水平形儀表對(duì)認(rèn)讀速度、誤讀率影響的程序設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文本科畢業(yè)論文題 目 水平形儀表認(rèn)讀速度、誤讀率 的程序設(shè)計(jì) 專 業(yè) 安全工程 作者姓名 李宗慶 學(xué) 號(hào) 2012201586 單 位 物理科學(xué)與信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 孟現(xiàn)柱 2016 年 5 月 教務(wù)處編2原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究取得的成果。除文中已經(jīng)引用的內(nèi)容外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得聊城大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均在文中以明確的方式表明。本人承擔(dān)本聲明的相應(yīng)責(zé)任。學(xué)位論文作者簽名： 日期： 指 導(dǎo) 教 師 簽 名: 日期： 目 錄前 言11.水平形儀表簡(jiǎn)介21.1水平形儀表簡(jiǎn)介21.2水平形儀表特點(diǎn)31.3影響水平形儀表認(rèn)讀速度的因素31.4影響水平形儀表誤讀率的因素42.水平形儀表程序設(shè)計(jì)思路62.1 C+軟件簡(jiǎn)介62.1.1 C+編程開發(fā)62.1.2 C+語言優(yōu)缺點(diǎn)62.2程序設(shè)計(jì)目的72.3程序設(shè)計(jì)要求72.4程序設(shè)計(jì)73. 水平形儀表程序設(shè)計(jì)代碼104. 水平形儀表程序改進(jìn)建議304.1 水平形儀表程序的不足304.2 水平形儀表程序改進(jìn)建議30結(jié) 論31參考文獻(xiàn)32致 謝331摘 要本文運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的基本原理和理論，對(duì)水平形儀表對(duì)認(rèn)讀速度、誤讀率的影響進(jìn)行了研究。第一章是水平形儀表簡(jiǎn)介。第二章是水平形儀表程序設(shè)計(jì)思路。第三章是水平形儀表程序設(shè)計(jì)代碼。第四章是水平形儀表程序改進(jìn)建議。關(guān)鍵詞：水平形儀表；人機(jī)工程學(xué)；調(diào)查與分析Abstract Based on basic principles and theories of ergonomics,the influence of the horizontal instrument on the reading speed and the misreading rate is investigated. In part one，the chapter is a brief introduction of horizontal instruments.In part two, the chapter is the design of the horizontal instrument program.In part three,the chapter is the horizontal instrument program design code.In part four, the chapter is the suggestion of the improvement of the horizontal instrument program. Key words: Horizontal instrument; Investigation and analysis；ErgonomicsII水平形儀表認(rèn)讀速度、誤讀率的程序設(shè)計(jì)前 言1課題的提出水平形儀表在生活和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，本課題通過人們對(duì)水平形儀表的操作獲得認(rèn)讀時(shí)間、誤讀率的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的分析，從而得出影響認(rèn)讀速度、誤讀率的影響因素。因此，本課題的意義在于通過水平形儀表認(rèn)讀速度、誤讀率進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，可以加深人們對(duì)水平形儀表的認(rèn)識(shí)與了解，更有助于人們運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的原理改進(jìn)水平形儀表的設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高認(rèn)讀速度，降低誤讀率，減少生活和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域事故的發(fā)生。2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀通過檢索相關(guān)文獻(xiàn)，目前對(duì)水平形儀表認(rèn)讀速度、誤讀率的程序設(shè)計(jì)的研究很少，大部分文獻(xiàn)都是從安全的角度和著眼點(diǎn)，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的原理和方法去解決人機(jī)結(jié)合面的安全問題，最終獲得最高的工作效率和作業(yè)時(shí)的安全和舒適的內(nèi)容。3研究?jī)?nèi)容本論文在編寫的過程中注意到：科學(xué)性、知識(shí)性、普及性和實(shí)用性相結(jié)合；理論與實(shí)踐相結(jié)合；按照從感性到理性、從具體到抽象、由淺入深個(gè)的認(rèn)識(shí)規(guī)律出發(fā)，選擇材料，完成編寫工作。本文運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的基本原理和理論，對(duì)水平形儀表認(rèn)讀速度、誤讀率的影響進(jìn)行了研究。論文共分四章，其中第一章是水平形儀表簡(jiǎn)介。第二章是水平形儀表程序設(shè)計(jì)思路。第三章是水平形儀表程序設(shè)計(jì)代碼。第四章是水平形儀表程序改進(jìn)建議。1.水平形儀表簡(jiǎn)介1.1水平形儀表簡(jiǎn)介水平形儀表主要與各類傳感器、變送器配合使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、液位、容量、力等物理量的測(cè)量和顯示，并配合各種執(zhí)行器對(duì)電加熱設(shè)備和電磁、電動(dòng)閥門進(jìn)行PID調(diào)節(jié)和控制、報(bào)警控制，數(shù)據(jù)采集和記錄。雖然水平形儀表應(yīng)用很少，但水平形儀表在生活、生產(chǎn)中依然有著重要的作用，例如：機(jī)械磅、游標(biāo)卡尺、收音機(jī)、標(biāo)尺等儀器設(shè)備的數(shù)值顯示部分都是水平形儀表。 圖1機(jī)械磅秤圖 圖2游標(biāo)卡尺 圖3收音機(jī) 圖4標(biāo)尺1.2水平形儀表特點(diǎn) 水平形儀表是用指針指示數(shù)值來顯示機(jī)器有關(guān)參數(shù)和狀態(tài)的視覺顯示裝置。其特點(diǎn)是顯示的信息形象化、直觀，使人對(duì)指示數(shù)值在全量程范圍內(nèi)所處的位置一目了然，并能給出偏差量，監(jiān)控作業(yè)效果很好。其中認(rèn)讀速度、誤讀率是水平形儀表的兩個(gè)重要參數(shù)，通過對(duì)水平形儀表認(rèn)讀速度、誤讀率的調(diào)查與人機(jī)學(xué)分析，可以有效提高對(duì)水平形儀表的認(rèn)讀速度，降低誤讀率，達(dá)到更好的人機(jī)配合的目的。1.3影響水平形儀表認(rèn)讀速度的因素 通過調(diào)查與人機(jī)學(xué)分析，影響水平形儀表認(rèn)讀速度的因素主要有刻度盤的大小、字符設(shè)計(jì)、自身結(jié)構(gòu)因素等。 （1）刻度盤的大小?？潭缺P的大小對(duì)儀表的認(rèn)讀速度和精度有很大的影響，且取決于盤上標(biāo)記的數(shù)量和觀察距離。以水平形刻度盤為例，當(dāng)盤上標(biāo)記數(shù)量過多時(shí)，為了提高清晰度，須相應(yīng)增大刻度盤。但是這將增加眼睛的掃描路線和儀表占用面積。而縮小刻度盤又會(huì)是標(biāo)記密集不清晰，從而影響認(rèn)讀速度?？潭缺P的最佳直徑與監(jiān)控者的視角有關(guān)，實(shí)驗(yàn)表明，最佳視角為2.55。故當(dāng)確定了觀察者與顯示器之間的視距后，即可算出刻度的最佳尺寸。在視距一定的情況下，刻度盤直徑也是影響水平形儀表認(rèn)讀速度的重要因素。懷特（WJwhite）在視距為75cm的情況下，將直徑為25毫米，44毫米和70毫米的指示儀表，安裝在儀表板上進(jìn)行可讀性測(cè)驗(yàn)，結(jié)果如圖表1。表1刻度盤直徑 mm觀察時(shí)間 s平均反應(yīng)時(shí)間 s 讀錯(cuò)率 % 25 0.82 0.76 6 44 0.72 0.72 4 70 0.75 5.73 12 （2）字符設(shè)計(jì)。儀表刻度盤上印刻的數(shù)字、字母、漢字和一些專用的符號(hào)，統(tǒng)稱為字符。由于刻度的功能通過字符加以完備，字符的形狀、大小和立位又直接影響著識(shí)讀效率，因此，字符的設(shè)計(jì)應(yīng)力求能清晰地顯示信息，給人以深刻的印象，提高認(rèn)讀速度。 （3）自身結(jié)構(gòu)因素。由于水平形指針式儀表不是數(shù)字信號(hào)，不能被采集到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且傳統(tǒng)采集儀表的讀數(shù)是采用人工判讀的方法，并且勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大、判讀誤差較大等問題，其主要原因是水平形指針式儀表的圖像和非指針式圖像相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要對(duì)象為線狀的指針和數(shù)字標(biāo)碼。通常儀表的刻度值都是均勻分布的，并且表盤中只有一個(gè)指針，所以通過檢測(cè)出指針并根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)角度可以出判斷指針的讀數(shù)。為降低讀取難度和計(jì)算量，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，可以根據(jù)儀表指針運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)算。這樣就可以在一定程度上提高水平形儀表的認(rèn)讀速度。綜上所述，刻度盤的大小、字符設(shè)計(jì)、自身結(jié)構(gòu)等因素都影響認(rèn)讀速度。因此儀表設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮這些因素，只有考慮這些因素才能提高認(rèn)讀速度。1.4影響水平形儀表誤讀率的因素通過調(diào)查與人機(jī)學(xué)分析，影響水平形儀表誤讀率的因素主要有刻度盤的形狀、刻度大小、刻度線粗細(xì)及長(zhǎng)度、儀表顏色設(shè)計(jì)等。（1）刻度盤的形狀?？潭缺P形狀的選擇主要根據(jù)顯示方式和人的視覺特性。實(shí)驗(yàn)研究表明，不同形狀刻度盤的誤讀率不同。其中在誤讀率方面，開窗型，由于指針不動(dòng)，刻度盤動(dòng)，窗中的數(shù)字易讀，其誤讀率最??；相反，圓型，半圓型，由于需在儀表中尋找和確認(rèn)指針的位置，所以在較短的揭示時(shí)間內(nèi)比開窗型的誤讀率高；水平型和豎直型由于尋找指針位置最費(fèi)時(shí)間，故誤讀率最高；水平型相比豎直型的誤讀率低，是因?yàn)檠矍虻乃竭\(yùn)動(dòng)快。（2）刻度大小?？潭缺P上最小刻度線間的距離稱為刻度。而當(dāng)刻度盤上的刻太過于密集就會(huì)容易使認(rèn)讀出現(xiàn)錯(cuò)誤，過疏會(huì)使中間插值估計(jì)不準(zhǔn)。刻度的大小可根據(jù)人眼的最小分辨能力和刻度盤的材料性質(zhì)及視距而確定，而常見的有單刻度線、雙刻度線、遞增式刻度線。單刻度線和雙刻度線是有認(rèn)讀方面的差異的。單刻度線、雙刻度線便于認(rèn)讀和記憶;遞增式刻度線有利于避免反向認(rèn)讀的差錯(cuò)。（3）刻度線粗細(xì)及長(zhǎng)度?？潭染€的寬度即刻度線的粗細(xì) 刻度線的寬度取決于刻度的大小，當(dāng)刻度線寬度為刻度的10左右時(shí)，讀數(shù)的誤差最小。故刻度線寬度一般取刻度的515，普通刻度線通常取0.10.02mm；遠(yuǎn)距離觀察時(shí)，可取0.60.8mm，精度高的測(cè)量刻度線取0.00150.1mm?？潭染€的長(zhǎng)度也是不可忽視的，刻度線一般有三級(jí)：長(zhǎng)刻度線、中刻度線、短刻度線。所以刻度線的長(zhǎng)度的設(shè)定也應(yīng)有一定的規(guī)律。（4）儀表顏色設(shè)計(jì)。指針式儀表的顏色設(shè)計(jì)，主要是度盤面、刻度標(biāo)記和數(shù)碼、字符以及指針的顏色匹配問題，它對(duì)儀表的造型設(shè)計(jì)、儀表的認(rèn)讀有很大影響。為了精確判讀，指針、刻度線和字符的顏色應(yīng)有鮮明的對(duì)比，選擇最清晰的配色，避免模糊的配色。研究表明，最清晰的搭配是黑與黃，最模糊的搭配是黑與藍(lán)；墨綠色和淡黃色儀表面分別配上白色和黑色的刻度時(shí)，其誤讀率最?。欢谏突尹S色儀表面分別配上白色刻度線時(shí)，其誤讀率最大，不宜采用。在實(shí)際工作中，由于黑白兩種顏色的對(duì)比度較高，且符合儀表的習(xí)慣用途，因此常用這種搭配作為表盤和數(shù)字的顏色。綜上所述，刻度盤形狀、刻度大小、刻度線粗細(xì)及長(zhǎng)度、儀表顏色設(shè)計(jì)等因素都影響誤讀率。因此儀表設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮這些因素，只有考慮這些因素才能降低誤讀率。2.水平形儀表程序設(shè)計(jì)思路2.1 C+軟件簡(jiǎn)介C+是在C語言的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種面向?qū)ο缶幊陶Z言，應(yīng)用廣泛；C+支持多種編程范式 面向?qū)ο缶幊?、泛型編程和過程化編程。最新正式標(biāo)準(zhǔn)C+于2014年8月18日公布。其編程領(lǐng)域眾廣，常用于系統(tǒng)開發(fā)，引擎開發(fā)等應(yīng)用領(lǐng)域，是至今為止最受廣大程序員受用的最強(qiáng)大編程語言之一,支持類：類、封裝、重載等特性。C+設(shè)計(jì)成靜態(tài)類型、和C同樣高效且可移植的多用途程序設(shè)計(jì)語言。2.1.1 C+編程開發(fā)一個(gè)程序從編寫到最后得到運(yùn)行結(jié)果要經(jīng)歷以下一些步驟：(1) 用C+語言編寫程序(2) 對(duì)源程序進(jìn)行編譯(3) 將目標(biāo)文件連接(4) 運(yùn)行程序運(yùn)行。2.1.2 C+語言優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):（1）簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便。C語言一共只有32個(gè)關(guān)鍵詞,9種控制語句，程序書寫形式自由，主要用小寫字母表示。它把高級(jí)語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級(jí)語言的實(shí)用性結(jié)合起來。 C 語言可以像匯編語言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。（2）運(yùn)算符豐富。C語言的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有34種運(yùn)算符。C語言把括號(hào)、賦值、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理。從而使C語言的運(yùn)算類型極其豐富，表達(dá)式類型多樣化。靈活使用各種運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)在其它高級(jí)語言中難以實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算。（3）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)豐富。C語言的數(shù)據(jù)類型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。能用來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。并引入了指針概念，使程序效率更高。另外C語言具有強(qiáng)大的圖形功能，支持多種顯示器和驅(qū)動(dòng)器。且計(jì)算功能、邏輯判斷功能強(qiáng)大。（4）C是結(jié)構(gòu)式語言。結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。C語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。（5）C語法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。雖然C語言也是強(qiáng)類型語言，但它的語法比較靈活，允許程序編寫者有較大的自由度。（6）生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低1020%。（7）C語言適用范圍大，可移植性好。C語言有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)就是適合于多種操作系統(tǒng)，如DOS、UNIX；也適用于多種機(jī)型。C語言具有強(qiáng)大的繪圖能力，可移植性好，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫，它也是數(shù)值計(jì)算的高級(jí)語言。缺點(diǎn):(1) C語言的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)的封裝性上，這一點(diǎn)使得C在數(shù)據(jù)的安全性上有很大缺陷，這也是C和C+的一大區(qū)別。(2) C語言的語法限制不太嚴(yán)格，對(duì)變量的類型約束不嚴(yán)格，影響程序的安全性，對(duì)數(shù)組下標(biāo)越界不作檢查等。從應(yīng)用的角度，C語言比其他高級(jí)語言較難掌握。2.2程序設(shè)計(jì)目的利用C+ 對(duì)水平形儀表認(rèn)讀速度、誤讀率進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，人們通過對(duì)水平形儀表程序的運(yùn)行，可以測(cè)量其認(rèn)讀時(shí)間、誤讀率等重要參數(shù)，通過對(duì)水平形儀表認(rèn)讀速度、誤讀率等測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，有助于人們運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的原理改進(jìn)水平形儀表的設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高儀表的認(rèn)讀速度，降低誤讀率，減少生活和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域測(cè)量誤讀率。2.3程序設(shè)計(jì)要求理想的水平形儀表除了要準(zhǔn)確反映“機(jī)”的狀態(tài)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)，使得人與機(jī)充分協(xié)調(diào)。也就是說所設(shè)計(jì)水平形儀表，其形狀、大小、顏色、標(biāo)度、刻度、空間布置、亮度、頻率、照明、背景、距離等都必須適合人的生理、心理特征。使操作者對(duì)顯示器所顯示的信息辨認(rèn)速度快、誤讀少、可靠性高，并減輕精神緊張和身體疲勞。按照上述要求，運(yùn)用人機(jī)工程原理，設(shè)計(jì)了水平形儀表認(rèn)讀速度、誤讀率測(cè)試程序。該水平形儀表的測(cè)試程序分為7模塊：顏色設(shè)置、尺寸設(shè)置、開始測(cè)試、輸入數(shù)字、確認(rèn)、重置、退出。2.4程序設(shè)計(jì)（1） 顏色設(shè)置：用戶根據(jù)提示輸入，按照安全人機(jī)工程學(xué)中儀表顏色設(shè)計(jì)選擇合適的顏色，使指針、刻度線和字符的顏色有鮮明的對(duì)比，選擇最清晰的配色，避免模糊配色，達(dá)到精確的判讀的目的 （2） 尺寸設(shè)置：用戶根據(jù)顯示方式和人的視覺特性，對(duì)刻度、刻度盤、指針、數(shù)字等選擇合適的尺寸。圖6（3） 開始測(cè)試：用戶點(diǎn)擊開始測(cè)試按鈕，程序開始運(yùn)行，指針隨機(jī)停止。圖7（4）輸入數(shù)字：用戶根據(jù)儀表盤中指針指示的數(shù)字，在輸入框中輸入相應(yīng)的數(shù)字。（5）確認(rèn)：用戶點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕，程序自動(dòng)判斷輸入數(shù)字的正否，并給出判斷的結(jié)果。圖8圖9（6）重置：點(diǎn)擊重置按鈕，程序重置（7）退出3. 水平形儀表程序設(shè)計(jì)代碼 VERSION 5.00 Begin VB.Form frmMain AutoRedraw = -1 True BorderStyle = 0 None ClientHeight = 3945 ClientLeft = 135 ClientTop = 405 ClientWidth = 6990 ControlBox = 0 False Icon = frmMain.frx:0000 LinkTopic = Form1 LockControls = -1 True MaxButton = 0 False MinButton = 0 False ScaleHeight = 3945 ScaleWidth = 6990 ShowInTaskbar = 0 False StartUpPosition = 2 屏幕中心 Begin VB.Timer tim2 Enabled = 0 False Interval = 50 Left = 4080 Top = 2280 End Begin VB.Timer tim1 Enabled = 0 False Interval = 50 Left = 3120 Top = 2280 End Begin VB.CommandButton cmdReset Caption = 測(cè)試重置 Height = 375 Left = 1320 TabIndex = 8 Top = 1800 Width = 1065 End Begin VB.CommandButton cmdPand Caption = 確認(rèn) Enabled = 0 False Height = 375 Left = 1980 TabIndex = 4 Top = 2370 Width = 735 End Begin VB.TextBox txtDus Alignment = 2 Center Appearance = 0 Flat Enabled = 0 False BeginProperty Font Name = 宋體 Size = 12 Charset = 134 Weight = 400 Underline = 0 False Italic = 0 False Strikethrough = 0 False EndProperty Height = 375 Left = 1140 TabIndex = 3 Top = 2370 Width = 735 End Begin VB.CommandButton cmdStart Caption = 開始測(cè)試 Default = -1 True Height = 375 Left = 120 TabIndex = 2 Top = 1800 Width = 1065 End Begin VB.PictureBox pic1 Appearance = 0 Flat BackColor = &H80000006& BorderStyle = 0 None ForeColor = &H80000008& Height = 1695 Left = 150 ScaleHeight = 1695 ScaleWidth = 6735 TabIndex = 0 Top = 540 Width = 6735 Begin VB.Label lbl1 AutoSize = -1 True BackColor = &H80000007& BackStyle = 0 Transparent Caption = a ForeColor = &H0000FFFF& Height = 180 Index = 0 Left = 240 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