顯示裝置設(shè)計

1、第三章 顯示裝置設(shè)計在人機系統(tǒng)中，顯示裝置是將設(shè)備的信息傳遞給操作者，使之能做出正確判斷和決策，進行合理操作的裝置。人們根據(jù)顯示信息了解和掌握設(shè)備的運行狀況，從而控制和操作設(shè)備正常運行。它的特征是能夠把設(shè)備的有關(guān)信息以人能接收的形式顯示給人。在顯示裝置中，處理要確切的反映設(shè)備的狀況外，還應(yīng)根據(jù)人的感覺器官的生理特征來確定其結(jié)構(gòu)，使人于顯示裝置之間能夠充分協(xié)調(diào)。也就是說,顯示裝置的形狀、大小分度、標記、空間布局、顏色、照明等因素，都必須使人能很好地接受信息并進行處理，使人能迅速接受顯示的信息，信息的分辯率要高，而且可靠。在進行顯示裝置的造型設(shè)計時，還必須從系統(tǒng)整體出發(fā)，即要考慮到人的生理、心理特

2、征，又要考慮到系統(tǒng)整體的需要和美觀。按人接受信息的感覺器官的不同，可將顯示裝置分為視覺顯示、聽覺傳示和觸覺傳遞裝置。觸覺傳遞是利用人的皮膚受到觸壓刺激后產(chǎn)生感覺而向人們傳遞信息，一般很少使用。聽覺傳示是利用人的聲音信號的感知時間比對光信號的感知時間短，所以，聽覺傳示作為報警裝置比視覺顯示具有更大的優(yōu)越性。視覺顯示是由于人的視覺能接受長的和復(fù)雜的信息，而且視覺信號比聽覺信號容易記錄和存儲，所以應(yīng)用更廣泛。第一節(jié) 儀表顯示設(shè)計一儀表顯示的類型與特征（一）按顯示功能分類1 讀數(shù)用儀表適用于要求提供準確的測量值、計量值和變化值的場合。此種儀表刻度的具體數(shù)值顯示設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)，供操作者讀出數(shù)值之用。如

3、：汽車的時速表、飛機的高度表和家庭的水表、電度表、煤氣表等。2 檢查用儀表這種儀表用了顯示設(shè)備或系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)偏離正常值的情況。它們大部分有數(shù)字指示，一般無需讀出確切數(shù)值，只是為了檢查儀表指針的指示是否偏離正常位置。當發(fā)現(xiàn)偏離正常位置時，應(yīng)調(diào)整設(shè)備的運行狀況，使儀表讀數(shù)回到正常位置。3 警戒用儀表這種儀表用來顯示設(shè)備運行狀態(tài)是否處于正常范圍之內(nèi)。它們的指示范圍一般分為三個區(qū)域，即正常區(qū)、警戒區(qū)和危險區(qū)。當儀表指示進入警戒危險區(qū)時，要及時進行處理。在顯示裝置上可用不同顏色或不同圖形符號將三個區(qū)域明顯區(qū)別開來，如用綠、黃、紅三種不同顏色分別表示正常區(qū)、警戒區(qū)、危險區(qū)。4 追蹤用儀表在動態(tài)控制系統(tǒng)中，

4、追蹤操縱根據(jù)顯示裝置提供的信息進行，以便使設(shè)備按照人所要求的動態(tài)過程工作，或者按照客觀環(huán)境的某種動態(tài)過程工作。因此，這類裝置必須顯示實際狀態(tài)與需要達到狀態(tài)之間的差距及其變化趨勢，如追蹤和瞄準飛行中的目標。5 調(diào)節(jié)用儀表這類儀表只是用來指示操縱裝置的調(diào)節(jié)值，而不指示系統(tǒng)運行的動態(tài)過程。如收音機上顯示電臺頻率的儀表就是調(diào)節(jié)用儀表。這類儀表通常采用由操縱者直接控制指針或刻度盤運動的結(jié)構(gòu)形式。（二）按顯示形式分類1 數(shù)字式顯示儀表這是直接用數(shù)字和字符顯示參數(shù)或工作狀態(tài)的顯示裝置，特點是:認讀過程簡單直觀，只對單一數(shù)字串和字符進行辨認，認讀速度快、精確度高，無插補誤差，而且過載能力強，易于計算機連用，也

5、可顯示各種參數(shù)的具體數(shù)值，顯示的信息與人的語言信息必較接近。所以，這類儀表適合人的生理和心理特征，不易產(chǎn)生視覺疲勞。其局限性是顯示易跳動和失效。數(shù)字式顯示儀表基本形式由兩種，一種是以顯示數(shù)字為主并有少量字符的顯示儀表（多為開窗式，如液晶顯示、數(shù)碼管顯示等）另一種是以參數(shù)、表格、模擬曲線以及數(shù)量較多的各種字符為主的顯示儀表，多為屏幕式，如各種監(jiān)視器。發(fā)展趨勢是采用大規(guī)模的集成電路，以提高可靠性，并發(fā)展智能化顯示。2 模擬式顯示儀表這是用標定在刻度上的指針顯示設(shè)備的參數(shù)和狀態(tài)的顯示裝置。這類顯示裝置的特點是顯示的信息形象化，能直觀地反映信息的變化趨勢，使人對模擬值在全量程范圍內(nèi)所處的位置看得非常清

6、楚，并能給出偏差量，可靠性與穩(wěn)定性好，其局限性是顯示速度較慢，易受振動的影響，過載能力差，質(zhì)量控制困難。它的發(fā)展趨勢是提高精度和速度，采用模擬與數(shù)字混合型顯示儀表。模擬式顯示最常見的如手表、電壓表、電流表等。這類顯示儀表式樣繁多，有指針動或表盤動。二設(shè)計中人機工程因素與設(shè)計原則（一） 設(shè)計中人機工程因素1人接受信息的特性操作著應(yīng)能根據(jù)任何顯示儀表顯示的信息迅速準確地得出結(jié)論。所以，儀表設(shè)計應(yīng)把人接受信息時的視覺特性作為必要的因素考慮。與儀表顯示有關(guān)的視覺特性有下列幾方面：1）人的視覺水平運動比垂直運動快，且眼睛沿垂直方向運動比沿水平方向運動容易引起疲勞。所以盡量采用水平式顯示效率高差錯率低。2

7、) 人們的視線習(xí)慣從左到右或從上到下運動，順時針方向，所以各種形式的顯示儀表和多個儀表的排列順序，一般應(yīng)遵循這一特點進行設(shè)計。 3)在偏離視覺中心相同情況下，人眼對左上角的觀察效率優(yōu)于右上角，其次左下、右下。這是顯示儀表板面合理布局的依據(jù)。4）人對視野最佳范圍內(nèi)的目標，認讀迅速而準確；對視野有效范圍內(nèi)的目標，不易引起視覺疲勞、因此，重要的顯示儀表應(yīng)布置在最佳視野范圍內(nèi)，而視野最大范圍內(nèi)不應(yīng)布置顯示儀表，或只布置不經(jīng)常認讀的儀表。5）在特殊條件下，人的視覺特性會發(fā)生變化。如在過分搖晃或振動嚴重的情況下，人的視覺能力會受到損害，影響視覺顯示信號的認讀；又如在缺氧的條件下，人的視覺機能減弱。所以，在

8、設(shè)計時要考慮環(huán)境對視覺機能的影響。2人的信息傳遞能力一般情況下，同樣的參數(shù)盡量采用同一種顯示方式，而單位時間內(nèi)顯示的信息數(shù)量不得超過人的感覺通道傳遞信息能力的生理限度。在試驗條件下，人的視覺通道信息的傳遞率一般在310比特/s之間，在經(jīng)常性的操作中，人在單位時間內(nèi)傳遞的信息量應(yīng)在這個范圍之內(nèi)。人對信息的反應(yīng)視覺隨信息量增加而延長3 儀表顯示與人的反應(yīng)相協(xié)調(diào)人的感覺與人的反應(yīng)之間有適宜的關(guān)系。某些信號對某些反應(yīng)方式有利，而某些信號則對某些反應(yīng)方式不利。當對應(yīng)與某種顯示方式而采用某種反應(yīng)方式最為合適時，這種對應(yīng)關(guān)系稱為顯示反應(yīng)通道相協(xié)調(diào)。對于一般儀表的顯示，口頭讀數(shù)時的反應(yīng)比手動動作時的反應(yīng)（按開

9、關(guān)）要快；對于不同空間位置的信號燈作定位反應(yīng)，則手動作反應(yīng)（按下對應(yīng)位置的按鈕）比口頭報告方式要快；對于連續(xù)變化的信號作追蹤反應(yīng)（如汽車駕駛員）以采用操縱桿和足蹬等連續(xù)操作為最佳。顯示反應(yīng)通道協(xié)調(diào)性好的系統(tǒng)，其操作效率高，人為差錯率低。如：顯示儀表的指針運動方向與操縱器運動方向一致，可以減少人對信息加工的復(fù)雜處理。一般所說的顯示與控制相和性指操作者面向顯示儀表的情況。4 作業(yè)環(huán)境因素人的感管、運動器官和大腦思維的敏銳程度都會受到作業(yè)環(huán)境（溫度、濕度、強光、噪聲、振動以及有毒氣體的影響。因此，在設(shè)計和選擇顯示儀表時，應(yīng)考慮顯示信號的強度、形式、數(shù)值大小、信噪比等，使其突出與其它視覺或聽覺背景，以

10、利于操作者正確理解、接受和判斷及反應(yīng)。（二） 儀表顯示設(shè)計的基本原則1 儀表顯示設(shè)計應(yīng)以上節(jié)所述的人接受信息的視覺特征為依據(jù)，以保證操作者迅速二正確的獲得需要的信息。顯示精度應(yīng)與人的視覺辨認特性和系統(tǒng)要求相適應(yīng)。2 儀表顯示信息的種類和數(shù)目不能過多，同樣的參數(shù)應(yīng)盡量采用同一種顯示方式。顯示的信息數(shù)量應(yīng)限制在人的視覺通道容量所允許的范圍內(nèi)，使之處于最佳信息條件下。顯示的格式應(yīng)簡單明了，顯示的意義應(yīng)明確易懂，以利于操作者迅速接受信息，正確理解和判斷信息。3 儀表的指針、刻度、標記、字符等與刻度盤之間，在形狀、顏色、亮度等方面應(yīng)保持對比關(guān)系，以使目標清晰可辨。一般目標應(yīng)有確定的形狀、較強的亮度和鮮明

11、的顏色。相對于目標而言，背景亮度應(yīng)低些，顏色應(yīng)暗些。同時，也要考慮與其它感覺器官的配合。4 儀表顯示應(yīng)在空間關(guān)系、運動關(guān)系和概念上與系統(tǒng)中其它顯示裝置、操縱裝置兼容、顯示裝置的編碼應(yīng)與相關(guān)操縱裝置的編碼一致，運動方向應(yīng)相同。三、模擬式顯示儀表設(shè)計模擬式顯示儀表的設(shè)計要求是選擇好刻度盤、指針、字符，并使顏色匹配，使它們之間相互協(xié)調(diào)，以符合人對信息的感受，從而使人能迅速而準確地接受信息。同時，要求儀表造型美觀耐用。（一） 刻度盤的設(shè)計1 刻度盤的形狀和大小設(shè)計1） 刻度盤的形狀 開窗式 圓形（半圓形）水平直線式垂直直線式2） 儀表刻度盤的大小 儀表刻度盤的大小對儀表的認讀速度和準確性有很大影響，并

12、直接影響認讀效果。它與刻度盤上刻度標記的數(shù)量和觀察距離有密切關(guān)系。當刻度盤的直徑在2535mm時，認讀效果隨直徑增大而提高；當刻度盤直徑為3570mm時，認讀效果趨于穩(wěn)定；當刻度盤直徑超過70mm時，認讀效果反而下降。直徑小于17.5mm時，無錯認讀速度大為下降。過小的刻度盤刻度標記、數(shù)碼等細小而密集，難以辨認，從而影響認讀速度和準確性。過大，使人的眼睛的中心視力分散，掃描路徑變長，視敏度降低，影響認讀速度和準確性。試驗證明使觀察者的視角為2.55度時的刻度盤直徑最佳。在空間受限制時，為了保證儀表具有良好的可讀性，必須按刻度盤上的刻度標記的數(shù)量和觀察距離來選擇刻度盤的最小直徑。表32圓形刻度盤

13、最小直徑與標記數(shù)量和觀察距離的關(guān)系。2 刻度的設(shè)計刻度盤上兩個最小刻度標記（刻度線）間的距離和刻度標記統(tǒng)稱為刻度。認讀速度和認讀準確性與刻度間距、刻度標記、刻度標數(shù)有關(guān)。1）刻度間距 指兩個最小刻度標記的間隔距離，它與人眼睛的分辯能力和距離大小有關(guān)。儀表認讀效率隨刻度間距的增大而提高。在達到臨界值后，認讀效率下降。臨界間距一般在視角為10分（弧度）附近。在視距為750mm時，大體上相當于刻度間距12。5mm。所以刻度間距最小尺寸一般在12。5之間選取。在觀察時間很短（如0。50。25s）的情況下，可選取2。33。8mm間距，而不宜過小。當采用放大鏡時間距可取1/Xmm(X為放大倍數(shù)).此外，刻

14、度間距因刻度盤的材料不同也有差異。2)刻度標記 即刻度線，每一刻度標記代表一定的讀數(shù)單位。為便于認讀和記憶，刻度標記一般分長、中、短標記三類。各類刻度標記尺寸的設(shè)計應(yīng)以短刻度標記為基準。短刻度標記的尺寸應(yīng)根據(jù)人的視覺分辯能力、觀察距離以及照明水平等因素確定。刻度標記的長度及標注在刻度盤上的文字或數(shù)字高度數(shù)值見表3-3.刻度標記的寬度以占刻度間距的1/51/20為宜。圖37示出長、中、短三類刻度標記的間距和刻度標記寬度的最小值。近幾年發(fā)展了一種寬線標記的刻度，其標記的寬度等于兩刻度標記間的距離。這個寬度按人觀察時的最小視角設(shè)計，增加了刻度標記與背景的對比度，使認讀迅速而準確。主要應(yīng)用于動態(tài)和瞬間

15、認讀儀表。3）刻度方向 刻度方向是指刻度盤上刻度值的遞增方向和認讀方向。其設(shè)計必須遵循視覺運動規(guī)律，而形式可依刻度盤的不同而不同。4）刻度單位 刻度單位是定量顯示數(shù)值的表示方式，每一刻度值所代表的測量值為單位值。為了避免認讀換算，單位值應(yīng)盡量取整數(shù)，最好為1、2、5個單位值，或1、2、5的10n倍個單位值，而不宜代表其它值。5）刻度標數(shù)和數(shù)字立位 最小的刻度一般不標數(shù)，最大的刻度必須標數(shù)。數(shù)字的立位必須和指針相垂直，在任何情況下都應(yīng)正對著操作者，以利于認讀。指針在儀表內(nèi)時，若儀表表面的空間足夠大，則數(shù)字置于刻度的外測，可避免被指針擋住。開窗式儀表的窗口大小應(yīng)至少顯示出被指示數(shù)字及其上下兩側(cè)的兩

16、個數(shù)，以便看清指示運動的方向和趨勢。刻度標數(shù)進級是指指標尺上不同刻度標記指示的數(shù)值關(guān)系。一般以相鄰的刻度標記所指示的數(shù)值差表示。當標尺上的長、中、短三類刻度都要標記時，各類刻度的標數(shù)進級系統(tǒng)應(yīng)相互兼容。如長、中、短三類刻度分別用0、10 20 30 40 和0 5 10 15 20 以及0 1 2 3 4 的標數(shù)進級系統(tǒng)。對同時使用的功能相同的多個儀表，刻度標數(shù)進級系統(tǒng)應(yīng)一致。3字符的設(shè)計 儀表中印刻的數(shù)字、字母、漢字等統(tǒng)稱為字符。1） 字符的形狀 應(yīng)該簡明、易讀、醒目，多用直角與尖角形，以突出各個字符的形狀特征，避免字的相似性與其之間的混淆。漢字推薦用宋體或黑體印刷體。2） 字符的大小 字符

17、應(yīng)盡量大些，通常其高度約為視距的1/200或見表33。字符的高度與寬度至比取5：3。5 0。7，這種比例在正常照度下易于認讀。若在暗光下采用發(fā)光字符宜用1：1。字符筆劃寬度與字高比一般為：1：61：8。表35不同照明條件和對比度下字符的筆劃寬。（二）指針的設(shè)計指針是模擬式儀表的重要組成部分，它指示儀表所要顯示的信息。因此，指針的設(shè)計是否符合人的視覺特性，將直接影響儀表的認讀速度和準確度.指針可分為運動指針和固定指針，其要求是相同的。1 指針的形狀 指針的形狀應(yīng)該力求簡潔、明快、不加任何裝飾，具有明顯的指示性形狀。指針由針尖、針體和針尾三部分構(gòu)成，一般以針尖尖、尾部平、中間等寬或狹長三角形為好。

18、2 指針的寬度與長度指針的寬度設(shè)計，最重要的是確定針尖的寬度。一般來說，針尖的寬度應(yīng)與刻度標記的寬度相對應(yīng)，可與短刻度線等寬，也可為刻度間距的10-n倍（n為整數(shù)）。應(yīng)注意，針尖寬度不得小于短刻度標記的寬度，否則不易看清。針體的寬度一般不受限制，視結(jié)構(gòu)因素而定。針尾主要起平衡重量作用，其寬度由平衡要求而定。指針的長度應(yīng)以與刻度線間留有12mm的間隙為好，不可覆蓋刻度標記。此外，指針設(shè)計應(yīng)充分考慮造型美觀的要求。3 指針與刻度盤面的關(guān)系由于刻度盤面和指針間有相對運動，它們之間的間隙要盡可能小，其指針表面應(yīng)與刻度盤面處于相互靠近的平行面內(nèi)，以免觀察視線不垂直表盤時產(chǎn)生視覺誤差。設(shè)計雙指針時，上面的

19、指針可稍長一些，且使指針尖部彎向刻度盤平面。刻度盤運動型儀表，其指針是不動的，為使指針鮮明醒目，將其設(shè)計成著色三角形。÷4 指針的零點位置儀表指針零點位置大都置于時鐘12點上，追蹤儀表有時置于9點位置。（三）儀表的色彩設(shè)計儀表的色彩設(shè)計是指刻度盤面、刻度標記、指針以及字符的顏色和它們之間顏色的匹配。它對儀表的認讀、造型是否適用、美觀有很大影響，也是儀表設(shè)計中不可忽視的。1 顏色的搭配儀表是靠指針指示刻度和數(shù)字表示信息的，所以表盤面、刻度、指針和數(shù)字的顏色選擇應(yīng)使顯示的信息認讀清晰醒目而又不易引起疲勞。因此彼此之間應(yīng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，其顏色的搭配須符合規(guī)律。表36是經(jīng)科學(xué)測定的顏色搭配規(guī)律，其

20、中最清晰的是黑與黃，最模糊的搭配是黑與籃，其余的搭配介于之間。儀表的用色還應(yīng)注意搭配醒目色，因為醒目色是與周圍色調(diào)特別不同的顏色，能突出醒目色代表的含義，適用于作儀表警戒部分或危險信號部分的顏色，但不能大面積使用。2 儀表的色彩設(shè)計試驗研究表明，墨綠色的刻度盤配以白色的刻度標記或淡黃色的刻度盤配以黑色的刻度標記，誤差率最小，即色彩搭配最好。指針的顏色應(yīng)與刻度盤的顏色有鮮明的對比，而與刻度標記以及字符的顏色盡可能保持一致。在一般情況下，黑白兩種顏色的明度對比最高，而且符合儀表習(xí)慣用色。在不需要暗適應(yīng)的條件下，以亮地暗字為佳；當儀表在暗處，而觀察者在明處，以暗底亮字為好。四數(shù)字式顯示儀表設(shè)計數(shù)字式

21、顯示儀表是直接用數(shù)字和字符等顯示設(shè)備運行過程中的有關(guān)參數(shù)或狀態(tài)的儀表。它在顯示速度、精度等方面比模擬式顯示儀表高，并且具有數(shù)字清晰、醒目、便于較遠距離視讀。（一） 機械式數(shù)字顯示儀表機械式數(shù)字顯示儀表依靠機械裝置實現(xiàn)數(shù)字顯示。它將數(shù)字印刷在滾筒上或金屬片上，通過滾筒的轉(zhuǎn)動或金屬片的移動，顯示數(shù)字及其變化。機械式數(shù)字顯示儀表的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，缺點是有可能在顯示窗口只顯示半個字形，引起讀數(shù)錯誤，也容易出現(xiàn)阻卡現(xiàn)象。機械式數(shù)字顯示中的字符設(shè)計，如字體高度、寬度等可參考模擬式顯示儀表的字符設(shè)計。但由于數(shù)字式顯示儀表是以顯示數(shù)字為主要目的，因此，對數(shù)字有一定的特殊要求。1 數(shù)字的形狀首先要保

22、證數(shù)字之間易于區(qū)別，其次數(shù)字形狀要簡單易認，加強數(shù)字本身特有的筆劃，突出其形態(tài)特征。在光照和視覺條件較好的情況下，字體形狀以尖、直角和弧形相結(jié)合的結(jié)構(gòu)為最佳；而在能見度較差的和需要快速辨認的情況下，則具有尖角較多的數(shù)字為好。2數(shù)字的尺寸數(shù)字的適宜尺寸與觀察距離、照明和閱讀條件等因素有關(guān)。有人經(jīng)過試驗提出數(shù)字和字母適宜高度的計算公式如下：H=0.0022L+K1K2 H字高（mm）L觀察距離（mm）;K1照明和閱讀條件修正系數(shù) K2重要性修正系數(shù)數(shù)字的高寬比和筆劃寬度與字高比，可參考模擬顯示儀表數(shù)字尺寸的設(shè)計。高與寬之比可取3：2或5：3，一般不采用狹長形，否則會因移動而產(chǎn)生視覺變形，不利于認讀。字體筆劃寬度與字高之比，一般為1：81：6。字與字之間橫向間隔取為一個筆劃寬度，上下兩行間隔應(yīng)為字高1/3為好。3字體與背景和照明的關(guān)系字體設(shè)計中要充分考慮背景和照明因素。一般不采用光反射強的材料做字體的背景，因為強反射背景會產(chǎn)生閃爍炫目的現(xiàn)象，影響認讀效果。字體和背景在色彩上要對比度強一些，可增加清晰度。此外，還須根據(jù)顯