Применение полупроводниковых индикаторов



Рекомендации по конструктивному оформлению устройств отображения информации

В общем виде понятие проектирования устройств отображе­ния информации включает в себя разработку принципа управ­ления и индикации информации, разработку и расчет принци­пиальных схем, тепловые и другие расчеты и конструирование устройств. Использование в качестве элементов индикации полу­проводниковых индикаторов позволяет создавать малогабарит­ные, надежные и эргономичные устройства отображения инфор­мации, которые по своим тактическим и конструктивным реше­ниям конкурируют практически со всеми известными устройства­ми, разработанными на других физических принципах элементов индикации. Устройства отображения информации в более широ­ком смысле могут быть представлены двумя более или менее самостоятельными видами. Первый из них — устройства, на которые возлагается только одна задача — информирование че­ловека-оператора о состоянии (о наличии или его размере) того или иного предмета. Такие устройства являются устройствами отображения информации (УОИ).

Второй вид — это устройства, обеспечивающие кроме зада­чи индикации возможность вмешательства человека-оператора в работу технологического комплекса по результатам анализа полученной от него посредством индикаторов информации. Они получили наименование пультов управления и индикации (ПУИ).

Эти устройства имеют различные задачи и, следовательно, различный набор элементной базы, функциональных звеньев (в частности, наличие или отсутствие коммутационных элемен­тов, выходных устройств и т.


д.), различный объем электронного обеспечения. Общей частью, объединяющей оба вида, является индикаторная часть устройства с элементами, обеспечивающими повышение надежности считывания информации. При рассмот­рении некоторых вопросов проектирования ПУИ на эти части устройств будет обращено особое внимание.

Независимо от смысловой нагрузки, которую несут ПУИ в аппаратурных комплексах, каждый из них выполняет следующие операции:

прием и обработку информации (ее дешифрацию, классифи­кацию в соответствии с адресной системой, рассылку по потре­бителям внутри пульта);

хранение полученной информации в течение цикла обнов­ления;

дешифрацию (приведение к виду, воспринимаемому прием­никами информации в ПУИ);

индикацию информации;

шифрацию воздействия оператора на органы коммутации ПУ в электрические сигналы, кодирование информации;

выдачу информации в сеть (в ЦВМ или другому потреби­телю).

Аппаратурная реализация каждого из этих звеньев на от­дельных платах или в едином конструктивном узле позволяет получить законченные в функциональном отношении узлы.

Использование конструктивно-функциональных модулей (КФМ) позволяет сократить время, затрачиваемое на разработ­ку схем, аналогичных по задачам ПУИ, так как определяет лишь количество тех или иных КФМ в зависимости от информативно­сти пульта, и разработать на их основе общую принципиальную схему устройства. Использование КФМ позволяет также унифи­цировать ряд конструкторских решений, сократить объем трудо­затрат на проектирование, снизить общую стоимость разработки.

Как правило, размеры лицевых панелей пультов и зани­маемые пультами объемы за приборной доской бывают огра­ничены. Рациональное использование площадей приборных до­сок и объемов за ними является иногда основной задачей кон­структора. Использование при конструировании конструктивно-функциональных модулей позволяет в ряде случаев получить высокие коэффициенты использования объемов УОИ и ПУИ.

 

6.1.


КОНСТРУКТИВНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДУЛИ


Основными конструктивно- функциональными модулями устройств отображения информации и пультов управления являются модули индикации и модули, обеспечивающие прием и обработку информации.

Наиболее сложными с точки зрения подсоединения в схему и одновременно более часто встречающимися ППИ являются цифровые и буквенно-цифровые (матричные) индикаторы, разра­ботанные в держателях керамических индикаторов (ДКИ). Индикаторы могут впаиваться в гнезда держателей, закреплен­ных на корпусе пультов управления и устройств отображения информации или в печатные платы. Однако с целью снижения трудозатрат при заменах вышедших из строя индикаторов, облегчения проведения регламентных работ, а также при изоли­рованной установке индикаторов рационально использовать разъемы. Разъемы, конструктивно объединенные со схемами управления индикаторами, получили наименование ячеек индика­ции. Существует несколько вариантов конструктивного оформ­ления ячеек индикации для использования совместно с раз­личного типа индикаторами и схемами управления ими.

На рис. 6.1 представлен внешний вид разъема для подклю­чения индикаторов, являющегося обязательной составляющей частью ячеек индикации.



Рис. 6.1. Внешний вид разъема для подключения индикатора

При эксплуатации индикаторов в ус­ловиях повышенных температур окру­жающей среды для обеспечения темпера­турного режима их работы необходимо осуществлять отвод выделяемых индика­торами мощностей.

С целью повышения теплоотдачи от индикаторов в конструкции разъема предусмотрен паз для крепления к тепло-отводящей металлической шине. Механи­ческое крепление разъема на корпусе (лицевой панели) пульта управления и индикации помогает обеспечивать тепло­вые режимы работы индикаторов. Для снижения теплового сопротивления «кор­пус индикатора — теплоотводящая шина» необходимо установку индикаторов производить с применением теплопроводящих паст типа КПТ-8.

Конструкция гнезд разъема предусматривает защиту от воз­действия вибраций (изъятие индикатора сопровождается при­ложением повышенных усилий 2,00 — 2,50 Н).



 

6.1.1. Конструктивно-функциональные модули индикации (ячейки индикации)

На рис. 6. 2 представлен внешний вид ячейки индикации для использования совместно с индикаторами типа АЛС324 (Б, Б1) и ЗЛС324 (Б, Б1). Ячейка индикации включает в свой состав разъем, дешифратор (514ИД2 или К514ИД2) двоично-десятичного кода в позиционный семисегментный код, воспри­нимаемый указанными индикаторами, восемь (с учетом деци­мальной точки) токоограничивающих резисторов и выходной разъем ячейки для связи с электронным оборудованием, раз­мещаемым на соответствующих КФМ по обработке информации. Принципиальная схема ячейки индикации представлена на рис. 6.3. Функционирование схемы пояснено в § 3.2.

Конструктивно ячейка индикации представляет собой разъем для индикатора с установленными по бокам двумя платами пе­чатного монтажа. На платах размещены резисторы и ИМС. Крепятся платы и разъем смолой ВК-9.

Ячейка индикации крепится в пульт со стороны лицевой па­нели двумя винтами, конструкция разъема индикатора позво­ляет крепить ячейку к теплоотводящей шине. Индикатор уста­навливается в ячейку индикации на пасту типа КПТ-8 после установки ячейки в пульт.

Для индикации цифровых значений параметров, имеющих градусную сетку измерений, может быть предложен вариант ячейки с установкой индикатора в перевернутом положении  (вверх децимальной точкой) с соответствующей корректировкой схемы соединения индикатора и ИМС.



Рис. 6.2. Внешний вид ячейки индикации для использования с индикаторами тина ЗЛС324Б(Б1) и АЛС324Б|Б1) и микросхемой 514ИД2 (К514ИД2)



Рис. 6.3. Принципиальная схема ячейки индикации для индикаторов ЗЛС324Б(Б1) и АЛС324Б(Б1):

D, — микросхема 51411Д2; Н - индикатор ЗЛС324Б; R, R  — резисторы 0,25 Вт, 62 Ом



Рис. 6.4. Принципиальная схема ячейки индикации для индикаторов типа ЗЛС324Б(Б1) и АЛС324Б(Б1) с микросхемой 514ПР1: D, -- микросхема 514IIP1; Я, - индикатор ЗЛС324Б1



Рис. 6.5. Внешний вид ячейки индикации для использования с индикатором ЗЛС340А




Для индикации цифровой информации может быть использо­ван также вариант ячейки индикации (рис. 6.4), в состав которой входят: разъем, дешифратор (ИМС 514ПР1) двоично-десятич­ного кода в семисегментный код индикаторов со встроенным устройством памяти на тетраду ДДК. В этом случае токоогра-ничивающие резисторы отсутствуют, так как формирователи тока входят в состав микросхемы. Применение ячейки индикации с ИМС 514ПР1 позволяет сократить общее количество электронно­го оборудования, размещаемого в объеме пульта управления.



Рис. 6.6. Схема ячейки индикации с индикатором типа ЗЛС340А

Для обеспечения индикации текстовой информации на БЦИ типа ЗЛС340А может быть использован КФМ — ячейка инди­кации (рис. 6.5). в состав которой входят: разъем, аналогич­ный примененному в цифровых ячейках индикации, две микро­схемы типа 1НТ251 и выходной разъем ячейки для связи с элект­ронным оборудованием в пульте управления. Принципиальная схема ячейки индикации для матричного индикатора типа ЗЛС340А представлена на рис. 6.6. Функционирование индика­тора и ИМС 1НТ251 в качестве усилителя-переключателя тока изложено в гл. 4.

Конструкция приведенных выше ячеек индикации основана на преемственности конструкторских и технологических решений; оснастка, необходимая для их изготовления, унифицирована.

Использование КФМ-ячеек индикации позволяет снизить общую трудоемкость производства устройства отображения ин­формации и пультов управления в малознаковых (на 20 — 25 ин­дикаторов) устройствах при ограниченных объемах их выпуска.



Рис. 6.7. Внешний вид индикаторного модуля на 10 индикаторов ЗЛС340А

Это объясняется тем, что, с одной стороны, не удалось обеспе­чить механизацию совместного монтажа разъема индикатора и боковых плат печатного монтажа ячейки, а с другой — в этом конструктивном исполнении выводы ячейки индикации (от пе­чатных плат ячейки индикации к схемам управления в пульте) также не позволяют осуществить автоматизацию монтажа ячеек в корпусе устройства на печатную плату.


Поэтому установка на лицевой панели пульта управления или устройства отображе­ния информации большого количества ячеек индикации (80 — 100 ячеек и более) требует выполнения значительного объема монтажа, механизировать который затруднительно. Принци­пиально снизить объем трудозатрат на изготовление аппаратуры позволяет проведение дальнейшей интеграции оборудования управления матричными индикаторами не только с точки зрения их совместного размещения, но и выбора элементной базы управления с большей степенью интеграции. В частности, для управления матричными индикаторами могут быть использова­ны ИМС 514ИР2 (А, Б).

На рис. 6.7 приведен внешний вид индикаторного модуля, позволяющего обеспечить управление и индикацию на десяти индикаторах типа ЗЛС340А. Модуль управления включает в себя десять разъемов для индикаторов, электрорадиоэлементы в со­ответствии со схемой, приведенной на рис. 6.8, и разъем для внешних соединений. Две такие ячейки, собранные в один мо­дуль, создают КФМ для индикации информации на десяти инди­каторах типа ЗЛС340А. (На схеме показана половина индика­торного модуля — на пять индикаторов, размещенных на плате печатного монтажа, две таких платы составляют модуль на десять индикаторов.)



Рис. 6.8. Схема ячейки индикации на пять индикаторов типа ЗЛС340А

Функционирование схемы изложено в гл. 4.

Конструктивно модуль представляет собой две зеркального отражения многослойные платы печатного монтажа, установлен­ные в рамку. На передней стороне модуля размещено пять пар разъемов для индикаторов. На платах печатного монтажа раз­мещено электронное оборудование, в том числе микросхемы 514ИР2А. Для обеспечения теплоотвода от них предусмотрены широкая (15 мм) шина металлизации и массивная теплоотводя-щая шина, размещенная между платами и касающаяся корпусов микросхем сквозь отверстия в платах печатного монтажа. Мик­росхемы устанавливаются на теплопроводящую пасту.

Данная ячейка индикации — КФМ позволяет производить на­бор в пакет без зазора между знаками индицируемого текста с обеспечением возможности создания индикаторной части устрой­ства в пять строк по 2N индикаторов в каждой, где N — коли­чество модулей, набранных в пакет.



Со стороны разъема и индикаторов модуля установлены на­ правляющие штыри для обеспечения надежного сочленения разъема модуля и его ответной части в пульте. Лицевая панель модуля после ее установки в прибор центрируется штырями, расположенными на лицевой панели пульта, и крепится винтами.

На рис. 6.9 представлен внешний вид устройства отображе­ния информации на 80 знакомест. Рядом размещена ячейка инди­кации, изъятая из устройства. С лицевой панели для наглядности снят светофильтр (пять строк по 16 знакомест в каждой).



Рис. 6.9. Внешний вид устройства отображения информации на 80 знакомест без светофильтра со снятым модулем

Приведенные выше конструктивные решения показывают ва­рианты исполнения конструктивно-функциональных модулей, но не являются обязательными, поскольку требования техниче­ских заданий на разработку не всегда отвечают ранее заготов­ленным решениям.

 

6.1.2. Рамки крепления светофильтров

Как уже указывалось, блики внешнего источника света, от­ражающиеся от поверхности светофильтра (4 — 5% яркости источника), при наблюдении под углом зеркального отражения могут полностью засветить индицируемую информацию. Исполь­зование рамок, позволяющих направлять блики зеркального отражения лучей внешнего источника освещения в сторону от глаз наблюдателя, позволяет снять этот вопрос. Однако такие рамки могут использоваться в основном на стендовом оборудо­вании, на подвижных объектах их использование отвлекает опе­ратора от процесса управления.

В этом случае предпочтительнее использование рамок со светофильтрами с просветляющими покрытиями.



Рис. 6.10. Внешний вид индикатора с применением буквенно-цифрового ППИ типа ЗЛС340А

Варианты конструктивного оформления рамок крепления светофильтров различны, поскольку устройства отображения ин­формации имеют, как правило, различное качество индикато­ров, не все предприятия-изготовители аппаратуры обладают технологией изготовления и шлифования светофильтров зна­чительных размеров.



Конструктивно рамка может быть выполнена с построчным креплением светофильтров (каждая строка УОИ имеет свой светофильтр, закрепленный в общей рамке). Недостаток такого контруктивного оформления в появлении «колодезного эффекта», т. е. в уменьшении угла обзора индицируемой информации. Уменьшение угла обзора создает определенные трудности для размещения устройства в интерьере аппаратурного комплекса.

Более сложна при изготовлении рамка для светофильтра, целиком закрывающего информативное поле индикаторов устрой­ства.

На рис. 6.10 представлено конструктивное оформление бук­венно-цифрового индикатора с установленной на лицевой панели рамкой со светофильтром. На индикаторах высвечен набор символов, внесенный в микросхему постоянной памяти типа 505РЕЗ (прошивки 0059, 0060).

Светофильтры необходимы, как это показано выше, для по­вышения контраста отображаемой информации. Однако при этом светофильтры являются тепловыми экранами, ухудшаю­щими тепловой режим работы индикаторов: сокращается теп­лоотдача излучением, конвекцией. Поэтому независимо от фраг­ментарности конструкции рамки необходимо предусматривать возможность прохождения охлаждающего индикаторы воздуха.



Рис. 6.11. Внешний вид конструктивно-функционального модуля обработки информации



Рис. 6.12. Шлейфовое соединение конструктивно-функционального модуля

Отверстия в верхней и нижней частях рамки или пазы на лице­вой поверхности прибора, к которой крепится рамка, должны обеспечить прохождение конвекционных потоков воздуха либо (при повышенных температурах окружающей среды) прохож­дение потока принудительно нагнетаемого (отсасываемого) охлаждающего воздуха.

 

6.1.3. Конструктивно-функциональные модули обработки информации

В конце разделов, посвященных ППИ и схемам управления ими приведены структурные схемы устройств отображения ин­формации и пультов управления. Разбиение предложенных структурных схем на КФМ диктуется большим количеством различных условий работы (малознаковые индикаторные устрой­ства информационные буквенно-цифровые табло, индикаторы сигналов и команд и т.


д.). Основной задачей разработчика яв- пяется создание модулей, имеющих законченный цикл решения задачи Применение таких КФМ позволяет сократить межмо­дульный монтаж, устранить дублирование ряда узлов, унифицировать КФМ для дальнейших работ при проектировании анало­гичных по задачам устройств.

На рис. 6.11 представлен такой КФМ, решающий целый комплекс задач: прием последовательного кода информации о воспроизводимом символе, преобразование его в параллельный вид, хранение на время отображения и усиление по току до уровней, необходимых для задания токовых режимов индикато­ров типа ЗЛС340А. При меньших габаритах устройства ото­бражения информации количество задач, возлагаемых на КФМ, может быть существенно снижено. При этом уменьшатся и габариты плат печатного монтажа, на которых размещается электронное оборудование.

Монтаж КФМ в устройство может осуществляться с помощью разъема (рис. 6.11), проводного монтажа, гибких шлейфных соединителей (рис. 6.12). При этом установка КФМ в устрой­ства, эксплуатация которых планируется на стендах, в лабора­ториях и на объектах, не подвергающихся воздействию вибра­ций, не требует применения специальных методов крепления. При использовании приборов отображения информации на объектах, подвергающихся воздействию вибраций, КФМ необхо­димо крепить дополнительными узлами крепления, например, как это показано на рис. 6.13 (по углам и в центре КФМ).



Рис. 6.13. Конструктивное оформление конструктивно-функционального модуля с дополнительными точками крепления

Таким образом, конструктивное оформление КФМ обработки информации может быть различным в зависимости от требований технического задания по габаритам, по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям. Однако обяза­тельным всегда остается требование законченности КФМ по функциональному назначению.

 

6.2. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ КОМПОНОВКИ УСТРОЙСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И ПУЛЬТОВ УПРАВЛЕНИЯ И ИНДИКАЦИИ

В дальнейшем устройства отображения информации и пульты управления и индикации для простоты изложения будут называться пультами управления (ПУ), поскольку достаточно редко используются в чистом виде устройства отображения информации, т.


е. приборы, которые не позволяют оператору каким бы то ни было образом воздействовать на процесс работы аппаратурного комплекса.

На выбор конструкторских решений в определяющей степени влияют предъявляемые к пультам управления требования по устойчивости к влиянию внешних факторов (климатических и механических воздействий). От этих требований зависит выбор элементной базы, способы крепления элементов, плат печатного монтажа, функциональных модулей. При этом бывает практи­чески невозможным отделить и изолированно рассматривать конструирование элементов, связанных с индикацией, от других, например коммутационных, элементов. Конструктивные размеры переключателей в большей мере зависят от их характеристик устойчивости к вибрационным и температурным нагрузкам. На рис. 6.14, а, б представлены два различных варианта кон­структорской компоновки пульта управления (в том числе его индикаторной части в зависимости от выбора элементов ком­мутации). На рис. 6.14, а представлен вариант размещения элементов при использовании переключателей типа ПКБ, на рис. 6.14, б — типа ПКН-19.

Переключатели типа ПКБ высотой 28 мм разработаны для установки на печатную плату. Использование указанных пере­ключателей для установки в ПУ, как это показано на рис. 6.14, а, позволяет с учетом толщины лицевой панели минимально исполь­зовать внутренний объем пульта. Установка в разъем индикато­ров типа ЗЛС324А или любых других ППИ из-за незначительной глубины (13 мм) также позволяет минимально использовать объемы пульта. Индикаторно-коммутационные элементы, уста­новленные на печатных платах с выводом информации гибкими шлейфными соединениями на общую коммутационную плату пульта, позволяют получить высокие коэффициенты механизации изготовления, монтажа и настройки приборов.



Рис. 6.14. Варианты конструктивного оформления пульта управления с исполь­зованием переключателей типа ПКБ (а) и ПКН-19 (б):

1 — корпус ПУИ; 2 — лицевая панель; 3 — индикаторы (например, типа ЗЛС324Б1 или ЗЛС340А); 4 — разъемы полупроводниковых индикаторов; 5 — печатная плата для уста­новки разъемов ППИ; 6 — светофильтр; 7 — коммутационные элементы ПУИ; 8 — разъемы внешних соединений; 9 — конструктивно-функциональные модули; 10 — ком­мутационная плата межмодульных соединений; 11 — разъемы КФМ и ответные части разъемов коммутационной платы; 12 — гибкие кабели (шлейфовые соединения) от коммутационной платы и коммутационных элементов; 13 — печатная плата, на кото­рую установлены коммутационные элементы; 14 — ячейки индикации


Содержание  Назад  Вперед