициент оптического пропускания ячейки за счет прикладывания электрического поля изменяется. Они относятся к группе пассивных ЭУОВИ.
Электрохромные ЭУОВИ принцип действия которых основан изменении цвета вещества под действием приложенного электрического поля, например на восстановлении металлических окислов, при этом изменяется цвет пленки, который может сохраняться длительное время. Такие индикаторы требуют специального процесса – стирания для удаления предыдущего изображения. Они относятся к группе пассивных ЭУОВИ.
Электрофоретические ЭУОВИ, принцип действия которых основан на явлении электрофореза, под которым понимается направленное движение коллоидных частиц под действием внешнего электрического поля под действием чего изменяется коэффициент отражения и цвет рабочего вещества. Они относятся к группе пассивных ЭУОВИ.
6. По цвету получаемого изображения ЭУОВИ делятся на следующие группы:
Черно-белые ЭУОВИ, в которых изображение формируется в градации черного цвета.
Монохромные ЭУОВИ, в которых изображение формируется в градации одного цвета.
Цветные ЭУОВИ, в которых изображение формируется в градации смеси трех основных цветов: красный, зеленый, голубой (RGB−система), что позволяет создавать изображения любого цвета с любой яркостью и контрастностью.
7. По форме поверхности экрана ЭУОВИ делятся на следующие группы:
Выпуклые ЭУОВИ, отображающая поверхность которых имеет существенную кривизну. Это вызывает восприятие прямых линий оператором в виде изогнутых линий.
Плоские ЭУОВИ , отображающая поверхность которых имеет существенную малую кривизну (или отсутствие таковой), что обеспечивает правильное восприятие прямых линий оператором.
8. По способу управления с поверхности ЭУОВИ делятся на две группы:
Неуправляемые ЭУОВИ, в которых поверхность экрана не возможно использовать для ввода команд (использовать в качестве клавиатуры).
Управляемые (сенсорные) ЭУОВИ. В них клавиатура и экран, на который выводится информация, объединены в одно целое. Вместе с необходимым изображением на свободных местах экрана формируются изображения виртуальных кнопок управления, которые могут потребоваться в данном режиме работы. Для управления сенсором пользователь дотрагивается до экрана в соответствующих точках. Сообщение о прикосновении передается в микроконтроллер, который организует нужную реакцию на указание пользователя.