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1、 血糖仪的设计摘要：人机工程学是一门新兴的边缘科学，把人机环境系统作为研究的基本对象，运用生理学、心理学和其它有关学科知识，根据人和机器的条件和特点，合理分配人和机器承担的操作职能，并使之相互适应，从而为人创造出舒适和安全的工作环境，使工效达到最优的一门综合性学科。本文中，主要进行了两部分介绍。第一部分为血糖仪的设计，设计了血糖测量仪的外观，采用CAD软件设计了其外观3D图，利用该血糖仪可以准确便捷的测量出患者的血糖。第二部分介绍分析了人机工程学的发展趋势。关键字：人机工程学 综合性学科 血糖仪一 血糖仪1.1 血糖概述血液中的糖份称为血糖，绝大多数情况下都是葡萄糖（英文简写Glu）。体内各组
2、织细胞活动所需的能量大部分来自葡萄糖，所以血糖必须保持一定的水平才能维持体内各器官和组织的需要。正常人在空腹血糖浓度3.616.11mmol/L。空腹血糖浓度超过7.0mmol/L称为高血糖。血糖浓度低于3.61mmol/L称为低血糖，我们拿到的血液生化检查报告中一般写着：葡萄糖，或者Glu。高血糖是机体血液中葡萄糖含量高于正常值。是机体内一个独立存在的病理改变，病变部位在血液，病变性质是血糖代谢紊乱。长期的高血糖使全身各脏器官及组织发生病理改变，其中包括心、脑、下肢等多处动脉硬化，脂肪及蛋白质分解加速，眼底视角膜毛细血管出现微血肿瘤等。鉴于此，我们课题组研制一种血糖测量仪，利用它可以方便快捷
3、的测量出人体的血糖值，患者可以根据自己的血糖值合理的安排运动以及膳食，降低血糖值。1.2 血糖测量方法血糖测量方法主要有两种：电化学法和光反射法。电化学法采用检测反应过程中产生的电流信号的原理来反应血糖值，酶与葡萄糖反应产生的电子通过电流记数设施，读取电子的数量，再转化成葡萄糖浓度读数。光反射法是检测反应过程中试条的颜色变化来反应血糖值的，通过酶与葡萄糖的反应产生的中间物（带颜色物质），运用检测器检测试纸反射面的反射光的强度，将这些反射光的强度，转化成葡萄糖浓度。1.3血糖仪外观设计图1 整体效果图设计的血糖仪其整体图如图1所示。该装置体积较小，简单易携，操作简单，相比市面上其他类型的血糖仪，
4、它更稳定，更可靠，更快捷，须血量更少，使用起来更加方便。它的高为100mm，宽为68mm，等待时间短，仅需要5秒便可以读出血糖值。包括一块液晶显示屏，用于显示测量结果及当前时间。两个按键，一个用于开机关机，另外一个用于记录查看，两个按键配合使用既可以对仪器进行校准，又可以对当前时间进行调整。一个试条插口，用于将采集到的血液进行分析。一个USB数据接口，通过系统自带的软件，可以将数据传输到电脑中，同时它还可以根据患者不同时间的血糖值绘制出血糖变化趋势，便于患者查看血糖变化。该系统还具有低功耗的特点，使用纽扣电池为整个仪器供电，便于拆卸，当电量不足时，可以方便的更换电池。 图2 正面图如图2所示的
5、液晶显示模块用于显示当前时间及其测量时的血糖值，由于高血糖患者老人居多，眼神并不是很好，因此我们选择了一块大屏，字体也相应的加大，按键也设计的足够大，便于患者操作和查看。 图3 背面图 如图3所示，设计了血糖仪背面的支撑座子，共有三个，顶部两个，底部一个，可以保证血糖仪置于平面时血糖仪底部的烤漆不被磨掉，三个座子可以很好地支撑整个平面，同时不会显得多余。底部座子由两个圆柱构成，保证了它的稳定性，同时将其设置为黑色使整个设计小巧，别致，在这里不会很突出，使得人们更关注与其他功能。如图所示的电池盒，它采用一个可以拆卸的盖子将电池扣在底部，当电池电量不足或耗尽时，通过拆下盖子便可以换新的电池，这种设
6、计使得更换电池极为方便，不需要打开仪器。背面图还包括铭牌，铭牌内容包括产品名称，型号，产品注册标准，供电电压，存储条件，用途以及注意事项等。图4 USB接口如图4所示为USB接口，它嵌入在血糖仪的内部，使用时将USB数据线插入到里面便可以使用。通过将USB接口嵌入到仪器的内部，可以有效的保护USB端子，以防止利器破坏它或者其他器件使得USB端子短路。二 人机工程学的发展趋势2.1 人机工程学概述人机工程学是从20世纪50年代开始迅速发展的一门新兴边缘科学。人机工程学是从人的生理和心里特性出发，研究人，机，环境的相互关系和相互作用的规律，以优化人-机-环境的一门 科学。人机工程学，亦即是应用人体
7、测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。2.2 人机工程学的特点人机工程学的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，不
8、单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究。在人机工程学中将这个系统称为“人机环境”系统。这个系统中，人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。本学科的人机系统设计理论，就是科学地利用三个要素间的有机联系来寻求系统的最佳参数。 系统设计的一般方法，通常是在明确系统总体要求的前提下，着重分析和研究人、机、环境三个要素对系统总体性能的影响，如系统中人和机的职能如何分工、如何配合、环境如何适应人、机对环境又有何影响等问题，经过不断修正和完善三要素的结构方式，最终确保系统最优组合方案的实现。这是人机工程学为
9、工业设计开拓了新的思路，并提供了独特的设计方法和有关理论依据。 2.3 人机工程学的应用1 人体工作行为解剖学和人体测量；工作事故，健康与安全包括人体测量和工作空间设计；姿势和生物力学负荷研究；与工作有关的骨骼、肌肉管理问题；健康人机工程；安全文化与安全管理；安全文化评价与改进。2 防护设计防护设计可以分为设计防护装置设计和个人防护用品设计。专为防护安全而设置，在机械设备上的各种防护装置其结构和布局应设计合理，使人体各部位均不能直接进入危险区。对机械防护装置设计应符合与人体测量参数相关的尺寸要求。 个人防护用品设计范围极广， 它既用于已有安全装置防止伤害的场合，也用于一些无法提供安全装置的危险
10、作业场所。为着重保护易受伤害的身体部位， 在不同的危险场所， 需要设计不同的器具；对于同一种器具，根据具体作业要求与环境的不同，设计重点也应不同。3 认知工效学和复杂任务；环境人机工程 认知技能和决策研究；环境状况和因素分析；工作环境人机工程。4 计算机人机工程；显示与控制布局设计；人机界面设计与评价 软件人机工程；计算机产品和外设的设计与布局；办公环境人机工程研究；人机界面形式。5 调节人机之间匹配操纵机器的人劳动日益沉重，工作超负荷成为一个突出的问题。在这种情况下，人往往出现应激反应，导致重大事故发生。现代人机系统中， 作业人员是在特定环境中操作和管理复杂系统和各种数字化设备，当人在这种环
11、境中工作时，既要靠眼睛来观察环境，又要靠细致的注视来完成精确的控制动作，通过人机工程技术分析，就可知道人在操作时如何分配注意力、体力，同时了解仪表、 屏幕以及外视景如何设计和合理分配才能获得最好的人机交互，既减轻操作人员的工作负荷又避免出错，切实提高人机工效。这对于计算机系统、自动化控制、交通运输、工业设计、军事领域以及社会系统中重大事变（战争、自然灾害、金融危机等） 的应急指挥和组织系统、 复杂工业系统中的故障快速处理、系统重构与修复、复杂坏境中仿人机器人的设计与制造等问题的解决都有着重要的参考价值。2.4 人机工程学的国内外发展状况人机工程技术是21世纪信息领域需要解决的重大课题。美国21
12、世纪信息技术计划中的基础研究内容为4项：软件、人机交互、网络、高性能计算机。其中，人机建模研究在信息技术中被列为与软件技术和计算机技术等并列的六项国家关键技术之一，并被认为“对于计算机工业有着突出的重要性，对其它工业也很重要”。美国国防关键技术计划不仅把人机交互列为软件技术发展的重要内容之一，而且还专门增加了与软件技术并列的人机界面这项内容。日本也提出了FPIEND21计划（Future Personalized Information Environment Development），其目标就是要开发21世纪个性化的信息环境。我国973、S-863、十五计划及未来的十一五计划均将人机交互列为
13、主要内容。 在中国，人机工程学的研究在20世纪30年代开始即有少量和零星的开展，但系统和深入的开展则在“文革”以后。1980年4月，国家标准局成立了全国人类工效学标准化技术委员会，统一规划、研究和审议全国有关人类工效学的基础标准的制定。1984年，国防科工委成立了国家军用人机环境系统工程标准化技术委员会。这两个技术委员会的建立，有力地推动了我国人机工程学研究的发展。此后在1989年又成立了中国人类工效学学会，再在1995年9月创刊了学会会刊人类工效学季刊。20世纪90年代初，北京航空航天大学首先成立了我国该专业的第一个博士学科点，随后南京航空航天大学、西北工大、北京理工大学、北大医学部等大学也
14、先后成立了相应的专业。当前，随着我国科技和经济的发展，人们对工作条件、生活品质的要求正逐步提高，对产品的人机工程特性也会日益重视。一些厂商把“以人为本”、“人体工学”的设计作为产品的卖点，也正是出于对这种新的需求取向的意识。2.5 人机工程学的发展趋势二十一世纪人类步入了信息时代，人机工程学的发展必然向着信息化、智能化、网络化的方向发展。人机工程学作为应用性学科，与人的工作生活息息相关，设计生产出更加人性化、高效能的设备、工具和日常生活用品是努力的目标。以发展的眼光看，人机工程学又分为技术人性化和人的技术化两个方面。下一个世纪技术人性化的最大体现将在于计算机虚拟现实技术的实用化。从人与计算机交
15、互方式的演变，从利用穿孔纸带输入计算程序，到面对终端机上的字符操作界面，再到个人计算机上的图形界面和多媒体，继而是网络和虚拟现实，就是计算机技术的日益“人性化”的过程，也就是人机工程特性的不断提高。盖茨的未来之路、尼葛洛庞帝的数字化生存和美国前副总统戈尔的“数字地球”的讲演都谈到虚拟现实的有关概念和前景，从人机工程学的角度来说，虚拟现实技术把人类的空间感、行走等感觉和行为功能纳入到人机交互之中，使得人与信息的交流变得更加自然和没有阻碍。在二十一世纪，随着计算机技术和网络技术的发展，基于人机工程学的虚拟设计和测试评价已经成为可能，这不仅可以节省大量的时间和资源，而且可以增强企业的竞争能力，使产品更具有使用性和人性化。 1 人机界面技术研究 在人机工程学中人机界面是最重要的一个研究分支，它是指人机间相互施加影响的区域，凡参与人机信息交流的一切领域都属于人机界面。可将设计界面定义为设计中所面对、所分析的一切信息交互的总和，它反映着人一物之间的关系。 广义的人机界面：在人机系统模型中，人与机之间存在一个相互作用的“面”，称为人-机界面，人与机之间的信息交流和控制活
