ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ 4-СЕГМЕНТНОГО ФОРМАТА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается новый алфавит цифровых знаков на основе 4-сегментного цифрового формата индикатора. Начертания знаков на основе новых цифровых форматов имеют значительные преимущества перед начертанием знаков на основе 7-сегментного формата. Использование новых знаков может найти применение там, где требуется наилучшее различение и опознание их, в том числе и при создании новых моделей табло электронных часов.

Ключевые слова: цифровые знаки, элемент отображения, обнаружения знака, различение знака, опознание знака.

Цифровые знаки (рис. 1б), формируемые на основе 7-сегментного формата (рис. 1а) различаются числом элементов отображения [1, с. 91].

Рисунок 1. 7-сегментный формат (а) и цифровые знаки на его основе (б)

Кроме того, расположение двух или трех воспроизводимых параллельных линий из элементов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, определяется невысокой разрешающей способностью.

Большое число элементов отображения в знаках на основе 7‑сегментного формата из-за большого потребления энергии стремились сократить. Так появился 6-сегментный формат [1, с. 91] индикатора (рис. 2).

Рисунок 2. 6-сегментный формат (а) и цифровые знаки на его основе (б)

Несмотря на то, что средняя горизонтальная линия 7-сегментного формата отсутствует в 6-сегментном формате, однако начертание знаков повсеместно не нашло применения. Точно также обстоит дело и с предложением использовать 5-сегментный [1, с. 91] формат (рис. 3а) при формировании цифровых знаков (рис. 3б).

Рисунок 3. 5-сегментный формат (а) и цифровые знаки на его основе (б)

Известно, что скорость и точность опознания цифр зависят от их формы. Чем более сложную комбинацию прямолинейных или криволинейных элементов имеет цифра, тем труднее она опознается [2, с. 61]. Улучшить различение знаков, а, следовательно, и их опознание, поможет переход знаков на четырехсегментное отображение (рис. 4). Снижение числа элементов в начертаниях знаков увеличивает эффективный угловой размер [3] их, улучшает различение и идентификацию знаков [4].

 а                                            б                                       

  Рисунок 4. 4-х сегментный формат, представленный цифрой 0 (а) и цифровые знаки на его основе (б)

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.

При переходе на наименьший формат сегментного индикатора, равный 7-сегментному формату (рис. 1а) из нижних или верхних элементов его (рис. 5а) получим возможность отображать знаки (рис. 5б) с эффективным угловым размером, равный эффективному угловому размеру 7-и сегментного формата [3].

Рисунок 5. 4-сегментный формат (а) и цифровые знаки на его основе (б)

Возможность перехода 7-сегментного формата к 4-сегментному формату можно использовать, как для индикации в системах автома­тического слежения за уровнем сигнала того или иного объекта, так и в приборах индикации промежутков времени, т. е. в электронных часах (рис. 6).

а                             б                            в                             г

Рисунок 6. Макет электронных часов (а) и режимы его работы (б, в, г)

Режим работы (рис. 6б), при котором индикация промежутков времени осуществляется в привычных цифрах 7-сегментного формата. Режим работы (рис.6в), при котором индикация осуществляется в 4‑х позиционном формате (6-и сегментном формате без среднего горизонтального сегмента 7-сегментного формата). Управление двумя вертикальными сегментами с той и с другой стороны 7-и сегментного формата осуществляется одним сигналом. При незначительном энерго­сберегающем режиме восприятие знаков на стадии его различения увеличивается в сравнении с различением знаков 7‑сегментного формата. Режим работы (рис. 6г), при котором в два раза сокращается потребление энергии, а восприятие знаков 4-сегментного формата не хуже восприятия знаков 7-сегментного формата [5].

Порядок начертания знаков в цифровом алфавите на основе 4-сегментного формата определяется величиной числа [6]. При равном числе сегментов в начертании знака, величина числа тем больше, чем на больший угол по часовой стрелке повернуто начертание знака, отображающее меньшее число в группах чисел от 2 до 5 и от 6 до 9 (рис. 7).

Рисунок 7. Порядок начертания знаков в десятичном 4‑х позиционном алфавите

Начертание знака, соответствующее числу 0, представленное форматом знаков, имеет наибольшее число сегментов. Распределение начертания знаков в числовом ряду (рис. 5, рис. 7) в зависимости от «веса» знака имеет преимущество в устройствах для измерения и индикации величины угла положения вала [6], и может быть применено для более быстрого усвоения алфавита знаков. Как 7‑сегментный, так и 4-сегментный форматы индикаторов при формировании знаков чувствительны к возникновению помех, как с переходом от уровня логической единицы к уровню логического нуля (1-0), так и с переходом от уровня логического нуля к уровню логической единицы (0-1). В результате на индикации высвечивается ложная информация.

Лучше различаются и распознаются простые фигуры [2, с. 61]. Величина знаков, рекомендуемая для оперативной работы, зависит от требований к скорости и точности восприятия и опознания человеком поступающей информации. Лучшим из начертаний цифр считается шрифт Бергера, в котором буквы и цифры составлены прямыми линиями. Оптимальные размеры знака, обеспечивающие наиболее быстрое и точное восприятие, зависят от сложности и их конфигурации [7].

Рисунок 8. Знаки простой (а) и сложной (б) конфигурации

Экспериментальные исследования показали, что для знаков простой конфигурации, (рис. 8а), представляющих собой площадь фигуры, например, треугольник, необходимый для четкого опознания требуется наименьший размер (например, 18'). Если знак сложный (рис. 8б), его опознание затруднено и безошибочная работа осуществляется лишь при больших размерах знаков (например, 35'). При определении размера сложных знаков следует учитывать размер знака в целом, размер его деталей и наименьшие размеры между деталями знака [7, с. 18]. Если тот же самый, по габаритным размерам цифровой формат (рис. 5а) представить не контуром в виде квадрата, а площадью в виде квадрата и разделить на четыре элемента отображения его диагоналями, то получим иное расположение четырех позиционных элементов отображения (рис. 9а).

Рисунок 9. 4-хпозиционный формат (а) и цифровые знаки на его основе (б)

Начертания элементов цифрового формата при формировании простых знаков в виде площадей треугольников и их сочетаний визуально ориентированы. По визуально ориентированным знакам точно определяется их величина в ряду разрядов многозначного числа, облегчается задача идентификации их и повышается скорость восприятия знаков. Однако, при формировании того или иного знака, изменение числа высвеченных элементов отображения в нем на единицу при возникновении одиночной ошибки, он может идентифи­цироваться как другой знак представленного цифрового алфавита. Цифровые знаки при их формировании на основе 7-сегментного, 4‑сегментного и 4-позиционного форматов чувствительны к возник­новению помех, как с переходом от уровня логической единицы к уровню логического нуля (1-0), так и с переходом от уровня логического нуля к уровню логической единицы (0-1). В результате на индикации высвечивается ложная информация.

Объединив 4-х сегментный формат с формированием знаков сложной конфигурации (рис. 5а) с 4-позиционным форматом с формированием знаков простой конфигурации (рис. 9а) получим 8‑и элементный индикатор с двумя форматами (рис. 10а) и два разряда на одном знакоместе цифровых знаков (рис. 10б) на их основе. Несоответствие начертания цифрового знака 4-сегментного формата с начертанием цифрового знака 4-позиционного формата указывает на ошибочную информацию. Логическое изменение начертания знаков в зависимости от величины числа показано на рисунке 10 (в, г, д).

Рисунок 10. Индикатор с форматом 4-сегментным и 4-позиционным (а) и на его основе цифровые знаки (б), начертаниях которых отображает величину числа (в, г, д)

При окрашивании 4-сегментного и 4-хпозиционного форматов в различные цвета различимость формируемых знаков возрастает (рис. 11).

Рисунок 11. Двухцветный двухразрядный однознакоместный индикатор (рис. 11д) и цифровые знаки на его основе (рис. 11е)

При высокой надежности передачи цифровой информации двух­форматный индикатор можно использовать для измерения параметров двух объектов. При использовании параллельно расположенных [8] 4‑сегментных форматов индикатора (рис. 12а), свободное поле его мажет быть предоставлено для различной информации. Так, например, в этом году отмечается 50-летие со дня рождения Ф. Киркорова (рис. 12а). Надпись 50 красным цветом, обрамляющая портрет артиста, будет торжественно подчеркивать знаменательную дату.

Рисунок 12. Ф.Киркорову 50 лет (а), электронные часы с портретом юбиляра (б), 50 лет Ф. Киркорову овальными цифровыми знаками (в), часы на основе 4-х позиционнох знаков овального формата (г)

Рисунок 13. 4-х позиционный овальный формат (а) и цифровые знаки на его основе (б)

На табло электронных часов (рис. 12б, г) отображено время 10 часов 10 минут. Старшие разряды (часовые промежутки времени) отображены малыми форматами, младшие разряды (минутные промежутки времени) отображены большими форматами. Точно такие же юбилейные электронные табло и электронные именные часы (наручные или настенные) с фотографиями могут заказывать все желающие (рис. 14).

Рисунок 14. Юбилейное табло к 30-летию прямоугольными и овальными цифровыми знаками и электронные именные часы (10 час 10 мин) прямоугольными и овальными цифровыми знаками

Список литературы:

1. Вуколов Н.И., Михайлов А.Н. Знакосинтезирующие индикаторы. Справочник. Москва. «Радио и связь». 1987. 576 с. : ил.
2. Алиев Т.М., Вигдоров Д.И., Кривошеев В.П. Системы отображения информации. Москва. «Высшая школа». 1988. 223 с. : ил.
3. Патраль А.В. Устройство для индикации. Патент № 2037886 на изобретение выдан 19 июня 1995 года.
4. Патраль А.В. Устройство для индикации с наилучшей идентификацией знаков. Патент № 2460151 на изобретение выдан 27 августа 2012 года.
5. Патраль А.В. Устройство для индикации цифровых знаков с энергосберегающим режимом. Патент № 2427928 на изобретение выдан 27 августа 2011 года.
6. Патраль А.В. Устройство для измерения и индикации величины угла положения вала. Патент № 2231215 на изобретение выдан 20.06.2004 г.
7. Згурский В.С., Лисицын Б.Л. Элементы индикации (Справочник). М. Энергия. 1974. 224 с. : ил.
8. Патраль А.В. Индикатор цифровой сегментный с параллельным отображением знаков. Патент № 2311692 на изобретение выдан 27.11. 2007 г.