Патент на изобретение №2172977
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ВИДЕО-ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
(57) Реферат: Изобретения относятся к устройствам ввода информации в компьютерные системы обработки информации и могут быть использованы для дистанционного контроля, диагностики состояния и управления различными объектами, в том числе транспортными объектами, технологическими и производственными процессами. Техническим результатом является одновременное достижение высокой информативности, оперативности, наглядности и адекватности процесса управления. Устройство содержит дисплей, контроллер дисплея, органы управления, контроллер органов управления, управляющую ЭВМ. В первом варианте изобретения для обмена сигналами с органами управления используются прозрачные токопроводящие слои, расположенные между органами управления и экраном дисплея. Во втором варианте изобретения органы управления расположены на поверхности экрана дисплея и снабжены приемопередатчиками и внутренними источниками питания. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил. Изобретения относятся к устройствам ввода информации в компьютерные системы обработки информации и могут найти широкое применение для дистанционного контроля, диагностики состояния и управления различными объектами, в том числе транспортными объектами, технологическими и производственными процессами, бытовыми электроприборами, компьютерными системами, рекламными и зрелищными объектами и т.п. В известных системах автоматизированного управления широко используются панели управления, оснащенные органами управления различных типов, включая кнопки, регуляторы, переключатели, рычаги, джойстики, трекболы и другие органы управления с различным числом степеней свободы и траекториями движения. Большое разнообразие типов органов управления позволяет добиться высокой адекватности процесса управления, при котором управляющее воздействие на орган управления соответствует воздействию на объект управления. Для контроля состояния объекта управления на панелях управления также размещают различные средства индикации. С целью повышения наглядности процесса управления в известных технических решениях используют фальшпанели, на которых наносят рисунок схематичного изображения объекта управления и размещают средства индикации и органы управления в тех областях рисунка, которые соответствуют их функциональному назначению. При этом достигается высокая степень наглядности, но ограниченность средств индикации и статичность топологии рисунка, нанесенного на фальш-панель, не позволяют добиться высокой информативности процесса управления, при котором оператор получает оптимальный объем необходимой для управления информации в нужный момент времени. С целью повышения информативности, особенно при управлении сложными процессами в реальном масштабе времени, пульты управления оснащают полнофункциональными цветными графическими дисплеями, подключенными к ЭВМ, но при этом оператору приходится одновременно контролировать оперативную информацию, отображаемую на экране дисплея, и органы управления, размещенные на панели управления, что снижает оперативность процесса управления за счет затрат времени оператора на переключение внимания. Для повышения оперативности процесса управления в известных технических решениях сближают области отображения информации с зоной расположения органов управления. Частично такая цель достигается за счет размещения органов управления в непосредственной близости от экрана дисплея, по его периметру. При использовании маленьких дисплеев расстояние между органами управления и изображением небольшое, поэтому достигаемая при этом оперативность высокая, но информативность низкая, так как на маленьком дисплее можно отобразить небольшое количество информации. При использовании больших дисплеев возможно получение достаточно большой информативности, но оперативность при этом снижается, так как расстояние между областью информации и зоной органов управления увеличивается. При этом размещение органов управления по периметру дисплея также не позволяет добиться высокой наглядности процесса управления. Наибольшие оперативность, информативность и наглядность достигаются при использовании сенсорных дисплеев, которые позволяют совместить в одной зоне и оперативную информацию, и органы управления. В этом случае органы управления являются фрагментами изображения на экране дисплея. При этом достигается максимум наглядности процесса управления, так как виртуальные органы управления располагаются точно в тех местах изображения, которые соответствуют их функциональному назначению, а схематичное изображение объекта управления может быть выполнено очень наглядно за счет использования средств компьютерной графики. Например, такая панель описана в международной заявке WO 94/22069, кл. G 06 F 3/033, опубл. 29.09.1994. Но при этом эти виртуальные органы управления сенсорного дисплея воспринимают только один тип управляющего воздействия – нажатие на экран. Это ограничение существенно снижает адекватность управления, так как нажатие часто не соответствует типу воздействия на объект управления. Известна сенсорная видеопанель управления, представленная в описании к патенту США N 4725694, кл. G 08 С 21/00, опубл. 16.02.1988, содержащая дисплей, подключенный к управляющей ЭВМ, снабженный сенсорными областями, предназначенными для введения информации в обрабатывающую систему. Недостатком известной панели является то, что органы управления данной видеопанели воспринимают только один тип внешнего воздействия – нажатие. В заявке на патент DE N 4017897, кл. H 02 В 15/00, опубл. 21.01.1991 г., описывается принцип расположения органов управления при управлении компонентами транспортного средства, согласно которому в непосредственной близости от окон, формируемых на экране дисплея, размещаются органы управления для регулирования функции, указываемой в соответствующем окне. К недостатку этого решения следует отнести то, что органы управления не могут размещаться по всей площади экрана. В известном пульте дистанционного управления по патенту РФ N 2127019, кл. H 03 К 17/94, опубл. 27.02.1999 г. электромеханический регулятор, предназначенный для управления исполнительными устройствами, расположен рядом с экраном дисплея. К недостатку этого решения также следует отнести то, что органы управления не могут размещаться на экране дисплея. Наиболее близким к предлагаемым изобретениям является устройство, относящееся к сенсорным средствам дистанционного управления, описанное в патенте США N 5450079, кл. H 03 К 17/94, опубл. 12.09.95 г., содержащее программированный микропроцессор, контроллер дисплея, экран дисплея, предназначенный для отображения обрабатываемой информации, механические коммутационные органы управления, примыкающие к экрану дисплея, при этом размещение этих органов управления вдоль периметра экрана дисплея производится в зависимости от расположения на этом экране соответствующей области отображаемой на экране информации, а также содержащее передатчик и приемник для связи устройства с управляющей ЭВМ посредством контроллера. И этому устройству присущ вышеуказанный недостаток – органы управления не могут размещаться на экране дисплея. Ожидаемым техническим результатом от использования изобретений является одновременное достижение высокой информативности, оперативности, наглядности и адекватности процесса управления при работе оператора с видеопанелью управления. Поставленная цель достигается тем, что в видеопанели управления используются органы управления без каких-либо ограничений на число типов управляющих воздействий, что обеспечивает высокую адекватность процесса управления. Органы управления размещены в центре областей изображения, сформированных на экране дисплея, что обеспечивает высокую оперативность и наглядность управления, при этом высокая информативность достигается за счет того, что появляется возможность использования полнофункциональных цветных графических дисплеев любого размера. Также следует отметить такое качество заявляемых изобретений, как компактность выполнения, низкую энергоемкость и простоту при обслуживании этих изобретений. К преимуществам предлагаемых изобретений следует отнести и то, что благодаря размещению органов управления в центре областей изображения, сформированных на экране дисплея, информация, относящаяся к органам управления, как то: надписи, шкалы, диапазоны и др. может формироваться динамически программным путем, что позволяет быстро менять эти надписи, масштабы этих шкал и диапазонов в процессе работы. Также появляется возможность динамически менять функциональное назначение органов управления, при этом один и тот же орган управления может по очереди выполнять разные функции, что позволит сократить число органов управления и соответственно уменьшить размеры и энергопотребление системы управления, т.е. позволит без каких-либо потерь упростить систему управления. Еще одним преимуществом предлагаемых изобретений является возможность осуществления процесса управления с высокой точностью за счет динамического изменения масштабов и диапазонов шкал регулируемых органами управления параметров. Для достижения указанного технического результата согласно первому варианту изобретения видеопанель управления содержит дисплей, контроллер дисплея, N органов управления и управляющую ЭВМ, соединенную двусторонними связями с контроллером дисплея, контроллер дисплея соединен двусторонней связью с дисплеем, предназначенным для отображения информации о состоянии органов управления и объектов управления. Управляющая ЭВМ выполнена, в соответствии с занесенной в ее память программой, с возможностью получения сигналов о состоянии объектов управления и органов управления, формирования на экране дисплея изображения с информацией о состоянии объектов управления и органов управления, и формирования управляющих сигналов для объектов управления в ответ на сигналы, сформированные органами управления. В изобретении каждый орган управления содержит устройство ввода, которое предназначено для приема входного воздействия от оператора, и соединенный с устройством ввода преобразователь входного воздействия в электрический сигнал. Видеопанель управления дополнительно содержит контроллер органов управления, соединенный двусторонней связью с управляющей ЭВМ, предназначенный, в соответствии с программой, занесенной в его память, для обмена сигналами между органами управления и управляющей ЭВМ, и, при необходимости, для анализа параметров функционирования органов управления. Каждый орган управления содержит корпус, на внешней стороне которого размещено упомянутое устройство ввода, а внутри корпуса размещены микроконтроллер и упомянутый преобразователь входного воздействия в электрический сигнал, соединенный с микроконтроллером, предназначенным, в соответствии с занесенной в его память программой, для приема сигналов от преобразователя входного воздействия в электрический сигнал и формирования цифрового сигнала с информацией о входном воздействии и параметрах функционирования органа управления для последующей передачи этого цифрового сигнала в контроллер органов управления. Выводы питания преобразователя входного воздействия в электрический сигнал, микроконтроллера и, при необходимости, устройства ввода и соответствующие информационные входы и выходы микроконтроллера соединены с внешними выводами органа управления. На поверхности экрана дисплея размещены М прозрачных токопроводящих слоев, разделенных между собой слоями прозрачного диэлектрика, над крайним от экрана дисплея прозрачным токопроводящим слоем размещен внешний прозрачный защитный слой, предназначенный для защиты прозрачных токопроводящих слоев от внешних воздействий и установки на нем органов управления. Внешние выводы органов управления соединены с соответствующими прозрачными токопроводящими слоями. Все прозрачные токопроводящие слои соединены с соответствующими выводами контроллера органов управления. Органы управления расположены на внешнем прозрачном защитном слое в центре областей изображения, сформированного на экране дисплея, соответствующих функциональному назначению этих органов управления. Прозрачные токопроводящие слои могут быть выполнены в виде сверхтонких металлических проводников. Во втором варианте изобретения видеопанель управления содержит дисплей, контроллер дисплея, N органов управления и управляющую ЭВМ, соединенную двусторонними связями с контроллером дисплея, контроллер дисплея соединен двусторонней связью с дисплеем, предназначенным для отображения информации о состоянии органов управления и объектов управления. Управляющая ЭВМ выполнена, в соответствии с занесенной в ее память программой, с возможностью получения сигналов о состоянии объектов управления и органов управления, формирования на экране дисплея изображения с информацией о состоянии объектов управления и органов управления, и формирования управляющих сигналов для объектов управления в ответ на сигналы, сформированные органами управления. Каждый орган управления содержит устройство ввода, которое предназначено для приема входного воздействия от оператора, и соединенный с устройством ввода преобразователь входного воздействия в электрический сигнал. Видеопанель управления дополнительно содержит контроллер органов управления, соединенный двусторонней связью с управляющей ЭВМ, предназначенный, в соответствии с программой, занесенной в его память, для обмена сигналами между органами управления и управляющей ЭВМ, и, при необходимости, для анализа параметров функционирования органов управления. Органы управления расположены на поверхности экрана дисплея в центре областей изображения, сформированного на этом экране, соответствующих функциональному назначению этих органов управления. Каждый орган управления содержит корпус, на внешней стороне которого размещено упомянутое устройство ввода. Внутри корпуса размещены микроконтроллер и упомянутый преобразователь входного воздействия в электрический сигнал, соединенный с микроконтроллером, предназначенным, в соответствии с занесенной в его память программой, для приема сигналов от преобразователя входного воздействия в электрический сигнал и формирования цифрового сигнала в контроллер органов управления с информацией о входном воздействии и параметрах функционирования органа управления. Контроллер органов управления содержит приемопередатчик с антенной, предназначенный для обмена радиосигналами между контроллером органов управления и органами управления. Каждый орган управления содержит приемопередатчик с антенной, предназначенный для обмена радиосигналами между органом управления и контроллером органов управления и соединенный двусторонней связью с микроконтроллером этого органа управления, и внутренний источник питания, соединенный с выводами питания преобразователя входного воздействия в электрический сигнал, микроконтроллера и, при необходимости, устройства ввода. Внутренний источник питания может быть выполнен в виде преобразователя энергии радиосигнала, поступающего в приемопередатчик органа управления от контроллера органов управления, в постоянный ток питания, или в виде преобразователя световой энергии светового сигнала излучаемого дисплеем в постоянный ток питания, или в виде автономного источника постоянного тока. Изобретения поясняются чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 – схема первого варианта видеопанели; на фиг. 2 – схема второго варианта видеопанели; на фиг. 3 – схема органа управления первого варианта видеопанели; на фиг. 4 – схема органа управления второго варианта видеопанели. Согласно первому варианту (фиг. 1) видеопанель содержит органы управления 1-N, прозрачный защитный слой 2, прозрачные токопроводящие слои 3,5… -М, слои прозрачного диэлектрика 4,6… (М-1), экран дисплея 5, контроллер органов управления 6, управляющая ЭВМ 7, контроллер дисплея 8. Прозрачные защитный слой, токопроводящие слои, слои диэлектрика и экран дисплея изображены в разрезе с видом сбоку. Видеопанель по второму варианту (фиг. 2) содержит органы управления 9-N, экран дисплея 10, контроллер органов управления 11, управляющая ЭВМ 12, контроллер дисплея 13. Орган управления первого варианта изобретения (фиг. 3) содержит устройство ввода 14, преобразователь входного воздействия в электрический сигнал 15, микроконтроллер 16, корпус 17 и внешние выводы 18. Орган управления второго варианта изобретения (фиг. 4) содержит: устройство ввода 19, преобразователь входного воздействия в электрический сигнал 20, микроконтроллер 21, внутренний источник питания 22, приемопередатчик 23, корпус 24 и двусторонняя связь с контроллером органов управления 25. Функционирование изобретения по первому варианту происходит следующим образом. При использовании видеопанели оператор осуществляет дистанционный контроль, диагностику состояния и управление различными объектами. При этом на экране дисплея 5 выводится схематичное изображение объекта управления с информацией о его состоянии, которое формируется управляющей ЭВМ 7 на основе сигналов, получаемых от объекта управления, в соответствии с программой, занесенной в ее память. Оператор наблюдает за этой информацией и контролирует состояние объекта управления. Когда оператору необходимо осуществить управляющее воздействие на объект управления, оператор воздействует на устройство ввода 14 соответствующего органа управления 1…N. Соединенный с устройством ввода 14 органа управления преобразователь входного воздействия в электрический сигнал 15 преобразует это управляющее воздействие в электрический сигнал, который подается на вход микроконтроллера органа управления 16. Микроконтроллер органа управления 16 принимает этот сигнал и формирует, в соответствии с программой, занесенной в его память, цифровой сигнал с информацией о входном воздействии и параметрах функционирования органа управления для передачи в контроллер органов управления 6. При формировании данного цифрового сигнала микроконтроллер органа управления 16 может проводить первичную обработку сигнала, поступающего от преобразователя входного воздействия в электрический сигнал 15. Эта обработка, в зависимости от типа органа управления, может включать в себя фильтрацию ложных срабатываний, усреднение или сглаживание сигнала в соответствии с заложенным в программу микроконтроллера алгоритмом. Для идентификации органов управления 1…N каждый орган управления имеет уникальный номер, который хранится в постоянной памяти микроконтроллера органа управления 16. Этот идентификационный номер включается в каждый цифровой сигнал, передаваемый от органа управления в контроллер органов управления, что позволяет контроллеру органов управления различать, от какого органа управления поступил цифровой сигнал. Цифровой сигнал, поступающий от органа управления в контроллер органов управления, помимо информации о входном управляющем воздействии и идентификационном номере органа управления, может включать в себя контрольную сумму, и параметры функционирования органа управления. При необходимости параметры функционирования органа управления могут включать уровень напряжения питания, поступающего на орган управления, температуру внутри корпуса органа управления, освещенность органа управления и другие параметры. Цифровой сигнал с выводов микроконтроллера органа управления 16 через внешние выводы органа управления 18 передается на соответствующие выводы контроллера органов управления 6 по прозрачным токопроводящим слоям 3,5…М. При необходимости согласования параметров сигналов выводы микроконтроллера органа управления и контроллера органов управления могут соединяться с токопроводящими слоями через согласующие элементы. Цифровой сигнал от органа управления в контроллер органов управления может передаваться либо по инициативе контроллера органов управления, либо по инициативе органа управления. Выбор варианта передачи сигнала определяется программами, занесенными в память микроконтроллера органов управления и контроллера органов управления. Если цифровой сигнал передается по инициативе контроллера органа управления, то контроллер органов управления опрашивает органы управления, формируя на своих выводах сигнал с идентификационным номером органа управления, к которому сформирован запрос. Если цифровой сигнал передается по инициативе органов управления и два или более органа управления одновременно пытаются передать цифровой сигнал в контроллер органов управления, то конфликт между ними разрешается в соответствии с заданным алгоритмом разрешения конфликтов. При получении цифрового сигнала от органа управления контроллер органов управления, в соответствии с программой, занесенной в его память, анализирует контрольную сумму и параметры функционирования органа управления и передает этот цифровой сигнал в управляющую ЭВМ 7. Управляющая ЭВМ 7 при получении цифрового сигнала от контроллера органов управления 6 с информацией об управляющем воздействии на орган управления, формирует, в соответствии с программой, занесенной в ее память, управляющие сигналы для объекта управления и формирует сигналы для контроллера дисплея 8 для отображения на экране дисплея 5 информации об изменении состояния органа управления. Во втором варианте видеопанели органы управления 9…N в отличие от первого варианта расположены непосредственно на экране дисплея 10 и цифровой сигнал с выводов микроконтроллера органа управления 21 поступает на вход приемопередатчика 23, который передает этот сигнал по радиоканалу 25 в приемопередатчик контроллера органов управления 11. Во втором варианте питание элементов органа управления осуществляется от внутреннего источника питания 22, который может быть выполнен в виде преобразователя радиосигнала в постоянный ток, или в виде преобразователя световой энергии в постоянный ток, или в виде автономного источника постоянного тока. Автономный источник питания может быть выполнен в виде батареи или аккумулятора постоянного тока. Если внутренний источник питания 22 выполнен в виде преобразователя радиосигнала в постоянный ток, то радиосигнал 25, поступающий от контроллера органов управления в приемопередатчик органа управления 23, с выхода приемопередатчика 23 передается на вход преобразователя радиосигнала в постоянный ток 22, в котором переменный ток радиосигнала выпрямляется в постоянный ток и накапливается в емкости для последующей передачи и питания элементов органа управления. Если внутренний источник питания 22 выполнен в виде преобразователя световой энергии в постоянный ток, то этот преобразователь выполнен в виде элемента солнечной батареи, активная принимающая поверхность которого располагается на внешней стороне корпуса органа управления и может принимать световой сигнал, излучаемый дисплеем. Для достижения максимальной силы этого светового сигнала в области экрана дисплея, на котором расположен орган управления, управляющая ЭВМ 12 через контроллер дисплея 13 формирует белую площадку с формой, соответствующей стороне органа управления, расположенной к экрану дисплея. При реализации изобретений используются стандартные элементы. В органах управления устройство ввода и преобразователь входного воздействия в электрический сигнал могут быть выполнены в виде стандартных электромеханических органов управления, например в виде тумблеров, кнопок, многопозиционных переключателей, полозковых или поворотных регуляторов. Например, при использовании в органе управления тумблера устройством ввода является рукоятка тумблера, а преобразователем входного воздействия в электрический сигнал в этом случае является переключающий механизм с группой контактов. Та часть рукоятки тумблера, на которую воздействует оператор, расположена снаружи корпуса органа управления. Вторая часть рукоятки тумблера расположена внутри корпуса органа управления и соединена с переключающим механизмом таким образом, что при повороте рукоятки тумблера переключающий механизм соединяет или размыкает соответствующие контакты между собой. Контакты переключающего механизма соединены с выводами микроконтроллера органа управления. В качестве устройства ввода и преобразователя входного воздействия в электрический сигнал могут также использоваться световые, температурные или электромагнитные датчики. Крепление органов управления к поверхности прозрачного защитного слоя (в первом варианте изобретения) или к поверхности экрана дисплея (во втором варианте изобретения) можно осуществить, например, при помощи клея или механического крепления. Прозрачные токопроводящие слои могут быть выполнены, например, в виде нанесенного на стекло путем напыления тонкого слоя оксида металла. В этом случае соединение внешних выводов органов управления и выводов контроллера органов управления с прозрачными токопроводящими слоями осуществляется путем припаивания или приклеивания токопроводящим клеем. В качестве примера использования видеопанели можно рассмотреть случай, при котором объектом управления является, например, труба нефтепровода с вентилем. При этом на экране дисплея видеопанели управления может быть схематично изображена труба нефтепровода с установленным на ней вентилем, регулирующим скорость потока нефти по трубопроводу с указанием фактической скорости потока. В центре области экрана дисплея, на которой изображен вентиль, размещается орган управления, выполненный в виде поворотного регулятора, вокруг которого изображена шкала со значениями процентов перекрытия трубы. Оператор, наблюдая за значением скорости потока нефти, при необходимости может ее менять путем вращения ручки поворотного регулятора. Все последующие действия, осуществляемые при функционировании видеопанели, аналогичны представленным выше. Анализ патентных и литературных данных показал, что совокупность указанных в изобретениях признаков нигде ранее не описана и не известна, а именно данная совокупность обеспечивает функциональную полноту, законченность технического решения и достижения цели. Очевидно, что предлагаемые предпочтительные реализации изобретения являются одними из возможных, различные модификации которых без изменения сущности описываемого изобретения могут найти применение в разных областях производства и жизнедеятельности человека. Формула изобретения
РИСУНКИ
QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения
Лицензиар(ы): Кинаш Сергей Анатольевич
Вид лицензии*: НИЛ
Лицензиат(ы): Квантекс Менеджмент ЛТД (VG)
Договор № РД0004180 зарегистрирован 18.11.2005
Извещение опубликовано: 20.01.2006 БИ: 02/2006
* ИЛ – исключительная лицензия НИЛ – неисключительная лицензия
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 19.09.2007
Извещение опубликовано: 10.05.2009 БИ: 13/2009
|
||||||||||||||||||||||||||
