便携式智能仪器的工业设计

随着智能检测技术的进步和低功耗、微功耗器件的迅猛发展，便携式智能仪器发展迅速，应用越来越广泛，已经成为现代仪器发展的重要分支。便携式智能仪器主要应用于生产、加工、实验、医疗、军事等现场，易于携带和操作，有其特殊性。

过去，便携式智能仪器的工业设计不为设计、所重视，外形随意设计或参照国外同类产品拷贝设计的现象较多，极大地制约了我国便携式智能仪器的发展。实际上，便携式智能仪器的工业设计更应从人体工程学与技术美学的角度充分考虑，它与企业文化、产品特征、使用环境密切相关。

本文根据便携式智能仪器的特点，分析便携式智能仪器工业设计的重要性，提出其设计原则，并以便携式智能水分快速测定仪为例，从人体工程学与技术美学两方面，介绍了便携式智能仪器的工业设计方法。

2便携式智能仪器工业设计的必要性工业设计是产品技术功能设计和美学设计的有机结合与统一，是人机工程学、技术美学、经济学、心理学和现代科技发展的综合产物。

便携式智能仪器是手持式仪器，它不同于台式仪器，其工业设计直接影响使用人员的操作舒适感、读数准确性和视觉疲劳度。

产品的市场竞争力取决于产品性能、外观创意、销售价格和售后服务等各方面因素。

过去，许多便携式智能仪器产品在价格、性能、造型等方面或随波逐流，或机械模仿，因此，仪器的生命周期短，效益差，未能形成名牌优势。

随着微电子技术、计算机技术、信息处理技术的迅猛发展，未来的传感器和新器件的开发更趋于标准化、通用化，便携式智能仪器的功能渐趋一致，开发、升级周期越来越短，产品之间的竞争越来越激烈。

如何发挥创意，努力创新，创造出艺术性的便携式智能仪器，提升产品附加价值，让消费者看到产品后，马上产生一种符合自己需求的直觉，这是提高产品市场竞争力的重要手段。

3便携式智能仪器工业设计原则便携式智能仪器的工业设计应坚持实用、经济、美观的原则，使仪器在节省造价的前提下，实现悦目、精致、独特、雅观的外形设计。

3.1实用性设计原则便携式智能仪器的构成决定了仪器的物质功能。仪器的功能设计要体现出功能的科学性与先进性，同时要具有操作合理性、使用可靠性和维修可行性。

3.1.1简化仪器功能便携式智能仪器设计应简化仪器功能、简化仪器电路、简化仪器操作。仪器的功能越多，硬、软件设计越复杂，操作越繁琐，制约产品可靠性的单元越多，产品的可靠性越低。便携式智能仪器不能片面追求多功能。

在满足仪器必需功能的基础上，简化设计，可以提高仪器的可靠性，减少仪器的操作键，有利于仪器的工业设计。

便携式智能仪器的工作性能包括仪器的机械性能、电气性能、物理性能、化学性能与生物性能。便携式智能仪器现场使用性要求仪器必须具有小巧轻便、操作简单、可靠性篼、功耗低等特点。便携式智能仪器的造型应当是外形与仪器性能的**统一。

目前，便携式智能仪器的外壳、操作键基本采用注塑成型。由于利用计算机进行模具加工，加工精度篼、速度快，易于实现各种造型及表面处理。因此，便携式智能仪器的外观设计可以在短时间、低成本的前提下完成，并给人以精密、贵重、别致的感觉。

便携式智能仪器的外观应反映仪器精确的计量性能，切忌方头大脑、粗糙笨拙的外观设计。

3.1.3提高仪器使用性能长期现场使用的用户是评价便携式智能仪器物质功能的权威。便携式智能仪器的操作频繁，要求操作时应当舒适、省力、快捷、安全，而这些要求很大程度上是由外形设计所决定的。

便携式智能仪器在设计时，应根据仪器的使用环境和使用条件，考虑仪器的易操作设计，避免误操作，以提高产品的使用可靠性。

3.2造型美设计原则美是一种具有流动性的、相对综合的概念。人类思维的发展，科学技术的进步，都广泛影响人类审美观念的变化。便携式智能仪器的美观是仪器的形式美、结构美、工艺美、材质美和风格美的协调统一。

美是一种共同的视觉标准，需要不断地演练、比较与洞察，才能将其转换成一种直觉的专业知识。设计人员通过实际操作和学习、交流，逐渐具有创造美、创造价值的能力。设计人员应有敏锐的视觉判断力，在便携式智能仪器的造型设计中，充分考虑其它影响因素，如工艺可行性、市场流行需求等。

3.3低成本设计原则便携式智能仪器不是城市雕塑，作为希望批量化生产并获得广大用户的工业产品，它追求的不仅是社会效益，同样重要的是经济效益。因此，必须用价值工程理要求的前提下，降低制造成本，以尽量少的财力、人力和物力支出，产生尽量大的利润空间。

低成本设计的一个重要措施就是产品的通用化、标准化设计。尽可能采用通用部件和标准部件与元器件，有利于降低产品成本，简化生产工艺，提高产品的可靠性与维修性。

3.4面板与整机整体设计原则面板是仪器仪表实现人机交互的界面。仪器的型号、名称、显示、操作键等，都集中在面板上。可以说，面板对于仪器，无异于人的脸部，其造型、色彩、装饰是仪器的门面工程。便携式智能仪器小巧精致，面板设计决定了仪器的几何尺寸、内部结构和整机的设计风格，是仪器外观设计的主要内容。

3.5绿色设计原则绿色设计是一种观念上的变革。绿色设计不仅是企业塑造**企业形象的一种公关策略，也符合消费者日益增强的环保意识。便携式智能仪器的工业设计在设计过程中，要充分考虑到环境效益，尽量减少对环境的破坏。材料选择与工艺过程既要考虑尽量减少物质和能源消耗，减少三废排放，又要使不合格产品、报废产品能够方便地拆卸并分类回收，实现废旧材料的再生利用。

在绿色设计思想中，小就是美、少就是美。20世纪80年代，人类日益意识到人与自然的平衡关系和人对自然的依存关系，环保意识空前增强，兴起了一种追求极端简单的工业设计热潮。将便携式智能仪器的造型化简到**，创造简洁、实用、自然、充满人情味和个性的产品，也符合国际潮流。

4便携式智能仪器工业设计方法4.1色彩选定用户接触产品的**感觉是色彩，色彩直接影响便携式智能仪器的外观质量。合理的色彩搭配有利于提高便携式智能仪器的美观效果，增加使用过程中的视觉舒适度，提高仪器使用人员的工作效率。因此，便携式智能仪器的色彩表现要与仪器的功能及使用环境协调，配色与视觉效果的需求应一致，给操作者以精致、典雅、舒适的感觉。

一般情况下，便携式智能仪器采用低纯度冷色。低纯度冷色给人以雅致、沉静、温柔感，但不同国家和地区对色彩有不同的偏爱和禁忌。在中国，以及东南亚、非洲和欧洲的大部分国家，便携式智能仪器*好不采用黑色，而摩洛哥、瑞典则偏爱黑色；在中东地区，便携式智能仪器不能采用灰色；北欧和南美的一些国家喜欢红色；中东地区的国家，以及多哥、乍得、土耳其、罗马尼亚等国则喜欢白色。便携式智能仪器应根据产品使用地域、宗教信仰的差异造成的使用习惯与消费文化的差别，配置相应的色彩。

4.2商标设计商标是企业的特定标志，是宣传产品和企业文化的重要工具。便携式智能仪器的商标设计应新颖、简洁，有优美的动感，让人产生悦目感，且印象深刻。

商标主要由文字或图案设计而成。商标设计中也有禁忌伊斯兰教地区禁忌猪的图案，日本禁忌使用荷花图案，法国禁忌使用菊花图案，英国禁忌使用大象的图案，而东南亚则偏爱大象。

商标设计应符合生产企业的环境、历史、特点、企业文化、产品特征和商标选材与制造工艺。商标要处于便携式智能仪器面板的显要位置，印刷、镶嵌、粘贴均可，一般在加工仪器外壳时丝印而成。

4.3人机工程学设计便携式智能仪器人机工程学设计的目的是根据人的特征进行仪器的造型设计，使仪器符合人体功能要求和环境条件，使人能舒适、方便地a行操作使用。

人机工程学研究把人、机器、环境视为一体。对于便携式智能仪器，“人”即仪器的操作使用者“机器”

即仪器“环境”则是便携式智能仪器的工作环境，包括温度、湿度、气压、照明、辐射、振动、噪声、粉尘、有毒气体等。

4.3.1夕卜型设计便携式智能仪器在使用过程中，长时间持于手中，外形应小巧、轻便、利于操作。例如，LSK-1水分快速测定仪的外形为大圆角矩形形式，操作者左手持仪器主机，右手操作插杆式传感器进行水分采样。仪器的显示器位于主机的顶部，坐着或站立操作仪器时，移动手臂和手腕，可使显示器处于视线与水平线夹角3~30°的视觉舒适范围，避免由于头的姿势不自然而引起的颈部肌肉疼痛。商标位于显示器的上方。

仪器只有一个电源开关和一个操作键，通过软件管理，操作键可以实现数字键、控制键的功能。左手持仪器主机后，大拇指能够方便、自如地进行操作键的操作。

与传感器连接的屏蔽线则从主机的下方引出，进行传感器操作时，屏蔽线不会影响主机。

LSK-1水分快速测定仪主机的面板和背部都有防滑纹，以避免使用过程中发生滑落。主机的背部还设有电池盖板，用户不必打开主机就可方便地更接i电池。但这种外形设计不适于左撇子的生理习惯。

4.3.2操作键设计随着单片机技术的发展，便携式智能仪器的参数调节都可以通过键盘输人实现数字化操作，操作键（含数字键、控制键）代替了传统便携式仪器的切换开关和调节旋钮。操作键结构简单、装配方便、造价低、可靠性高，易于实现各种造型设计。遵循简化设计的原则，便携式智能仪器的面板应简洁，操作键数量应少。

操作键的尺寸应根据操作指头的大小设计，大拇指操作的键应大，其余手指操作的键应略小。为增强手的触觉，操作键应设计成中间稍凹的形式。各操作键之间应保持一定的距离，以避免误操作。操作键应高于面板，即使按下后也应不低于面板。操作键的表面应有一定的摩擦性和密封性。再者，操作键应具有良好的操作反馈信息，即操作时的听觉信息、视觉信息或触觉信息。

电源开关等操作较少的开关、f键，可安置在不妨碍操作者测量操作的位置。经常操的按键应安置在便携式智能仪器的易操作位置，*常用的按键可设计成*醒目的颜色。对于必须严格按时间、顺序操作的按键，可按操作顺序排列操作键位置。

LSK1水分快速测定仪的操作键设计成椭圆状，这种外形设计可以增加仪器的动感。操作键置于仪器的面板右侧，左手持仪器后可以利用大拇指轻松自如地操作。

43.3显示器设计显示器应设计安置在便携式智能仪器操作者的*佳视野范围。

便携式智能仪器的显示器一般采用功耗较低的液晶显示器，即LCD.LCD的显示板可以固定在仪器的面板上，也可以做成0~90°旋转的形式。前者依靠调整仪器机身的方法获得*佳视角；后者只需要调整显示板，即可获得*佳视角，但可靠性比前者低，不宜于野外使用的便携式智能仪器采用。（下转第29页）附定时中断服务子程序源程序如下（其它程序略）；置定时器TO初值，间隔0.1秒发射一次MOVTLO，开外部中断0SETBIT0；置外部中断0触发方式为边沿触发RETI程序说明为了节省电池能量，同时为考虑测距的要求，超声波发射设计为间断发射，间隔周期为0.1秒。通过设定定时器T0的初值，每隔0.1秒中断一次，单片机每响应一次定时中断，发射一次超声波。

为保证超声波发射保持一定能量，因此发射指令执行完后要延时200叫。

5结论超声波测距电路比较简单，成本较低，且具有较好的抗干扰性，在测量精度上虽然无法与激光和红外线测距装置相提并论，但就性能价格比而言，其精度是令人满意的。经过多次测量，在要求的测量范围内30cm~200cm，*大误差为0.5cm，且重复性好。

系统硬件的核心采用了8751单片机，简单易用，可扩充性好。

机器人避障行走采用模糊算法进行控制，适应性强，抗干扰能力好。

如果在机器人左右两侧装上测距电路，控制精度更高。