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便攜式智能儀器的工業設計

時間:2017-11-18 15:10:00   來源:本網   添加人:admin

  隨著智能檢測技術的進步和低功耗、微功耗器件的迅猛發展,便攜式智能儀器發展迅速,應用越來越廣泛,已經成為現代儀器發展的重要分支。便攜式智能儀器主要應用于生產、加工、實驗、醫療、軍事等現場,易于攜帶和操作,有其特殊性。

  過去,便攜式智能儀器的工業設計不為設計、所重視,外形隨意設計或參照國外同類產品拷貝設計的現象較多,極大地制約了我國便攜式智能儀器的發展。實際上,便攜式智能儀器的工業設計更應從人體工程學與技術美學的角度充分考慮,它與企業文化、產品特征、使用環境密切相關。

  本文根據便攜式智能儀器的特點,分析便攜式智能儀器工業設計的重要性,提出其設計原則,并以便攜式智能水分快速測定儀為例,從人體工程學與技術美學兩方面,介紹了便攜式智能儀器的工業設計方法。

  2便攜式智能儀器工業設計的必要性工業設計是產品技術功能設計和美學設計的有機結合與統一,是人機工程學、技術美學、經濟學、心理學和現代科技發展的綜合產物。

  便攜式智能儀器是手持式儀器,它不同于臺式儀器,其工業設計直接影響使用人員的操作舒適感、讀數準確性和視覺疲勞度。

  產品的市場競爭力取決于產品性能、外觀創意、銷售價格和售后服務等各方面因素。

  過去,許多便攜式智能儀器產品在價格、性能、造型等方面或隨波逐流,或機械模仿,因此,儀器的生命周期短,效益差,未能形成優勢。

  隨著微電子技術、計算機技術、信息處理技術的迅猛發展,未來的傳感器和新器件的開發更趨于標準化、通用化,便攜式智能儀器的功能漸趨一致,開發、升級周期越來越短,產品之間的競爭越來越激烈。

  如何發揮創意,努力創新,創造出藝術性的便攜式智能儀器,提升產品附加價值,讓消費者看到產品后,馬上產生一種符合自己需求的直覺,這是提高產品市場競爭力的重要手段。

  3便攜式智能儀器工業設計原則便攜式智能儀器的工業設計應堅持實用、經濟、美觀的原則,使儀器在節省造價的前提下,實現悅目、精致、、雅觀的外形設計。

  3.1實用性設計原則便攜式智能儀器的構成決定了儀器的物質功能。儀器的功能設計要體現出功能的科學性與先進性,同時要具有操作合理性、使用可靠性和維修可行性。

  3.1.1簡化儀器功能便攜式智能儀器設計應簡化儀器功能、簡化儀器電路、簡化儀器操作。儀器的功能越多,硬、軟件設計越復雜,操作越繁瑣,制約產品可靠性的單元越多,產品的可靠性越低。便攜式智能儀器不能片面追求多功能。

  在滿足儀器必需功能的基礎上,簡化設計,可以提高儀器的可靠性,減少儀器的操作鍵,有利于儀器的工業設計。

  便攜式智能儀器的工作性能包括儀器的機械性能、電氣性能、物理性能、化學性能與生物性能。便攜式智能儀器現場使用性要求儀器必須具有小巧輕便、操作簡單、可靠性篼、功耗低等特點。便攜式智能儀器的造型應當是外形與儀器性能的統一。

  目前,便攜式智能儀器的外殼、操作鍵基本采用注塑成型。由于利用計算機進行模具加工,加工精度篼、速度快,易于實現各種造型及表面處理。因此,便攜式智能儀器的外觀設計可以在短時間、低成本的前提下完成,并給人以精密、貴重、別致的感覺。

  便攜式智能儀器的外觀應反映儀器的計量性能,切忌方頭大腦、粗糙笨拙的外觀設計。

  3.1.3提高儀器使用性能長期現場使用的用戶是評價便攜式智能儀器物質功能的權威。便攜式智能儀器的操作頻繁,要求操作時應當舒適、省力、快捷、安全,而這些要求很大程度上是由外形設計所決定的。

  便攜式智能儀器在設計時,應根據儀器的使用環境和使用條件,考慮儀器的易操作設計,避免誤操作,以提高產品的使用可靠性。

  3.2造型美設計原則美是一種具有流動性的、相對綜合的概念。人類思維的發展,科學技術的進步,都廣泛影響人類審美觀念的變化。便攜式智能儀器的美觀是儀器的形式美、結構美、工藝美、材質美和風格美的協調統一。

  美是一種共同的視覺標準,需要不斷地演練、比較與洞察,才能將其轉換成一種直覺的專業知識。設計人員通過實際操作和學習、交流,逐漸具有創造美、創造價值的能力。設計人員應有敏銳的視覺判斷力,在便攜式智能儀器的造型設計中,充分考慮其它影響因素,如工藝可行性、市場流行需求等。

  3.3低成本設計原則便攜式智能儀器不是城市雕塑,作為希望批量化生產并獲得廣大用戶的工業產品,它追求的不僅是社會效益,同樣重要的是經濟效益。因此,必須用價值工程理要求的前提下,降低制造成本,以盡量少的財力、人力和物力支出,產生盡量大的利潤空間。

  低成本設計的一個重要措施就是產品的通用化、標準化設計。盡可能采用通用部件和標準部件與元器件,有利于降低產品成本,簡化生產工藝,提高產品的可靠性與維修性。

  3.4面板與整機整體設計原則面板是儀器儀表實現人機交互的界面。儀器的型號、名稱、顯示、操作鍵等,都集中在面板上。可以說,面板對于儀器,無異于人的臉部,其造型、色彩、裝飾是儀器的門面工程。便攜式智能儀器小巧精致,面板設計決定了儀器的幾何尺寸、內部結構和整機的設計風格,是儀器外觀設計的主要內容。

  3.5綠色設計原則綠色設計是一種觀念上的變革。綠色設計不僅是企業塑造企業形象的一種公關策略,也符合消費者日益增強的環保意識。便攜式智能儀器的工業設計在設計過程中,要充分考慮到環境效益,盡量減少對環境的破壞。材料選擇與工藝過程既要考慮盡量減少物質和能源消耗,減少三廢排放,又要使不合格產品、報廢產品能夠方便地拆卸并分類回收,實現廢舊材料的再生利用。

  在綠色設計思想中,小就是美、少就是美。20世紀80年代,人類日益意識到人與自然的平衡關系和人對自然的依存關系,環保意識增強,興起了一種追求極端簡單的工業設計熱潮。將便攜式智能儀器的造型化簡到,創造簡潔、實用、自然、充滿人情味和個性的產品,也符合國際潮流。

  4便攜式智能儀器工業設計方法4.1色彩選定用戶接觸產品的感覺是色彩,色彩直接影響便攜式智能儀器的外觀質量。合理的色彩搭配有利于提高便攜式智能儀器的美觀效果,增加使用過程中的視覺舒適度,提高儀器使用人員的工作效率。因此,便攜式智能儀器的色彩表現要與儀器的功能及使用環境協調,配色與視覺效果的需求應一致,給操作者以精致、典雅、舒適的感覺。

  一般情況下,便攜式智能儀器采用低純度冷色。低純度冷色給人以雅致、沉靜、溫柔感,但不同國家和地區對色彩有不同的偏愛和禁忌。在中國,以及東南亞、非洲和歐洲的大部分國家,便攜式智能儀器好不采用黑色,而摩洛哥、瑞典則偏愛黑色;在中東地區,便攜式智能儀器不能采用灰色;北歐和南美的一些國家喜歡紅色;中東地區的國家,以及多哥、乍得、土耳其、羅馬尼亞等國則喜歡白色。便攜式智能儀器應根據產品使用地域、宗教信仰的差異造成的使用習慣與消費文化的差別,配置相應的色彩。

  4.2商標設計商標是企業的特定標志,是宣傳產品和企業文化的重要工具。便攜式智能儀器的商標設計應新穎、簡潔,有優美的動感,讓人產生悅目感,且印象深刻。

  商標主要由文字或圖案設計而成。商標設計中也有禁忌:伊斯蘭教地區禁忌豬的圖案,日本禁忌使用荷花圖案,法國禁忌使用菊花圖案,英國禁忌使用大象的圖案,而東南亞則偏愛大象。

  商標設計應符合生產企業的環境、歷史、特點、企業文化、產品特征和商標選材與制造工藝。商標要處于便攜式智能儀器面板的顯要位置,印刷、鑲嵌、粘貼均可,一般在加工儀器外殼時絲印而成。

  4.3人機工程學設計便攜式智能儀器人機工程學設計的目的是根據人的特征進行儀器的造型設計,使儀器符合人體功能要求和環境條件,使人能舒適、方便地a行操作使用。

  人機工程學研究把人、機器、環境視為一體。對于便攜式智能儀器,“人”即儀器的操作使用者:“機器”

  即儀器:“環境”則是便攜式智能儀器的工作環境,包括溫度、濕度、氣壓、照明、輻射、振動、噪聲、粉塵、有毒氣體等。

  4.3.1夕卜型設計便攜式智能儀器在使用過程中,長時間持于手中,外形應小巧、輕便、利于操作。例如,LSK-1水分快速測定儀的外形為大圓角矩形形式,操作者左手持儀器主機,右手操作插桿式傳感器進行水分采樣。儀器的顯示器位于主機的頂部,坐著或站立操作儀器時,移動手臂和手腕,可使顯示器處于視線與水平線夾角3~30°的視覺舒適范圍,避免由于頭的姿勢不自然而引起的頸部肌肉疼痛。商標位于顯示器的上方。

  儀器只有一個電源開關和一個操作鍵,通過軟件管理,操作鍵可以實現數字鍵、控制鍵的功能。左手持儀器主機后,大拇指能夠方便、自如地進行操作鍵的操作。

  與傳感器連接的屏蔽線則從主機的下方引出,進行傳感器操作時,屏蔽線不會影響主機。

  LSK-1水分快速測定儀主機的面板和背部都有防滑紋,以避免使用過程中發生滑落。主機的背部還設有電池蓋板,用戶不必打開主機就可方便地更接i電池。但這種外形設計不適于左撇子的生理習慣。

  4.3.2操作鍵設計隨著單片機技術的發展,便攜式智能儀器的參數調節都可以通過鍵盤輸人實現數字化操作,操作鍵(含數字鍵、控制鍵)代替了傳統便攜式儀器的切換開關和調節旋鈕。操作鍵結構簡單、裝配方便、造價低、可靠性高,易于實現各種造型設計。遵循簡化設計的原則,便攜式智能儀器的面板應簡潔,操作鍵數量應少。

  操作鍵的尺寸應根據操作指頭的大小設計,大拇指操作的鍵應大,其余手指操作的鍵應略小。為增強手的觸覺,操作鍵應設計成中間稍凹的形式。各操作鍵之間應保持一定的距離,以避免誤操作。操作鍵應高于面板,即使按下后也應不低于面板。操作鍵的表面應有一定的摩擦性和密封性。再者,操作鍵應具有良好的操作反饋信息,即操作時的聽覺信息、視覺信息或觸覺信息。

  電源開關等操作較少的開關、f鍵,可安置在不妨礙操作者測量操作的位置。經常操的按鍵應安置在便攜式智能儀器的易操作位置,常用的按鍵可設計成醒目的顏色。對于必須嚴格按時間、順序操作的按鍵,可按操作順序排列操作鍵位置。

  LSK1水分快速測定儀的操作鍵設計成橢圓狀,這種外形設計可以增加儀器的動感。操作鍵置于儀器的面板右側,左手持儀器后可以利用大拇指輕松自如地操作。

  43.3顯示器設計顯示器應設計安置在便攜式智能儀器操作者的佳視野范圍。

  便攜式智能儀器的顯示器一般采用功耗較低的液晶顯示器,即LCD.LCD的顯示板可以固定在儀器的面板上,也可以做成0~90°旋轉的形式。前者依靠調整儀器機身的方法獲得佳視角;后者只需要調整顯示板,即可獲得佳視角,但可靠性比前者低,不宜于野外使用的便攜式智能儀器采用。(下轉第29頁)附:定時中斷服務子程序源程序如下(其它程序略);置定時器TO初值,間隔0.1秒發射一次MOVTLO,開外部中斷0SETBIT0;置外部中斷0觸發方式為邊沿觸發RETI程序說明:為了節省電池能量,同時為考慮測距的要求,超聲波發射設計為間斷發射,間隔周期為0.1秒。通過設定定時器T0的初值,每隔0.1秒中斷一次,單片機每響應一次定時中斷,發射一次超聲波。

  為保證超聲波發射保持一定能量,因此發射指令執行完后要延時200叫。

  5結論超聲波測距電路比較簡單,成本較低,且具有較好的抗干擾性,在測量精度上雖然無法與激光和紅外線測距裝置相提并論,但就性能價格比而言,其精度是令人滿意的。經過多次測量,在要求的測量范圍內30cm~200cm,大誤差為0.5cm,且重復性好。

  系統硬件的核心采用了8751單片機,簡單易用,可擴充性好。

  機器人避障行走采用模糊算法進行控制,適應性強,抗干擾能力好。

  如果在機器人左右兩側裝上測距電路,控制精度更高。

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