Оптоелектронні системи відображення даних на основі дискретно-аналогових інформаційних моделей

,

де , - оператори електрооптичного перетворення відповідно шкального і цифрового подання повідомлень; - оператор, що описує перетворення коду семисегментного індикатора в електричні сигнали керування шкальним індикатором; - оператор аналогово-цифрового перетворення сигналів у код семисегментного індикатора, який реалізується широко розповсюдженими інтегральними мікросхемами типу ICL7107 та їх аналогами.

Завдяки використанню такого підходу розроблено й схемотехнічно апробовано апаратурно мінімізовані з урахуванням наявної серійної елементної бази й оптимізовані за ергономічними характеристиками технічні рішення індикаторних пристроїв, які паралельно синтезують повідомлення в цифровий і адитивній формі на шкальному індикаторі в двотактному режимі.

На основі аналізу особливостей синтезу зображень символів алфавітів ІМ на ЕОП з матричним з'єднанням елементів виявлено функціональні й апаратурні резерви формування достовірного відображення повідомлень. З'ясовано і аналітично підтверджено, що при адитивній формі виводу даних на розглянутий тип індикатора відліковий індекс шкали, який відповідає елементу , збуджується лише у складі однієї підмножини елементів ЕОП один раз за період формування символу . Виходячи із логічних ІМ двотактного та багатотактного синтезу зображень на ДАІ аналітично отримано і проаналізовано описи спотворених символів, що виникають при відмові блоків індикаторних пристроїв, в яких найчастіше з'являються несправності, зокрема, в узлах керування скануванням матриці ЕОП. В тому числі визначено символи, які формуються при відмові зазначених блоків та мають в своєму зображенні елемент , що представлено на рис. 4, де подано вигляд ІП при звичайному робочому режимі пристрою індикації (а) і при наявності типових відмов блоків динамічного формування зображення для випадків збудження матриці елементів ЕОП скануванням по шинах старших (б) і молодших (в) розрядів, а також при двох варіантах двотактного виводу даних (г і д). В результаті запропоновано, апробовано і реалізовано в апаратурному рішенні метод одержання достовірного динамічного дискретно-аналогового подання інформації, який забезпечує формування зображень, що можуть бути безпомилково розшифровані оператором при відмові блоків індикаторного пристрою з низькою надійністю. Метод полягає в тому, що при відображенні повідомлень із усіх підмножин елементів ДАІ, які приймають участь у формуванні зображення у відповідний такт, визначається та, до якої входить елемент . Далі, при роботі ШІП постійно контролюється стан вузлів, що використовуються при скануванні матриці ЕОП, і, в разі відмови одного з них, примусово на шкалі збуджується визначена підмножина елементів, в тому числі і . Показано, що схемотехнічна реалізація методу винятково проста, особливо у випадку, коли контролюється робота одного з найбільш вразливих вузлів - тактового генератора, який забезпечує динамічне формування зображення на шкалі. Запропоновано й апаратурно втілено структурне рішення, в якому уведення до складу ШІП елемента затримки та логічного елемента "І" дозволяє суттєво збільшити достовірність динамічного шкального відображення повідомлень.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розглянуто та проаналізовано апаратурні принципи побудови пристроїв дискретно-аналогового виводу інформації на індикатор, елементи якого з'єднані двовимірною матрицею. Показано можливість варіювання кількості шин в її ортогональних групах при збереженні на необхідному рівні довжини алфавіту повідомлень і незмінних принципах побудови та функціональної структури технічного рішення. На цій основі розроблено, аналітично обґрунтовано і апробовано метод неструктурної мінімізації ШІП за рахунок вибору оптимального співвідношення числа шин в ортогональних групах матриці елементів його ЕОП. Математично доведено, що для мінімізації пристрою в цілому це співвідношення повинно бути зворотно пропорційним відношенню узагальненої вартості схеми керування однією шиною групи.

Запропоновано, аналітично обґрунтовано й апробовано методику оцінки, оптимізації та вибору апаратурних рішень оптоелектронних СВІ на основі їх енергетичної ефективності. Показано, що зіставлення та вибір ІМ і їх технічних реалізацій доцільно виконувати на основі відношення потужностей , необхідних для створення електричних сигналів керування ЕОП з використанням моделей, що аналізуються. Ця методика дозволяє порівнювати довільні пари моделей. В такий спосіб зіставлено дві ІМ двотактного формування дискретно-аналогового відображення даних. Для цього отримано як відношення енергоспоживання для реалізації ІМ із розбиттям елементів на підмножини по молодшим розрядам до витрат енергії в ПШІ на основі моделі з розбиттям елементів на підмножини по старшим розрядам. Результати розрахунків наведені на рис. 5, де показано залежність від відносного значення символів, що формуються на ЕОП, виконаних на базі матриць СВД розміром (крива 1) та (крива 2). Видно, що в нижній частині шкали, де , для більшості символів. В той же час у верхній половині шкали при маємо для переважної більшості сформованих повідомлень. При цьому такий результат практично не залежить від розміру двовимірної матриці елементів індикатора. В такий спосіб показано, що перший варіант ІМ (із розбиттям елементів ЕОП на підмножини по молодшим розрядам) більш ефективний при формуванні символів в нижній половині шкали, а другий (із розбиттям елементів індикатора на підмножини по старшим розрядам) - у верхній. На основі цієї методики представлені практичні рекомендації для вибору варіанта ІМ двотактного синтезу адитивного подання даних на шкалі і для оптимізації схемотехнічних рішень, що забезпечують керування шинами матриці ЕОП.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В шостому розділі розглянуті питання, пов'язані з побудовою оптоелектронних СВІ з використанням індикаторів, які мають лінійне з'єднання елементів.

Проаналізовано і визначено найбільш суттєві фактори, що впливають на вибір лінійного або матричного принципу побудови ДАІ в шкальних оптоелектронних СВІ. На цій базі детально досліджено і аналітично зіставлено широкий спектр технічних рішень із статичним і динамічним формуванням відліку на шкалі за критерієм функціональної складності. Показано, що для найбільш розповсюджених на практиці сполучень функціональних ознак пристроїв відображення інформації та застосованих елементів індикації доцільно використання матричної електричної побудови шкального ЕОП із динамічним збудженням елементів індикатора, якщо їх число перевищує 17...20. У протилежному випадку більш ефективним є статичне керування індикатором з лінійним електричним з'єднанням елементів.

Аналітично описано і схемотехнічно реалізовано на основі логічних функціональних рішень ряд стандартних і оптимізованих структур для керування шкальними індикаторами з елементами, з'єднаними послідовно та з загальним електродом, які забезпечують статичне стандартне позиційне відображення системних повідомлень. Вивчено і зіставлено їх часові та техніко-економічні характеристики. Показано, що при виборі оптимального поєднання виду електричного з'єднання елементів індикатора та типу перетворювача коду, що реалізує формування позиційної ІМ на шкалі, найкращий комплекс параметрів має запропонований оптимізований перетворювач коду та послідовне з'єднання елементів шкали.

Розроблено, аналітично апробовано та технічно реалізовано арифметичну форму моделі перетворення цифрових даних у пристроях відображення повідомлень дискретно-аналогового типу як альтернативу традиційним логічним і множинним підходам при математичному описі функціонування ПВІ. В цьому сенсі запропоновано та використано для аналітичного моделювання обробки цифрових сигналів ступеневе подання відповідної десяткової форми двійкових чисел, що представлені базовими варіантами кодування даних в ШІП: одиничним нормальним та одиничним позиційним кодом. Показано, що перетворювачі повідомлення в перший та другий види коду відповідно реалізують співвідношення та . В результаті аналітично доведено функціональну можливість та простоту взаємної арифметичної трансформації цих кодів, яка описується виразом , а також підтверджено ефективність практичної реалізації формування внутрішніх сигналів ШІП з використанням стандартних арифметичних вузлів або програмним шляхом у випадку побудови СВІ на мікропроцесорних засобах. Така ситуація дозволяє сформувати аналітичну базу для створення нових високоефективних пристроїв візуалізації даних на ДАІ, які відрізняться простотою та мають додаткові функціональні можливості, завдяки чому покращується та спрощується взаємодія оператора з технічними засобами, підвищується універсальність та надійність апаратурних реалізації ШІП.

На основі розглянутого підходу отримано аналітичні вирази для апаратурної реалізації ефективних мінімізованих технічних засобів, які забезпечують оперативну зміну ІМ в СВІ, що в значній мірі оптимізує параметри каналу зв'язку з оператором у залежності від умов експлуатації оптоелектронної ергатичної системи. Показано, що такі цифрові схеми виконують арифметичну обробку сигналів у відповідності до виразу

,

де - універсальний керований двійковий код, - сигнал керування формою шкального відліку на ДАІ, причому, .

Розроблено технічні засоби, які побудовані за цим виразом, базуються на повному багаторозрядному суматорі та забезпечують автоматичну або ручну зміну форми повідомлень на шкалі для оперативної адаптації ергатичних параметрів СВІ до поточних вимог застосування.

Запропоновано й апробовано арифметичну інтерпретацію формування сигналів для керування індикатором, побудованим на основі модулів шкального індикатора, які мають позитивний, або негативний загальний електрод. Аналітично показано, що схема керування ЕОП, яка має входів та виходів і виконує задану функцію, реалізує співвідношення , де , - одиничні нормальні коди чисел для збудження модулів на основі СВД відповідно з загальним катодом та анодом, - код, сформований з усіх одиниць.

На цій основі розроблено та практично застосовано універсальну арифметичну схему керування для шкал на світлодіодних індикаторних елементах із загальним електродом, яка адаптується до полярності підключених модулів ЕОП. Запропоновано технічне рішення, яке побудовано на основі блоку з логічних елементів "ВИКЛЮЧНЕ АБО" ("СУМА ПО МОДУЛЮ ДВА"), підключеного до перетворювача вхідного коду в одиничний нормальний код. Це дозволяє автоматично змінювати полярність сигналів збудження ЕОП відповідно до варіанту його загального електроду. Показано, що така проста цифрова схема забезпечує реалізацію універсальних засобів керування індикаторами, побудованими на різних типах СВД.

Розроблено, математично проаналізовано і функціонально обґрунтовано на основі арифметичної моделі процесу обробки цифрових сигналів в ШІП метод підвищення достовірності статичного дискретно-аналогового відображення повідомлень. Для цього запропоновано поділити множину елементів ІП на дві підмножини з парних та непарних елементів, потім незалежно сформувати сигнали збудження елементів з парним і непарним значенням вагової функції, а також реалізувати незалежне керування виділеними двома групами елементів ІП. Показано, що в результаті використання цього методу досягається підвищення достовірності виводу інформації та розширення функціональних можливостей ШІП за рахунок зменшення похибки індикації в аварійному режимі та сигналізації про виникнення несправності з можливістю діагностики її причини по виду наявного на шкалі зображення візуального символу.

Відповідно до запропонованого методу отримано аналітичні вирази для апаратурної реалізації мінімізованих технічних засобів, які дозволяють підвищити достовірність статичного шкального виводу інформації. З використанням арифметичної інтерпретації обробки цифрових сигналів повідомлень показано, що такі логічні схеми реалізують перетворення вхідного -розрядного коду , розподіленого на дві підмножини сигналів : код молодшого розряду та групу потенціалів старших розрядів - , у вихідний -розрядний двійковий одиничний нормальний код у відповідності до співвідношення

,

де , - -розрядні двійкові одиничні нормальні коди, які призначені для збудження парних та непарних елементів ЕОП.

Запропонований вираз апаратурно реалізовано на основі побудови двох незалежних каналів керування індикаторними елементами з парним та непарним значенням вагової функції. Показано, що технічно ці канали є ідентичними і вдвічі простіші за традиційну реалізацію схеми керування ДАІ з виходами, оскільки вони виконані на основі перетворювачів в одиничний нормальний код із половинною кількістю вихідних сигналів - . Перше додавання реалізовано комутаційною структурою і не потребує логічних схем. Друге додавання об'єднує незалежні канали і виконано на основі -розрядного блоку додавання, логічних елементів І та ЗАБОРОНА. Визначено, що практично в 50% випадків відмови одного з перетворювачів або схеми сполучення каналів досягається безпомилкова інтерпретація візуальних образів повідомлень, а в інших випадках похибка розшифровки не перевищує одиниці дискретності шкали. Аналітично оцінено середній час наробки на відмову такої цифрової схеми керування ЕОП, який збільшився в 5...7 разів у порівнянні з традиційними рішеннями. При цьому оператор ергатичної системи буде проінформований про наявну несправність ШІП завдяки зміні форми візуального символу, який з'являється на ДАІ.

ВИСНОВКИ

У дисертації теоретично узагальнена і розв'язана науково-прикладна проблема, яка має важливе значення в галузі технічних наук і полягає в створенні високоефективних оптоелектронних систем для надійного і достовірного відображення актуальної інформації при жорстких обмеженнях часу на її сприйняття та розшифровку в складних умовах експлуатації технічних засобів керування мобільними об'єктами та технологічними процесами.

На основі системного підходу до побудови шкальних індикаторних пристроїв у роботі визначені та вивчені їх основні функціональні елементи, що відповідають за формування всього комплексу експлуатаційних характеристик. Узагальнення результатів проведених теоретичних і експериментальних досліджень, а також конструкторсько-технологічних розробок, дозволило виявити ряд нових ефектів і одержати досить повну та різнобічну інформацію про ергономічні та техніко-економічні параметри оптоелектронних індикаторних систем на основі дискретно-аналогових інформаційних моделей. На цій базі сформовані критерії, запропоновані й апробовані нові шляхи та методи практичної реалізації універсальних швидкодіючих оптоелектронних систем з високою надійністю, які використовують нові інформаційні моделі. Запропоновані семіотичні, логічні та функціональні моделі дозволили провести комплексні дослідження та виявити критичні з точки зору надійності, економічності та рівня ергономічних характеристик структурні елементи та процеси обробки інформації в розглянутих оптоелектронних системах відображення інформації. Системний підхід став основою для формування цілісної картини резервів підвищення рівня всього комплексу параметрів візуального каналу передачі повідомлень оператору ергатичної системи та реалізувати їх, починаючи від оптимізації елементної бази індикатору і закінчуючи алгоритмами функціонування й апаратурною реалізацією мінімізованих схемотехнічних рішень з високою надійністю, стабільністю й економічністю.

Найбільш істотні наукові та практичні результати дисертаційної роботи полягають у наступному.

1. Проаналізовано взаємодію функціональних елементів системи відображення даних на основі дискретно-аналогових інформаційних моделей як між собою, так і з зовнішнім середовищем, що визначило доцільність вивчення та моделювання шкальних індикаторних пристроїв на трьох рівнях системного подання та послужило основою для одержання і практичного застосування структурних матриць відповідних систем. Обґрунтована роль інформаційної моделі в ергатичній системі та показано, що вона є основою технічної реалізації шкального відображення даних і визначає весь комплекс параметрів пристроїв з її використанням.

2. Вивчено принципи формування візуальних образів для передачі системних повідомлень оператору, показано та математично підтверджено різну інформаційну природу шкального та знакового відображення даних, що визначає ергономічні переваги дискретно-аналогових індикаторів у порівнянні з цифровими.

3. Сформовано й апробовано аналітичні моделі візуальних символів, які застосовуються в алфавітах шкальних індикаторів, введено та використано для класифікації вагову функцію візуального образу, що дозволило розділити моделі на чотири групи, отримано та практично застосовано їх операторні подання, проведено імітаційні експериментальні дослідження сприйняття системних повідомлень в адитивній і позиційній формі, та на цій основі проведено комплексний аналіз основних властивостей усіх груп моделей, представлено й обґрунтовано принципи найбільш ефективного їх використання в ергатичних системах.

4. Запропоновано та практично застосовано методи побудови семіотичних інформаційних моделей і відповідних логічних моделей, детально описано та теоретично проаналізовано процес синтезу зображень символів різних форм адитивного та позиційного шкального подання повідомлень на інформаційному полі як з лінійним, так і з матричним електричним з'єднанням елементів. Розроблено, апробовано та використано для аналізу логічних інформаційних моделей геометричну інтерпретацію синтезу візуальних образів на шкалі, що дозволило сформувати та реалізувати в аналітичних описах і цифрових схемах повну групу двотактних і багатотактних логіко-часових моделей.

5. Розроблено, аналітично представлено та практично реалізовано множинні, матричні та логіко-часові варіанти математичної інтерпретації збудження шкального індикатору в процесі формування фрагментів зображень символів відповідних алфавітів при апаратурному синтезі різних типів логічних інформаційних моделей адитивного та позиційного відображення повідомлень у статичному та динамічному режимах, що дозволило сформувати практично значиму аналітичну базу для оптимізації апаратурних рішень із використанням багаторівневого системного підходу.

6. Розглянуто та визначено концептуальну роль і функціональне місце дискретно-аналогового індикатора та його інформаційного поля в ергатичній системі, обґрунтовано нерозривний зв'язок побудови індикатору з інформаційною моделлю, що використовується, й її системною апаратурною реалізацією з урахуванням комплексу обмежень, які породжені необхідністю узгодження фізіологічних можливостей оператора з технічними характеристиками індикаторних пристроїв. У результаті запропоновано, математично промодельовано та реалізовано в практичному конструюванні засобів відображення повідомлень принципи функціональної й електричної побудови інформаційного поля шкали, які використовують подання перетворення даних оптоелектронним індикатором у вигляді логічних функцій, що відповідають типу його елементів, а здіснення збудження електрооптичного перетворювача - на основі векторного добутку сигналів керування шинами рядків і стовпців матриці випромінювачів. Створено й апробовано нові топології інформаційних полів, а на їх базі розроблено та впроваджено варіанти конструкції модулів шкального індикатора для формування адитивно-контурного подання інформації, які забезпечують якісно новий рівень ергономічних і функціональних параметрів оптичного каналу передачі даних оператору ергатичної системи.

7. На основі аналізу семіотичних і логічних інформаційних моделей і співставлення їх технічних реалізації визначено найбільш істотні фактори, що впливають на вибір лінійного або матричного принципу побудови дискретно-аналогового індикатору, детально проаналізовано та досліджено широкий спектр статичних і динамічних технічних рішень за критерієм функціональної складності, визначено границю доцільності використання індикатора з матричним з'єднанням елементів при динамічному керуванні шкалою. Розроблено, математично апробовано та технічно реалізовано арифметичну інтерпретацію перетворення цифрових даних у
системі відображення інформації шкального типу як альтернативу традиційним логічним і множинним підходам до аналітичного опису функціонування та побудови пристроїв візуального виводу повідомлень.

8. Запропоновано, аналітично обґрунтовано та технічно апробовано метод неструктурної оптимізації дискретно-аналогових індикаторних пристроїв шляхом оптимізації співвідношення числа шин в ортогональних групах матриці елементів їх електрооптичних перетворювачів. Розроблено, математично обґрунтовано та практично реалізовано методику оцінки й оптимізації апаратурних рішень шкальних індикаторів на основі їх енергетичної ефективності, показано, що зіставлення та вибір інформаційних моделей і їх технічних реалізацій треба робити на основі співвідношення потужностей, які необхідні для створення електричних сигналів керування випромінювачами шкали.

9. Розроблено, оптимізовано, апробовано у виробничих умовах і захищено патентами України та свідоцтвами про авторське право ряд ефективних рішень із високим рівнем технічних параметрів, серед яких:

мінімізовані пристрої, що забезпечують формування надійної позиційної та адитивної інформаційної моделі з використанням статичного та різних варіантів динамічного синтезу зображення на шкалі;

апаратурні реалізації ефективних алгоритмів цифрової обробки сигналів і створені на цій основі оптимізовані за елементною базою, що використовується, та ергономічними характеристиками технічні рішення індикаторних пристроїв, які паралельно синтезують візуальні повідомлення в цифровій і адитивній формі;

багатофункціональні модулі шкального індикатору, які дозволяють досягти якісно нового рівня ергономічних параметрів оптоелектронних систем відображення даних;

технічні рішення, що реалізують методи одержання достовірного статичного та динамічного дискретно-аналогового подання інформації при відмові блоків індикаторного пристрою і синтезують зображення, що безпомилково визначаються і розшифровуються оператором;

функціональні рішення на основі арифметичних моделей обробки сигналів, а саме: універсальна цифрова схема, яка забезпечує керування модулями шкального індикатору з позитивним і негативним загальним електродом, а також структура, що оперативно змінює форму подання інформації на шкалі;

програмний комплекс імітаційного моделювання шкальних індикаторів на основі комп'ютерної техніки, який дозволяє досягти високого рівня достовірності оцінки ергономічних параметрів пристроїв відображення інформації;

пристрої, які забезпечують створення високоточних засобів контролю параметрів оптичного випромінювання та вимірювання температури перегріву активної області напівпровідникових світловипромінюючих елементів індикатора.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бушма А. В., Олексенко П. Ф., Сукач Г. А. Моделирование позиционного дискретно-аналогового представления информации // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2001. - Вып. 36. - С. 45 - 48.

2. Bushma A. V., Sukach G. A. Static realization of reliable positional indication // Semiconductor physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. - 2002. - Vol. 5, № 1. - P. 119 - 123.

3. Метрологическое обеспечение измерителей потока энергии оптического излучения / Г. А. Сукач, П. С. Смертенко, П. Ф. Олексенко, А. В. Бушма, А. В. Марьенко // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2002. - Вып. 37. - С. 55 - 60.

4. Bushma A. V., Sypko N. I. Model of dynamic indication in the bar graph form // Semiconductor physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. - 2002. - Vol. 5, № 2. - P. 193 - 196.

5. Бушма А. В., Сукач Г. А. Светодиодная позиционная шкала - высокоэффективное средство представления информации в измерительной технике // Измерительная техника. - 2002. - № 5. - С. 29 - 32.

6. Бушма А. В., Сукач Г. А. Анализ и оптимизация интегрированных оптоэлектронных устройств вывода информации дискретно-аналогового типа // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 2002. - Т. 45, № 7 - 8, [ч. 1]. - С. 30 - 37.

7. Bushma A. V., Sukach G. A., Mischenko L. A. Control circuits for LED positional indicator // Semiconductor physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. - 2002. - Vol. 5, № 4. - P. 442 - 448.

8. Бушма А. В., Сукач Г. А. Формирование аддитивного шкального представления информации на многоэлементном светодиодном индикаторе измерительного прибора // Измерительная техника. - 2003. - № 1. - С. 16 - 19.

9. Бушма А. В., Сукач Г. А., Беляков C. В. Информационное представление шкальных индикаторных устройств // Нові Технології. - 2003. - № 1 (2). - С. 12 - 15.

10. Бушма А. В. Информационная избыточность форм визуализации данных как средство повышения надежности радиоэлектронной аппаратуры // Изв. вузов. Радиоэлектроника.- 2003. - Т. 46, № 1- 2, [ч. 2]. - С. 8 - 15.

11. Бушма А. В. Повышение достоверности двухтактного дискретно-аналогового вывода данных аппаратурными средствами // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2003. - Вып. 38. - С. 236 - 242.

12. Бушма А. В., Сукач Г. А. Оптимизация динамического дискретно-аналогового представления данных // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 2003. - Т. 46, № 7 - 8, [ч. 1]. - С. 66 - 72.

13. Бушма А. В. Моделирование процесса возбуждения светодиодных матриц // Изв. вузов. Приборостроение. - 2003. - Т. 46, № 10. - С. 40 - 44.

14. Сукач Г. О., Бушма О. В., Гаврилюк О. М., Оліференко Д. О. Визначення температури перегріву активної області напівпровідникових випромінювачів із потенціальними бар'єрами // Фізика і хімія твердого тіла. - 2004. - Т. 5, № 1. - С. 16 - 25.

15. Бушма А. В., Сукач Г. А., Гаврилюк Ю. М. Оценка надежности оптоэлектронных систем с многоэлементными светодиодными шкальными индикаторами // Нові Технології. - 2004. - №3 (6). - С. 20 - 28.

16. Бушма А. В., Сукач Г. А. Динамическая реализация надежной позиционной индикации // Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. - 2004. - № 11. - С. 19 - 24.

17. Бушма А. В., Кривуца В. Г., Сукач Г. А. Неструктурная оптимизация устройств шкального представления информации с высокой дискретностью // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 2005. - Т. 48, № 1 - 2, [ч. 1]. - С. 49 - 56.

18. Бушма А. В., Ярцев В. П. Оценка эргономических характеристик шкальных индикаторов с различными формами представления информации // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2005. - № 1. - С. 56 - 63.

19. Бушма А. В. Метод достоверного динамического дискретно-аналогового представления информации // Изв. вузов. Приборостроение. - 2005. - Т. 48, № 3. - С. 6 - 12.

20. Бушма А. В., Сукач Г. А. Построение устройств с комбинированной индикацией для информационно-измерительных систем // Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. - 2005. - № 4. - С. 20 - 25.

21. Бушма А. В., Сукач Г. А. Оптимизация энергопотребления светодиодных шкальных индикаторных устройств // Измерительная техника. - 2005. - № 6. - С. 42 - 46.

22. Бушма А. В., Сукач Г. А. О возможных вариантах формирования двухтактного дискретно-аналогового представления информации // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 2006. - Т. 49, № 1 - 2, [ч. 2]. - С. 17 - 27.

23. Бушма А. В. Логическое представление элементов информационного поля устройства вывода данных // Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. - 2006. - № 2. - С. 21 - 23.

24. Сукач Г. О., Кідалов В. В., Бушма О. В. Досягнення та перспективи розвитку електроніки засобів зв'язку на основі нітридних сполук елементів ІІІ групи // Технічна електродинаміка. - 2006. - Ч. 7. - С. 93 - 98.

25. Бушма А. В. Затраты энергии на индикацию как критерий выбора принципов построения шкальных устройств вывода информации // Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. - 2006. - № 3. - С. 14 - 18.

26. Бушма А. В., Сукач Г. А., Ярцев В. П. Имитационное моделирование информационных полей устройств отображения данных в дисциплине “Создание и обработка баз данных на ПЭВМ” // Вісник ДУІКТ. - 2006. - Т. 4, № 1. - С. 53 - 60.

27. Бушма А. В., Сукач Г. А., Ярцев В. П. Компьютерное имитационное моделирование шкального представления информации // Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. - 2006. - № 9. - С. 16 - 21.

28. Пат. 55341 України, МПК H 01 L 33/00. Напівпровідниковий дискретно-аналоговий індикатор (його варіанти) / О. В. Бушма, І. Т. Рассохін, М. І. Сипко. - Опубл. 17.03.03. - Бюл. № 3. - 2003.

29. Пат. 55343 України, МПК G 01 R 13/00. Пристрій для відображення вимірювальної інформації / О. В. Бушма, І. Д. Кушнєров, П. Ф. Олексенко, М. І. Сипко В. В. Беккер. - Опубл. 17.03.2003. - Бюл. № 3. - 2003.

30. Пат. 55344 України, МПК G 01 R 13/00. Пристрій керування дискретно-аналоговим індикатором / О. В. Бушма, В. В. Беккер, В. М. Бухнаєв, І. П. Грінберг, П. Ф. Олексенко, М. І. Сипко. - Опубл. 17.03.2003. - Бюл. № 3. - 2003.

31. Пат. 55345 України, МПК G 01 R 19/00. Пристрій індикації вимірювального приладу / О. В. Бушма, І. П. Грінберг, М. І. Сипко, Г. Д. Хомяков, В. І. Новосьолов. - Опубл. 17.03.2003. - Бюл. № 3. - 2003.

32. Пат. 64042 України, МПК G 01 R 13/00. Пристрій візуального контролю значення електричної величини / О. В. Бушма, І. П. Грінберг, С. В. Свєчніков, М. І. Сипко. - Опубл. 16.02.2004. - Бюл. № 2. - 2004.

33. Пат. 64043 України, МПК G 01 G 09/00. Оптоелектронний пристрій для функціонального перетворення сигналів / О. В. Бушма, І. П. Грінберг, В. М. Недоступ, С. В. Свєчніков, М. І. Сипко. - Опубл. 16.02.2004. - Бюл. № 2. - 2004.

34. Пат. 68470 України, МПК G 01 G 13/00. Пристрій для виводу інформації / О. В. Бушма, І. П. Грінберг, І. Д. Кушнєров, С. В. Свєчніков, М. І. Сипко. -Опубл. 16.08.2004. - Бюл. № 8. - 2004.

35. Пат. 75313 України, МПК G 01 R 13/00. Пристрій для керування світловою шкалою / О. В. Бушма, І. Д. Кушнєров, М. І. Сипко, В. П. Сушков, В. С. Абрамов, О. Р. Абдуллаєв. - Опубл. 15.03.2006. - Бюл. № 3. - 2006.

36. Пат. 75861 України, МПК G 09 G 3/00. Пристрій для керування дискретно-аналоговим індикатором / О. В. Бушма, І. Д. Кушнєров, С. В. Свєчніков, М. І. Сипко, В. П. Сушков, В. С. Абрамов. - Опубл. 15.05.2006 - Бюл. № 5 - 2006.

37. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 12836. Комп'ютерна програма "Візуальний імітатор шкальних індикаторів ЕРГО-1" / О. В. Бушма, Г. О. Сукач, В. П. Ярцев, В. О. Яскевич. - Опубл. 18.04.2005. - Бюл. № 4. - 2005.

38. Personal UV dosimeter and illuminant indicator on solar batteries / Yu. N. Bobrenko, A. V. Bushma, K. V. Kolezhuk, V. N. Komashchenko, M. M. Lokshin, A. S. Maystrenko, S. Yu. Pavelets, A. V. Prokhorovich // International Workshop "Results of Fundamental Research for Investments" (IWRFRI ' 2001). Renewable energy. Abstracts. May 28 - 30, 2001, St. Petersburg, Russia. - SPbSTU Publishers. - 2001. - P. 138.

39. Бушма А. В. Моделирование динамических процессов в многоэлементных дискретно-аналоговых индикаторах на основе эпитаксиальных пленок // VIII Міжнар. конф. з фізики і технології тонких плівок (МКФТТП-VIII). Матеріали конф. - Ів.-Франківськ: Плай. - 2001. - С. 82 - 83.

40. Бушма А. В., Сукач Г. А. Эффективные комбинированные цифро-аналоговые светодиодные индикаторы для измерительных приборов // III Міжнар. шк.-конф. "Сучасні проблеми фізики напівпровідників". Тези доповідей. Дрогобич, Україна, 25 - 30 червня 2001 р. - Дрогобич: Дрогобицький держ. пед. ун-т ім. І. Франка. - 2001. - С. 108.

41. Бушма А. В., Сыпко Н. И. Формализация синтеза динамического шкального представления данных в оптоэлектронных системах вывода информации // Оптоелектронні інформаційні технології "Фотоніка-ОДС 2002". - Збірник тез доповідей другої міжнар. наук.-техн. конф. Вінниця, 23 - 25 квітня 2002 р. - Вінниця: "Універсум-Вінниця". - 2002. - С. 87.

42. Bushma A. V., Sukach G. A. Modeling of visual positional data representation for ergatic systems // The 3rd International Conference "Advanced Optical Materials and Devices". AOMD-3 2002. August 19 - 22, 2002, Riga, Latvia. Programme and Abstracts. - Riga: University of Latvia. - 2002. - P. 76.

43. Bushma A. V., Oleksenko P. F., Sypko N. I. Reliability Improvement for Positional Indication in Bar Graph Displays // X1 International Symposium'2002. "Advanced Display Technologies". (ADT-2002). September 8 - 12, 2002, Crimea, Ukraine. - Kyiv: SID Ukrainian chapter. - 2002. - P. 43.

44. Фізико-математичне моделювання та розрахунок товщини шару, відповідального за формування фотоефектів в сучасних напівпровідникових приладах / Г. О. Сукач, П. Ф. Олексенко, А. В. Бушма, С. М. Білоусов // 1-a Українська наук. конф. з фізики напівпровідників УНКФН-1 (з міжнар. участю). - Тези доповідей. Україна, Одеса, 10 - 14 вересня 2002 р. - Одеса: Астропринт. - 2002. - Т. 2. - С. 214.

45. Bushma A. V., Sukach G. A. Positional representation of visual data // Advanced Optical Devices, Technologies and Medical Applications. - Proc. of SPIE. - 2003. - Vol. 5123. - P. 355 - 361.

46. Бушма А. В. Моделирование сканирования матрицы дискретно-аналогового индикатора на основе эпитаксиальных пленок // Фізика і технологія тонких плівок (МКФТТП-IX). Матеріали міжнар. конф. МКФТТП-IХ. 19 - 24 травня 2003 р., Ів.-Франківськ, Україна. - Ів.-Франківськ: Місто НВ. - 2003. - Т. 1. - С. 78.

47. Бушма А. В., Сыпко Н. И. Интегральная реализация надежного позиционного представления информации на шкальном индикаторе // Фізика і технологія тонких плівок (МКФТТП-IX). Матеріали міжнар. конф. МКФТТП-IХ. 19 - 24 травня 2003 р., Ів.-Франківськ, Україна. - Ів.-Франківськ: Місто НВ. - 2003. - Т. 2. - С. 107 - 108.

48. Бушма А. В. Динамическое формирование шкального представления информации на матрице полупроводниковых излучателей // I наук.-техн. конф. з міжнар. участю "Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології" (МЕТІТ-1). Тези доповідей. 14 - 17 квітня 2004 р., Кременчук, Україна. - Кременчук: ІЕНТ. - 2004. - С. 15 - 17 .

49. Бушма А. В., Сукач Г. А. Дискретно-аналоговое представление информации с двухтактным возбуждением индикатора // Труды Пятой междунар. науч.-практ. конф. "Современные информационные и электронные технологии" (СИЭТ-2004), 17 - 21 мая 2004 г., Одесса, Украина. - Одесса: Негоциант. - 2004. - С. 51.

50. Some Aspects of Hard Measurement Assurance of Electro-Magnetic Irradiation Converters / G. O. Sukach, P. S. Smertenko, A. V. Bushma, Yu. V. Zarkov, L. P. Pochekaylova // Proc. of 10th International IMEKO TC7 Symposium "Advances of Measurement Science" (AMS'04), June 30 - July 2, 2004, St.-Petersburg, Russia. - 2004. - Vol. 1. - P. 164 - 165.

51. Бушма А. В., Сукач Г. А. Метод аппаратурной минимизации средств дискретно-аналогового представления информации // Информационные технологии и информационная безопасность в науке, технике и образовании "ИНФОТЕХ-2004". Материалы междунар. научн.-практ. конф., 20 - 25 сентября 2004 г., Севастополь, Украина. - Киев-Севастополь: НТО РЭС Украины. - 2004. - С.38 - 39.

52. Бушма А. В., Ярцев В. П. Имитационное моделирование информационных полей устройств отображения данных в дисциплине "Создание и обработка баз данных на ПЭВМ" // Міжнар. наук.-метод. конф. "Актуальні проблеми розвитку інформаційно-комунікаційних технологій навчання у напрямку інтеграції вищої освіти України до єдиного Європейського освітнього простору". Тези. 21 - 22 жовтня 2004 р., Київ, Україна. - К.: ДУІКТ. - 2004. - С. 38 - 39.

53. Бушма А. В. Статическое формирование надежного позиционного представления информации в оптоэлектронных системах // Оптоелектронні інформаційні технології "ФОТОНІКА-ОДС 2005". Збірник тез доповідей третьої міжнар. наук.-техн. конф., 27 - 28 квітня 2005 р., Вінниця, Україна. - Вінниця: Універсум-Вінниця. - 2005. - С. 69 - 70.

54. Бушма А. В., Сукач Г. А., Ярцев В. П. Оценка эргономических характеристик шкальных индикаторов с различными формами представления информации // Оптоелектронні інформаційні технології "ФОТОНІКА-ОДС 2005". Збірник тез доповідей третьої міжнар. наук.-техн. конф., 27 - 28 квітня 2005 р., Вінниця, Україна. - Вінниця: Універсум-Вінниця. - 2005. - С. 117 - 118.

55. Бушма А. В. Сопоставление надежности динамических и статических полупроводниковых шкальных индикаторных устройств // Фізика і технологія тонких плівок. Матеріали Ювілейної Х міжнар. конф. МКФТТП-Х. 16 - 21 травня 2005 р., Ів.-Франківськ, Україна.- Ів.-Франківськ: Гостинець. - 2005. - Т. 2. - С. 182 - 183.

56. Бушма А. В., Сукач Г. А. Потребление энергии светодиодными матрицами при выводе информации в дискретно-аналоговой форме // Друга наук.-техн. конф. з міжнар. участю "Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології" (МЕТІТ-2). Тези доповідей. 17 - 19 травня 2006 р., Кременчук, Україна. - Кременчук: КУЕІТУ. - 2006. - С. 74 - 76.

57. Бушма А. В. Информационные характеристики визуальных форм представления данных // Труды Шестой междунар. науч.-практ. конф. "Современные информационные и электронные технологии" (СИЭТ-2005), 23 - 27 мая 2005 г., Одесса, Украина. - Одесса: Негоциант. - 2005. - С. 107.

58. Бушма А. В., Сукач Г. А., Ярцев В. П. Непараметрический анализ эргономических характеристик информационных моделей шкальных индикаторных устройств // Труды Шестой междунар. науч.-практ. конф. "Современные информационные и электронные технологии" (СИЭТ-2005), 23 - 27 мая 2005 г., Одесса, Украина. - Одесса: Негоциант. - 2005. - С. 208.

59. Бушма А. В. Особенности построения статических и динамических шкальных индикаторных устройств // ІІ Міжнар. наук.-техн. конф. "Сучасні інформаційно-комунікаційні технології" (COMINFO ' 2006). Тези доповідей. 8 - 14 жовтня 2006 р., Кацивелі, Крим, Україна. - К.: ДУІКТ. - 2006. - С. 90 - 91.

60. Бушма А. В., Ярцев В. П. Устройства отображения информации на полупроводниковых шкальных индикаторах // ІІ Міжнар. наук.-техн. конф. "Сучасні інформаційно-комунікаційні технології" (COMINFO ' 2006). Тези доповідей. 8 - 14 жовтня 2006 р., Кацивелі, Крим, Україна. - К.: ДУІКТ. - 2006. - С. 92 - 93.

61. Бушма А. В. Аналитическое представление возбуждения светодиодной матрицы // Труды Седьмой междунар. науч.-практ. конф. "Современные информационные и электронные технологии" (СИЭТ-2006), 22 - 26 мая 2006 г., Одесса, Украина. - Одесса: ВМВ. - 2006. - Т. 2. - С. 170.

62. Бушма А. В., Ярцев В. П., Сукач Г. А. Критерии выбора форм информационных моделей шкальных индикаторных устройств // Труды Седьмой междунар. науч.-практ. конф. "Современные информационные и электронные технологии" (СИЭТ-2006), 22 - 26 мая 2006 г., Одесса, Украина. - Одесса: ВМВ. - 2006. - Т. 1. - С. 176.

63. Бушма А. В., Ярцев В. П. Моделирование устройства управления полупроводниковыми шкальными индикаторами средствами MICROCAP-8 // Матеріали ІІІ міжнар. наук.-методичної конф. "Болонський процес: трансформація навчального процесу у технологію навчання", 26 - 27 жовтня 2006 р., Київ, Україна. - К.: ДУІКТ. - 2006. - С. 217 - 219.

АНОТАЦІЯ

Бушма О. В. Оптоелектронні системи відображення даних на основі дискретно-аналогових інформаційних моделей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук зі спеціальності 05.12.20 - оптоелектронні системи. - Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, Київ, 2007.

Дисертація присвячена створенню високоефективних оптоелектронних систем для достовірного і надійного відображення інформації при жорстких обмеженнях часу на її сприйняття та розшифровку. Розроблено теоретичні основи побудови візуального каналу передачі даних оператору в системах відображення повідомлень у дискретно-аналоговій формі на основі запропонованого сімейства семіотичних і логічних інформаційних моделей. Сформовано теоретичні основи апаратурної реалізації виводу даних на шкальний індикатор з використанням створених математичних моделей логічної й арифметичної обробки цифрової інформації. Розроблено та апробовано гаму пристроїв індикації, оптимізованих відповідно до умов експлуатації, та модулі шкали з якісно новим рівнем ергономічних і функціональних параметрів. Запропоновано принципи вибору інформаційної моделі для специфічних умов застосування розглянутих оптоелектронних систем на основі результатів комп'ютерного імітаційного моделювання індикаторних пристроїв із залученням групи операторів. Розроблено та застосовано практичні рекомендації для комплексної оптимізації шкальних засобів візуалізації з використанням запропонованих методів структурної та параметричної мінімізації. Створено методи та пристрої виводу даних, які у випадку відмови блоків забезпечують безпомилкову розшифровку системних повідомлень оператором.

Ключові слова: інформаційна модель, інформаційне поле, шкальний індикатор, цифровий індикатор, моделювання, оптимізація, формування зображення, двовимірна матриця, схемотехніка, логічний елемент.

Бушма А. В. Оптоэлектронные системы отображения данных на основе дискретно-аналоговых информационных моделей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.12.20 - оптоэлектронные системы. - Государственный университет информационно-коммуникационных технологий, Киев, 2007.

Диссертация посвящена созданию высокоэффективных оптоэлектронных систем для достоверного и надежного отображения информации при жестких ограничениях времени на ее восприятие и расшифровку. С системной точки зрения проанализировано построение средств вывода информации в дискретно-аналоговой форме. Определены элементы и функциональные связи, которые оказывают существенное влияние на повышение уровня технико-экономических и эргономических параметров шкальных устройств визуализации.

Классифицированы и проанализированы системные ограничения, которые определяют уровень эргономических параметров средств визуального вывода данных на основе дискретно-аналоговых информационных моделей и требуют согласования физиологических возможностей оператора с техническими характеристиками устройств отображение сообщений. Установлено и численно подтверждено, что с ростом длины алфавита, избыточность шкальных моделей увеличивается, а знаковых - уменьшается, что отражает их различную природу и определяет целесообразность преимущественного использования дискретно-аналогового представления информации для повышения надежности оптоэлектронных систем в критических условиях эксплуатации.

Предложено для классификации информационных моделей использовать весовую функцию возбуждаемого на шкале визуального образа, и на этой основе сформированы четыре группы семиотических информационных моделей, которые реализуют шкальное представление сообщений и используют позиционное, аддитивное, специализированное и комбинированное визуальное кодирования данных. Разработаны и проанализированы новые специализированные позиционно-аддитивная и аддитивно-контурная информационные модели. Разработан, апробирован и использован для проведения исследований информационных моделей программный комплекс имитационного моделирования шкальных индикаторов, который включает компьютерную программу, а также специализированную базу данных, и обеспечивает сбор, накопление и эффективную обработку результатов эксперимента. Разработаны практические рекомендации по эффективному применению рассмотренных групп моделей.

Представлены результаты изучения дискретно-аналогового индикатора как системного средства для реализации информационной модели. Установлены логические функции, которые проявляются при возбуждении элементов индикатора. Показано, что формирование изображения при матричном электрическом соединении элементов информационного поля может быть аналитически описано на основе векторного произведения сигналов управления шинами строк и столбцов матрицы.

Предложена топология, разработана конструкция и исследован ряд вариантов построения шкального индикатора для формирования аддитивно-контурного представления информации. Показана его энергетическая эффективность и высокий уровень эргономических параметров.

Предложена, апробирована и применена для анализа информационных моделей геометрическая интерпретация формирования визуальных образов на дискретно-аналоговом индикаторе. Установлено, что такая форма представления возбуждения шкалы существенным образом упрощает получение аналитических описаний, необходимых для построения моделей функционирования аппаратурных решений. В результате теоретически подтверждено существование уже известной логической информационной модели и найдена новая модель двухтактного формирования аддитивных символов на индикаторе.

Проанализировано многотактное формирование символов аддитивной информационной модели на шкале, элементы которой электрически соединены двумерной матрицей. На этой основе реализованы и использованы в математических описаниях логические модели синтеза символов путем сканирования матрицы элементов по старшим и младшим разрядам. Изучен процесс синтеза изображений символов разных форм позиционного представления информации на шкале с линейным и матричным соединением элементов. Получены и представлены множественные, матричные и логико-временные варианты аналитического описания статического и динамического возбуждения индикатора для формирования символов этих моделей.

Рассмотрены аппаратурные принципы реализации позиционного и аддитивного представления информации на дискретно-аналоговом индикаторе, и на этой основе предложены и апробированы алгоритмы и их аналитические описания, которые решают задачу статического и мультиплексного двухтактного и многотактного синтеза визуальных образов системных сообщений на шкале. Разработаны и реализованы в ряде оптимизированных индикаторных устройств эффективные методы обработки и формирования кодированных сигналов, которые используются для создания изображений на информационном поле с матричной организацией взаимных электрических соединений элементов.

Предложены принципы построения и выполнена схемотехническая апробация минимизированных с учетом имеющейся серийной элементной базы и оптимизированных по эргономическим характеристиками технических решений индикаторных устройств, которые параллельно синтезируют сообщения в цифровом виде на знаковом индикаторе и в аддитивной форме на дискретно-аналоговой шкале в двухтактном режиме.

Разработан, аналитически обоснован и применен на практике метод неструктурной минимизации шкальных устройств отображения данных за счет выбора оптимального соотношения числа шин в ортогональных группах матрицы элементов индикации. Предложена, математически обоснована и апробирована методика оценки, отбора и оптимизации аппаратурных решений оптоэлектронных шкальных индикаторных систем на основе их энергетической эффективности. Представлены практические рекомендации по выбору наилучшего варианта информационной модели для проектируемой системы.

Созданы и аналитически апробированы модели преобразования цифровых данных в арифметической форме как альтернатива традиционным логическим и множественным подходам при математическом описании функционирования устройств отображения информации. С использованием такого подхода получены аналитические выражения и предложены пути аппаратурной реализации эффективных минимизированных технических средств, которые обеспечивают оперативное изменение информационной модели в эргатической системе, что в значительной мере оптимизирует параметры канала связи с оператором в зависимости от текущих условий эксплуатации. Также разработана и практически применена универсальная арифметическая схема управления для шкал на светодиодных индикаторных элементах с общим электродом, которая адаптируется к полярности подключенных модулей электрооптического преобразователя.

Предложены и реализованы методы и соответствующие статические и динамические устройства вывода данных на индикаторы с матричным и линейным соединением элементов, которые при отказе блоков обеспечивают безошибочную расшифровку системных сообщений оператором.

Разработана специализированная аппаратура для контроля функциональных параметров источников излучения, использующихся в оптоэлектронных системах отображения информации.

Ключевые слова: информационная модель, информационное поле, шкальный индикатор, цифровой индикатор, моделирование, оптимизация, формирование изображения, двумерная матрица, схемотехника, логический элемент.

Bushma O. V. Optoelectronic systems for data visualization on the basis of discrete -analogous information models. - Manuscript.