Zasada działania myszy optycznej. Pobieranie obrazu z czujnika optycznego myszy komputerowej za pomocą Arduino

Kupując komputer, wielu użytkowników zwraca uwagę tylko na wybór głównych i najdroższych komponentów - procesora, płyty głównej, karty graficznej itp.

Jeśli chodzi o wybór urządzeń peryferyjnych (myszy), pomija się tutaj wiele cech. Często użytkownik bierze to, co jest dołączone do jednostki systemowej, a następnie zastanawia się, dlaczego mysz szybko zawodzi (lub po prostu jest niewygodna w trzymaniu w dłoni).

W tym artykule omówimy główne cechy myszy komputerowej, które należy wziąć pod uwagę przy zakupie.

1 Rozmiar i kształt

Większość operacji komputerowych wykonuje się za pomocą myszy. Dzięki temu użytkownik prawie cały czas trzyma mysz w dłoni i przesuwa ją po stole lub macie. To tłumaczy konieczność wybrania właśnie takiego urządzenia, które swoim kształtem i rozmiarem idealnie dopasuje się do kształtu i wielkości dłoni. W przeciwnym razie trzymanie myszy nie będzie zbyt wygodne, szybciej się zmęczysz i będziesz czerpać mniej przyjemności z pracy.

Znam nawet osoby, których ręka tak bolała podczas długotrwałej pracy z niewygodną myszą, że mimowolnie stawały się na chwilę leworęczne. Gdy ręka zaczęła boleć, jak mówią, mysz przesunęła się na lewą, na lewą, przestawiano przyciski myszy na lewą, dzięki czemu można było uspokoić prawą rękę. Jest to bardzo niewygodne, jeśli nie jesteś tak naprawdę leworęczny, a praca na komputerze bardzo spowalnia.

Dlatego przed zakupem pamiętaj, aby trzymać mysz w dłoni i zastanowić się, jak wygodna jest z nią praca, jak wygodnie jest trzymać ją w dłoni (w prawej ręce dla osób praworęcznych i w lewej ręce dla leworęcznych).

2 Typ (rodzaj) myszy komputerowej

W zależności od typu myszy dzielą się na

• mechaniczny,
• optyczny i
• zdalny.

W zależności od typu, zobaczmy, jak wygląda mysz komputerowa.

Manipulatory mechaniczne wykorzystują specjalną kulkę, która obraca się, gdy urządzenie porusza się po płaskiej powierzchni.

Ryż. 1 mysz mechaniczna

W manipulatorach optycznych mysz wykorzystuje wskaźnik optyczny, który odczytuje zmiany pozycji myszy w stosunku do płaszczyzny, wzdłuż której porusza się mysz.

Ryż. 2 Mysz optyczna Połączenie USB z komputerem

Zdalne myszy działają na tej samej zasadzie co optyczne, ale nie mają połączenia przewodowego z komputerem.

Ryż. 3 zdalna mysz

W myszach zdalnych sygnał z manipulatora jest przesyłany bezprzewodowo zdalnie, podczas gdy same myszy pracują z baterii lub z akumulatora.

Myszy mechaniczne są w tej chwili przestarzałe. Praktycznie nikt ich nie używa ze względu na ich stosunkowo niską czułość i częste awarie. Szybko gromadzą kurz i brud, które zakłócają normalne działanie obracającej się kulki i czujników podbieracza. Nie ma sensu kupować takich manipulatorów, nawet jeśli są one atrakcyjne cenowo.

Najczęściej spotykane są myszy optyczne (ze względu na łatwość obsługi, niezawodność i trwałość).

Myszy zdalne są również używane dość często, ale mają szereg wad. Na przykład,

• możliwe problemy z czułością (m.in. z powodu braku przewodów),
• konieczność okresowej wymiany baterii,
• kontrola ładowania baterii, jeśli jest używana.

Niemniej jednak takie zdalne myszy mogą być przydatne dla tych, którzy pracują zdalnie z komputera. Na przykład w przypadku korzystania z komputera jako telewizora wygodniej jest przełączać kanały telewizyjne zdalnie, będąc na odległość, siedząc, jak mówią, na sofie, do której zdalna mysz może być jakże przydatna!

Zdalne myszy są również wygodne dla tych, którzy prezentują prezentacje przy użyciu komputera, ale jednocześnie nie mają możliwości pracy na profesjonalnym sprzęcie. Wtedy komputer (częściej nawet nie komputer, ale laptop) służy jako ekran do demonstracji, a zdalna myszka pozwala na zdalne przełączanie slajdów prezentacji (np. stojąc podczas przemówienia).

3 złącze

Wszelkie myszy, nawet te zdalne, muszą być podłączone do komputera przez porty. Myszy przewodowe mają odpowiednie złącze na końcu przewodu. Myszy bezprzewodowe mają specjalne urządzenie, takie jak mały pendrive, który również łączy się z portem komputera i służy jako odbiornik sygnałów z myszy zdalnej.

Ryż. 4 komputery / 2 porty

Myszkę można podłączyć do komputera

• do portu PC/2 (rys. 4 - port okrągły),
• a także do portu USB (rys. 2).

Jednocześnie myszy USB szybko zastępują myszy kablem PC/2 z rynku. Powodów jest kilka:

• po pierwsze, lepsze połączenie;
• po drugie, rozpowszechnienie złączy USB na prawie wszystkich nowoczesnych komputerach.

Zdarza się też, że w komputerze nie ma zbyt wielu portów USB, a do podłączenia myszy mogą nie wystarczyć. Rzadko, ale może się to zdarzyć. Wtedy przychodzą na ratunek – są to urządzenia, które pozwalają zrobić 2, 4 lub więcej portów USB z jednego portu USB. To sprawia, że ​​zakup myszy jest droższy, ponieważ oprócz niej trzeba dokupić rozdzielacz, ale pozwala to rozwiązać problem braku portów. Na szczęście brak USB to niezwykle rzadka sytuacja, w zwykłych pecetach (jeśli nie egzotycznych) portów USB zawsze wystarczy do podłączenia myszy.

Dla tych, którzy nie chcą rozstać się ze znajomą i stać się „rodzimą” myszą ze złączem PS-2 przy przesiadce na komputer, na którym nie ma portów PS-2, branża (niestety nie do końca rodzima, ale raczej chińska! ) Oferuje adaptery PS -2 - USB. Znowu jest to rzadkie zjawisko, łatwiej zmienić mysz na USB niż szukać, kupować, płacić za przejściówkę. Jednak dla tych, którzy chcą, możesz zaoferować tak nieco egzotyczną opcję podłączenia myszy do komputera.

4 Czułość

Ten wskaźnik jest mierzony w dpi (punkty na cal). Im wyższa czułość myszy komputerowej, tym dokładniej można przesuwać kursor myszy po przestrzeni roboczej (na ekranie) monitora.

Wyjaśnijmy. Chodzi o dokładność, z jaką możesz umieścić kursor myszy ręką w tym czy innym punkcie na ekranie. Im wyższa czułość, czyli im więcej punktów na cal, tym dokładniej możesz ustawić kursor myszy w żądanym punkcie ekranu.

Przypomnę, że cal to 2,54 cm, a my używamy tego systemu do mierzenia długości, ponieważ nie jesteśmy prekursorami technologii komputerowej, a więc korzystamy z cudzego systemu miar i wag.

W rzeczywistości wysoka czułość jest nie tylko dobra. Wręcz przeciwnie, wysoka czułość może powodować problemy, trudności w pracy z myszą. Wysoka czułość jest ważna dla tych, którzy pracują z grafiką komputerową w wysokiej rozdzielczości, dla projektantów komputerowych, dla konstruktorów i podobnych zawodów, które wymagają rysowania lub szkicowania za pomocą komputera. Wysoka czułość może przydać się „graczom”, fanom gier komputerowych, dla których ważna jest dokładność trafienia w określone pola na ekranie monitora.

W przeciwnym razie zwykli użytkownicy komputerów PC mogą poradzić sobie z manipulatorami myszy ze stosunkowo niską dokładnością. Dlaczego wysoka dokładność, jeśli na przykład tylko edytuje tekst? Możesz łatwo przesunąć mysz do żądanej linii, do żądanego symbolu tekstu, jak mówią „bez celowania”, a nie przegapisz!

Czułość wielu mechanicznych myszy waha się w granicach 400-500 dpi. Jednak, jak wspomniano wcześniej, ten rodzaj manipulatora należy już do przeszłości. W modelach optycznych wartość dpi może osiągnąć 800-1000.

Koszt konkretnego modelu myszy zależy bezpośrednio od czułości. Kupując mysz o wysokiej czułości, użytkownik PC dodatkowo płaci za tę opcję. To kolejny argument przemawiający za wyborem myszy, które nie są zbyt wrażliwe. Po co przepłacać, jeśli wysoka czułość nie jest potrzebna w normalnej pracy na komputerze?!

5 Liczba przycisków

Standardowa mysz ma tylko trzy kontrolki - prawy i lewy przycisk oraz kółko. Kółko myszy jest nie tylko znanym narzędziem do przewijania, ale służy również jako trzeci przycisk myszy. Koło można nacisnąć jak przycisk, kliknąć. Pozwala to np. otwierać okna w przeglądarce w nowych zakładkach (zobacz).

Praca z przyciskami i kółkiem myszy powinna być przyjemna i wygodna, w przeciwnym razie taka myszka może irytować użytkownika komputera. Na przykład przyciski (zarówno prawy, jak i lewy) mogą być zbyt ciasne i można je wciskać z dość dużą siłą. Nie jest to wygodne dla wszystkich, a przy dłuższej pracy możesz po prostu zmęczyć się naciskaniem przycisków, co czasami prowadzi do bolesnych i nieprzyjemnych wrażeń.

Przyciski myszy można wciskać cicho, prawie bezgłośnie lub głośno „klikać”. To też, jak mówią, dla amatora, ktoś lubi głośniej, z kliknięciem, a ktoś woli ciszę.

Przyciski można wciskać bez luzów, bez luzu, a w niektórych przypadkach luz może być tak duży, że wydaje się, że sam przycisk trochę się porusza, kołysze. Z drugiej strony przyciski z luzem mogą być denerwujące, z drugiej strony ktoś może je polubić. Jak mówią, nie dla wszystkich. Musisz spróbować własnoręcznie i wybrać.

Również kółko myszy. Może się łatwo obracać, ale może „zwolnić” i wymagać dodatkowego wysiłku. Tutaj też - tak jak lubisz.

Naciskanie koła może być lekkie lub może wymagać ćwiczeń palcem wskazującym. Szczególnie denerwujące jest, gdy koło jest wciśnięte bez klikania, kiedy nie można za bardzo wyczuć, czy zostało wciśnięte, czy nie. W takim przypadku naciśnięcie i przewijanie koła staje się podobne do koła ruletki, przesuwa się lub znika! Niezbyt wygodna, taka mysz jest bardziej dla poszukiwaczy mocnych wrażeń.

Dla zwykłego niedoświadczonego użytkownika komputera PC lepiej jest mieć mysz, gdzie wszystko jest proste i jasne:

• oto one, kliknięcia lewym i prawym przyciskiem myszy,
• tutaj jest przewijanie koła w górę iw dół (uwaga, czasami koło kręci się dobrze tylko w jednym kierunku w górę lub w dół, a w drugim się zacina, i to też należy sprawdzić przy zakupie!).
• I oto one, wyraźne i zrozumiałe kliknięcia kółkiem, czyli kliknięcia trzecim przyciskiem myszy.

Wszystko jest proste, niezawodne i praktyczne.

W przypadku zwykłych myszy z trzema przyciskami z reguły nie są potrzebne żadne dodatkowe sterowniki, są one już zawarte w systemach operacyjnych komputerów PC.

Ryż. 5 Mysz z wieloma przyciskami

W droższych i bardziej zaawansowanych modelach może być 4, 5, 6 lub więcej przycisków. Instalując sterowniki dla takich myszy, możesz "zawiesić" konkretną akcję (lub sekwencję akcji jednocześnie) na każdym przycisku. Może to być bardzo wygodne podczas pracy w niektórych specjalnych aplikacjach lub grach komputerowych. Co do reszty, te dodatkowe przyciski nie są potrzebne, lepiej nie przepłacać za nie producentom, a ograniczać się do standardowych manipulatorów, myszy dwuprzyciskowych z kółkiem (jest to trzeci przycisk).

6 Inne cechy

Może to być np. materiał obudowy, materiał guzików, producent itp. Tutaj powinieneś wybrać, skupiając się tylko na własnych preferencjach. Ktoś dobrze współpracuje ze zwykłymi plastikowymi myszkami. Ktoś woli metalowe myszy. Niektórzy lubią zwykłe guziki, podczas gdy inni chcą guzików z wycięciami w kształcie palców dla wygodnej pozycji dłoni.

Ktoś lubi myszy dowolnego koloru, podczas gdy ktoś woli tylko białe, tylko czarne, żółte, różowe, zielone, ale nigdy nie wiadomo, jakie są inne kolory!

Osobiście lubię na przykład myszy, które pracują na każdej powierzchni: na stole, na podkładce pod mysz, na obrusie, na ceratce, na tkaninie.

I są myszy, które do końca życia nie będą działać na przykład na jasnym stole, na ceratce czy na szkle, dopóki nie włożysz pod nie podkładki pod mysz lub przynajmniej zwykłej kartki papieru. I to jest również ważna cecha myszy, którą zaklasyfikujemy jako „inne cechy”.

Kolejną „inną cechą” jest to, jak szybko mysz zbiera kurz i brud ze stołu oraz jak łatwo jest z tego kurzu i brudu oczyszczana. Niestety nie ma idealnych miejsc pracy. Cokolwiek robisz, kurz i brud mają tendencję do pojawiania się raz za razem i osadzają się na dolnej powierzchni każdej, nawet najtańszej, nawet najdroższej myszy. I tutaj ważne jest, jak szybko mysz przestaje działać z tego powodu i jak łatwo można ją z tego wszystkiego wyczyścić. Brudna myszka może np. stracić czułość, albo zacząć „szarpać się”, co utrudnia trafienie kursora myszy w określone punkty na ekranie.

Ryż. 6 Mysz Apple ze sterowaniem dotykowym

Dla niektórych użytkowników komputerów PC ważną „inną cechą” może być nazwa producenta. Na przykład mając „zaawansowany” laptop od Apple, możesz chcieć myszy tego samego producenta ze sterowaniem dotykowym, gdy tylko poruszasz palcem, nie ma mechaniki, nic się nie kręci, a ruch palca jest wyłapywany. Za posiadanie tego manipulatora będziesz musiał dodatkowo zapłacić.

Albo możesz po prostu mieć nadzieję, że mniej lub bardziej znana inna firma nie będzie sprzedawać „złych” myszy, które mogą szybko zawieść. A potem możesz kupić mysz od producentów takich jak Logitech, Microsoft, A4 Tech.

Tutaj szczerze, jakie szczęście. Brzydka mysz a la „made in China”, jak mówią „noname” (czyli bez nazwy, bez wyraźnego producenta, bez znanego producenta) może służyć tak wiernie, że zapomnisz kiedy, gdzie a za jaką cenę został kupiony... Lub markowa mysz może dość szybko zawieść. Choć średnio myszy znanych producentów trwają dłużej i działają lepiej niż ich chińscy (i nie tylko) konkurenci.

Jak więc widzimy, myszy nie są tak prostymi urządzeniami. Posiadają wiele parametrów, którymi mogą się od siebie różnić. Wybór myszy jest ważnym punktem przy wyborze komputera. Ponieważ będziemy musieli pracować z myszą, ponieważ staliśmy się użytkownikami (a do pewnego stopnia nawet zakładnikami) nowoczesnej „technologii okien” przedstawiania informacji na ekranie monitora i przetwarzania ich nowoczesnymi środkami, które są nam dostarczane osobiście komputery.

Ankieta

Na ten temat możesz dodać:

Aby rozwiązać jeden z problemów, musiałem programowo odbierać i przetwarzać obrazy niewielkiego obszaru powierzchni papieru z bardzo bliskiej odległości. Nie otrzymawszy przyzwoitej jakości przy użyciu zwykłej kamery USB i już w połowie drogi do sklepu po mikroskop elektronowy, przypomniałem sobie jeden z wykładów, w którym opowiadano nam, jak działają różne urządzenia, w tym mysz komputerowa.

Przygotowanie i trochę teorii

Nie będę wdawał się w szczegóły zasady działania nowoczesnej myszy optycznej, napisano o tym bardzo szczegółowo (polecam przeczytanie do ogólnego opracowania).

Googlując informacje na ten temat i demontując starą mysz Logitech PS/2, zobaczyłem zdjęcie znane z artykułów z internetu.

Niezbyt skomplikowany układ „myszek pierwszej generacji”, czujnik optyczny pośrodku i układ interfejsu PS/2 nieco wyżej. Czujnik optyczny, z którym się zetknąłem, jest odpowiednikiem „popularnych” modeli ADNS2610 / ADNS2620 / PAN3101. Myślę, że one i ich odpowiedniki były masowo produkowane w tej samej chińskiej fabryce i na wyjściu otrzymały różne oznaczenia. Dokumentacja do tego została znaleziona bardzo łatwo, nawet razem z różnymi przykładami kodu.

Dokumentacja mówi, że czujnik ten odbiera obraz powierzchni 18x18 pikseli do 1500 razy na sekundę (rozdzielczość 400cpi), przechowuje go i przy użyciu algorytmów porównywania obrazów oblicza przesunięcie X i Y względem poprzedniej pozycji.

Realizacja

Do "komunikacji z czujnikiem" wykorzystałem popularną platformę obliczeniową Arduino i postanowiłem przylutować bezpośrednio do nóżek układu.

Podłączamy 5V i GND do odpowiednich wyjść Arduino, a nóżki czujników SDIO i SCLK do cyfrowych pinów 8 i 9.

Aby uzyskać przesunięcie we współrzędnych, należy odczytać wartość rejestru chipa pod adresami 0x02 (X) i 0x03 (Y), a aby zrzucić obraz, należy najpierw wpisać wartość 0x2A pod adresem 0x08, a następnie odczytać ją 18x18 razy z tego samego miejsca. Będzie to ostatnia „zapamiętana” wartość matrycy jasności obrazu z sensora optycznego.

Jak zaimplementowałem to na Arduino, można znaleźć tutaj: http://pastebin.com/YpRGbzAS (łącznie ~ 100 linijek kodu).

Aby otrzymać i wyświetlić obraz, napisano program w Processing.

Wynik

Po małym „dokończeniu” programu do mojego projektu udało mi się odebrać obraz bezpośrednio z czujnika optycznego i wykonać na nim wszystkie niezbędne obliczenia.

Widać na niej fakturę powierzchni (papieru), a nawet pojedyncze litery. Należy zauważyć, że tak wyraźną jakość obrazu uzyskuje się dzięki temu, że twórcy tego modelu myszy dodali do konstrukcji specjalną szklaną podstawkę z małym obiektywem bezpośrednio pod sensorem.

Jeśli zaczniesz unosić mysz nad powierzchnię nawet o kilka milimetrów, klarowność natychmiast zniknie.

Jeśli nagle chcesz to powtórzyć w domu, aby znaleźć mysz z podobnym czujnikiem, polecam poszukać starych urządzeń z interfejsem PS/2.

Wniosek

Mimo, że wynikowy obraz nie jest zbyt duży, to w zupełności wystarczył do mojego zadania (skaner kodów kreskowych). Wyszło bardzo oszczędnie i szybko (mysz na ~100r + Arduino + kilka dni na napisanie kodu).

Zostawię linki do materiałów, które bardzo mi się przydały do ​​rozwiązania tego problemu. To naprawdę nie było trudne i zostało zrobione z wielką przyjemnością. Teraz szukam informacji o chipach droższych modeli nowoczesnych myszy do uzyskania wysokiej jakości obrazów o wysokiej rozdzielczości. Być może uda mi się nawet złożyć coś w rodzaju mikroskopu (jakość obrazu z obecnego czujnika wyraźnie się do tego nie nadaje). Dziękuję za uwagę!

Mysz jest jednym z narzędzi, które można podłączyć do komputera w celu manipulowania kursorem. Kursor, migający prostokąt światła na ekranie, wskazuje, gdzie będzie znajdować się następna akcja operatora. Po wpisaniu litery pojawia się ona na ekranie w miejscu wskazanym przez kursor. Klawisze sterowania kursorem umożliwiają operatorowi przesuwanie kursora wzdłuż ekranu, w górę iw dół.

Ale obracająca się mysz na biurku operatora (poniżej) może przesuwać kursor po ekranie w dowolnym kierunku z prędkością ręki. Przyciski myszy pozwalają operatorowi wybierać opcje z menu OSD lub rysować linie na ekranie.

Istnieją dwa rodzaje myszy - mechaniczne i optyczne; każdy z łatwością mieści się w ludzkiej dłoni. Kiedy mysz mechaniczna (po prawej) porusza się po powierzchni, jej wewnętrzny mechanizm mierzy odległość, kierunek ruchu i nakazuje komputerowi powtórzenie tego ruchu na monitorze. Mysz optyczna (na dole po lewej) wykonuje to zadanie za pomocą wiązek światła do określenia kierunku myszy na siatce. Joystick (prawy dolny róg) służy jako mechanizm sterujący w wielu grach wideo.

Ruch myszy i kursor

Połączona z klawiaturą przewodami elektrycznymi, mysz sprawia, że ​​kursor naśladuje jego ruchy na ekranie w dowolnej odległości i kierunku. Dlatego poruszając myszą operator musi patrzeć na ekran. Ponieważ mysz może poruszać się w dowolnym kierunku, tworząc zakrzywione i ukośne linie, jest doskonałym narzędziem do rysowania.

Jak „widzi” mysz optyczna

Mysz optyczna zbudowana jest na specjalnej siatce. Gdy przesuniesz mysz nad siatkę, światło z diody LED, dioda elektroluminescencyjna, wejdzie do siatki. Soczewki i lustro wysyłają promienie do czujnika lub fotodetektora, który wyznacza współrzędne przebytych linii.

Jak działa mysz mechaniczna

Po wewnętrznej stronie myszy mechanicznej znajduje się kulka hamująca połączona z tarczami ze szczelinami (brązowa), która obraca się wraz z ruchem myszy. Dioda LED na każdym dysku emituje światło, natomiast fotodioda zlicza impulsy światła przechodzące przez szczeliny w obracającym się dysku. Impulsy te są przekształcane w ruch kursora na ekranie.

Wewnątrz joysticka

Podobnie jak mysz, joystick wykrywa ruch w dwóch kierunkach i koordynuje sygnały. Uchwyt przechodzi przez ruchomą oś (środek) i wchodzi w prawy róg ramienia (na dole). Dwa urządzenia elektroniczne zwane rezystorami zmiennymi wysyłają sygnały, które zmieniają położenie osi i dźwigni oraz powodują ruch kursora.

Mysz odbiera swój ruch w płaszczyźnie roboczej (zwykle na części powierzchni stołu) i przekazuje te informacje do komputera. Program działający na komputerze w odpowiedzi na ruch myszy wykonuje na ekranie akcję odpowiadającą kierunkowi i odległości tego ruchu. W różnych interfejsach (np. okienkowych), za pomocą myszy, użytkownik steruje specjalnym kursorem - wskaźnikiem - manipulatorem elementów interfejsu. Czasami wprowadzanie poleceń za pomocą myszy jest wykorzystywane bez udziału widocznych elementów interfejsu programu: poprzez analizę ruchów myszy. Ta metoda nazywa się „gestami myszy” (ang. gesty myszy).

Oprócz czujnika ruchu mysz posiada jeden lub więcej przycisków, a także dodatkowe detale sterujące (kółka przewijania, potencjometry, joysticki, trackballe, klawisze itp.), których działanie kojarzone jest zwykle z aktualną pozycją myszy. kursor (lub elementy konkretnego interfejsu) ...

Kontrolki myszy są pod wieloma względami ucieleśnieniem klawiatury akordowej (czyli ślepej klawiatury). Mysz, pierwotnie stworzona jako uzupełnienie klawiatury akordowej, w rzeczywistości ją zastąpiła.

Niektóre myszy mają wbudowane dodatkowe niezależne urządzenia - zegary, kalkulatory, telefony.

Fabuła

Pierwszym komputerem z myszą był minikomputer Xerox 8010 Star Information System ( język angielski), wprowadzony w 1981 roku. Mysz Xerox miała trzy przyciski i została wyceniona na 400 dolarów, co odpowiada około 930 dolarów w cenach inflacji z 2009 roku. W 1983 roku Apple wypuściło własną jednoprzyciskową myszkę do komputera Lisa, której cena została obniżona do 25 USD. Mysz zyskała dużą popularność ze względu na jej zastosowanie w komputerach Apple Macintosh, a później w systemie operacyjnym Windows dla komputerów kompatybilnych z IBM PC.

Czujniki przemieszczenia

W procesie „ewolucji” myszy komputerowej największe zmiany dokonały czujniki ruchu.

Napęd bezpośredni

Pierwsza mysz komputerowa

Oryginalna konstrukcja czujnika ruchu myszy, wynaleziona przez Douglasa Engelbarta w Stanford Research Institute w 1963 roku, składała się z dwóch prostopadłych kół wystających z korpusu urządzenia. Kiedy poruszałeś kółkiem, każda mysz obracała się we własnym wymiarze.

Ten projekt miał wiele wad i wkrótce został zastąpiony przez mysz kulkową.

Napęd kulowy

W napędzie kulkowym ruch myszy przenoszony jest na wystającą z korpusu gumowaną stalową kulkę (jej waga i gumowa powłoka zapewniają dobrą przyczepność do powierzchni roboczej). Dwie rolki dociskane do kuli rejestrują jej ruchy dla każdego z pomiarów i przekazują je do czujników, które przetwarzają te ruchy na sygnały elektryczne.

Główną wadą napędu kulkowego jest zanieczyszczenie kulki i rolek do wyjmowania, co prowadzi do zacinania się myszy i konieczności okresowego czyszczenia (częściowo problem ten został wygładzony przez metalizowanie rolek). Pomimo swoich wad, zawór kulowy od dawna dominuje, z powodzeniem konkurując z alternatywnymi konstrukcjami czujników. Obecnie myszy kulkowe są prawie całkowicie wyparte przez myszy optyczne drugiej generacji.

Były dwie opcje dla czujników napędu kulkowego.

Czujniki kontaktowe

Czujnik kontaktowy to tekstolitowy dysk z promieniującymi metalowymi ścieżkami i trzema dociśniętymi do niego stykami. Taki czujnik odziedziczyła myszka kulkowa z napędu bezpośredniego.

Głównymi wadami czujników kontaktowych są utlenianie styków, szybkie zużycie i niska dokładność. Dlatego z biegiem czasu wszystkie myszy przeszły na bezdotykowe czujniki transoptorowe.

Czujnik transoptora

Mechaniczna mysz komputerowa

Transoptor składa się z podwójnego transoptory- dioda LED i dwie fotodiody (zwykle podczerwone) oraz dysk z otworami lub promieniowymi szczelinami, blokujący strumień świetlny podczas jego obrotu. Gdy poruszasz myszą, dysk się obraca, a z fotodiod pobierany jest sygnał z częstotliwością odpowiadającą prędkości ruchu myszy.

Druga fotodioda, przesunięta o określony kąt lub posiadająca przesunięty układ otworów/szczelin na tarczy czujnika, służy do określenia kierunku obrotu tarczy (światło pojawia się/zanika na niej wcześniej lub później niż na pierwszej, w zależności od kierunku obrotu).

Myszy optyczne pierwszej generacji

Czujniki optyczne są przeznaczone do bezpośredniego śledzenia ruchu powierzchni roboczej względem myszy. Wyeliminowanie elementu mechanicznego zapewniło wyższą niezawodność i umożliwiło zwiększenie rozdzielczości detektora.

Pierwszą generację czujników optycznych reprezentowały różne schematy czujników transoptorowych z pośrednią komunikacją optyczną - emitującą i odbierającą światło od powierzchni roboczej diod światłoczułych. Takie czujniki miały jedną wspólną cechę – wymagały specjalnego zacienienia (linie prostopadłe lub w kształcie rombu) na powierzchni roboczej (podkładka pod mysz). Na niektórych dywanach cieniowanie wykonano farbami niewidocznymi w normalnym świetle (takie dywany mogą mieć nawet wzór).

Wady takich czujników są zwykle nazywane:

• konieczność użycia specjalnego dywanika i niemożność zastąpienia go innym. Między innymi podkładki różnych myszy optycznych często nie były wymienne i nie były produkowane osobno;
• potrzeba określonej orientacji myszy względem maty, w przeciwnym razie mysz nie działałaby poprawnie;
• wrażliwość myszy na zabrudzenia na macie (w końcu styka się ona z ręką użytkownika) – czujnik z wahaniem wyczuł zacienienie na zabrudzonych obszarach maty;
• wysoki koszt urządzenia.

W ZSRR myszy optyczne pierwszej generacji z reguły znajdowały się tylko w zagranicznych wyspecjalizowanych kompleksach obliczeniowych.

Myszy optyczne LED

Mysz z czujnikiem optycznym

Czujnik optyczny drugiej generacji IC

Druga generacja myszy optycznych ma bardziej wyrafinowaną konstrukcję. W dolnej części myszy zamontowana jest specjalna dioda LED, która oświetla powierzchnię, po której mysz się porusza. Miniaturowy aparat „fotografuje” powierzchnię ponad tysiąc razy na sekundę, przesyłając te dane do procesora, który wyciąga wnioski o zmianie współrzędnych. Myszki optyczne drugiej generacji mają ogromną przewagę nad pierwszą: nie wymagają specjalnej podkładki pod mysz i pracują na niemal każdej powierzchni poza lustrem lub przezroczystą; nawet na PTFE (w tym czarnym). Nie wymagają też czyszczenia.

Zakładano, że takie myszki będą działać na dowolnej powierzchni, ale szybko okazało się, że wiele sprzedawanych modeli (zwłaszcza pierwsze szeroko rozpowszechnione urządzenia) nie jest tak obojętne na wzory na macie. W niektórych częściach obrazu procesor graficzny może popełniać poważne błędy, co prowadzi do chaotycznych ruchów wskaźnika, które nie odpowiadają rzeczywistemu ruchowi. W przypadku myszy podatnych na takie awarie konieczne jest wybranie dywanu z innym wzorem lub nawet z monochromatyczną powłoką.

Niektóre modele są również podatne na wykrywanie niewielkich ruchów, gdy mysz jest w stanie spoczynku, co objawia się drżeniem wskaźnika na ekranie, czasem z tendencją do przesuwania się w jednym lub drugim kierunku.

Mysz z dwoma czujnikami

Czujniki drugiej generacji są stopniowo ulepszane, a obecnie myszy podatne na awarie są znacznie rzadsze. Oprócz ulepszenia czujników, niektóre modele są wyposażone w dwa czujniki przemieszczenia jednocześnie, co pozwala, analizując zmiany w dwóch obszarach powierzchni jednocześnie, wykluczyć ewentualne błędy. Te myszy są czasami zdolne do pracy ze szkłem, pleksiglasem i lustrami (na czym inne myszy nie pracują).

Istnieją również podkładki pod mysz zaprojektowane specjalnie dla myszy optycznych. Na przykład dywan, który ma na powierzchni silikonową folię z zawiesiną brokatu (przyjmuje się, że czujnik optyczny znacznie wyraźniej wykrywa ruchy na takiej powierzchni).

Wadą tej myszy jest złożoność jej jednoczesnego działania z tabletami graficznymi, te ostatnie, ze względu na swoje cechy sprzętowe, czasami tracą prawdziwy kierunek sygnału, gdy porusza się piórem i zaczynają zniekształcać trajektorię narzędzia podczas rysowania. Nie zaobserwowano takich odchyleń u myszy kulistych. W celu wyeliminowania tego problemu zaleca się stosowanie manipulatorów laserowych. Ponadto niektórzy przypisują blask takich myszy wadom myszy optycznych, nawet gdy komputer jest wyłączony. Ponieważ większość tanich myszy optycznych jest półprzezroczystych, przepuszczają one czerwone światło z diod LED, co utrudnia zasypianie, gdy komputer jest w sypialni. Dzieje się tak, gdy napięcie do portów PS/2 i USB jest dostarczane z rezerwowej linii napięcia; większość płyt głównych pozwala to zmienić za pomocą zworki +5V<->+ 5VSB, ale w tym przypadku nie będzie możliwości włączenia komputera z klawiatury.

Optyczne myszy laserowe

Czujnik laserowy

W ostatnich latach opracowano nowy, bardziej zaawansowany typ czujnika optycznego, wykorzystujący do oświetlenia laser półprzewodnikowy.

Niewiele wiadomo o wadach takich czujników, wiemy natomiast o ich zaletach:

• wyższa niezawodność i rozdzielczość
• brak zauważalnej poświaty (czujnik ma dostatecznie słabe oświetlenie laserowe zakresu widzialnego lub ewentualnie podczerwieni)
• niskie zużycie energii

Myszy indukcyjne

Tablet graficzny z myszką indukcyjną

Myszy indukcyjne używają specjalnej podkładki, która działa jak tablet graficzny lub jest dołączona do tabletu graficznego. W niektórych tabletach znajduje się manipulator przypominający szklaną mysz z krzyżem nitkowym, działający na tej samej zasadzie, ale nieco inny w wykonaniu, co pozwala na osiągnięcie zwiększonej dokładności pozycjonowania poprzez zwiększenie średnicy czułej cewki i wysunięcie jej z urządzenia do pole widzenia użytkownika.

Myszy indukcyjne mają dobrą dokładność i nie muszą być odpowiednio zorientowane. Mysz indukcyjna może być „bezprzewodowa” (tablet, na którym pracuje, jest podłączony do komputera) i mieć moc indukcyjną, w związku z czym nie wymaga baterii, jak zwykłe myszy bezprzewodowe.

Mysz dołączona do tabletu graficznego zaoszczędzi trochę miejsca na stole (pod warunkiem, że tablet zawsze będzie na nim).

Myszy indukcyjne są rzadkie, drogie i nie zawsze wygodne. Zmiana myszy na tablet graficzny na inną (na przykład bardziej odpowiednią do ręki itp.) jest prawie niemożliwa.

Myszy żyroskopowe

Oprócz przewijania w pionie i poziomie, joysticki myszy mogą być używane do alternatywnego przesuwania wskaźnika lub dokonywania regulacji podobnych do kół.

Trackballe

Myszy indukcyjne

Myszy indukcyjne najczęściej są zasilane indukcyjnie z platformy roboczej („mata”) lub tabletu graficznego. Ale takie myszy są tylko częściowo bezprzewodowe – tablet lub platforma nadal łączy się kablem. Dzięki temu kabel nie przeszkadza w ruchu myszki, ale też nie pozwala na pracę na odległość od komputera, jak w przypadku konwencjonalnej myszy bezprzewodowej.

Dodatkowe funkcje

Niektórzy producenci myszy dodają do myszy funkcję powiadamiania o wszelkich zdarzeniach zachodzących w komputerze. W szczególności modele Genius i Logitech, które powiadamiają o obecności nieprzeczytanych wiadomości e-mail w skrzynce odbiorczej poprzez miganie diody LED lub odtwarzanie muzyki przez głośnik wbudowany w mysz.

Znane są przypadki umieszczania wentylatora wewnątrz obudowy myszy w celu chłodzenia, podczas gdy ręka użytkownika pracuje strumieniem powietrza przez specjalne otwory. Niektóre modele myszy przeznaczone dla graczy komputerowych mają małe mimośrody wbudowane w korpus myszy, które zapewniają wrażenie wibracji podczas strzelania w grach komputerowych. Przykładem takich modeli jest linia Logitech iFeel Mouse.

Ponadto istnieją minimyszki przeznaczone dla posiadaczy laptopów, które są małe i lekkie.

Niektóre myszy bezprzewodowe mają możliwość pracy jako pilot (na przykład Logitech MediaPlay). Mają nieco zmodyfikowany kształt, aby działały nie tylko na stole, ale również trzymane w dłoni.

Zalety i wady

Mysz stała się podstawowym urządzeniem wskazującym dzięki następującym cechom:

• Bardzo niska cena (w porównaniu do innych urządzeń typu ekrany dotykowe).
• Mysz nadaje się do długotrwałego użytkowania. Na początku filmowcy multimedialni uwielbiali pokazywać komputery „przyszłości” z interfejsami dotykowymi, ale w praktyce ta metoda wprowadzania danych jest dość żmudna, ponieważ trzeba trzymać ręce na wadze.
• Wysoka precyzja pozycjonowania kursora. Za pomocą myszy (z wyjątkiem niektórych „nieudanych” modeli) łatwo jest dostać się do pożądanego piksela ekranu.
• Mysz pozwala na wiele różnych manipulacji - podwójne i potrójne kliknięcia, przeciąganie, gesty, naciskanie jednego przycisku podczas przeciągania drugiego itp. Dzięki temu możesz skoncentrować dużą liczbę kontrolek w jednej ręce - wieloprzyciskowe myszy pozwalają na przykład na sterowanie , przeglądarka bez angażowania klawiatury w ogóle ...

Wady myszy to:

• Niebezpieczeństwo zespołu cieśni nadgarstka (nie poparte badaniami klinicznymi).
• Do pracy wymagana jest płaska, gładka powierzchnia o wystarczającym rozmiarze (może z wyjątkiem myszy żyroskopowych).
• Niestabilność wibracji. Z tego powodu mysz praktycznie nie jest używana w urządzeniach wojskowych. Trackball wymaga mniej miejsca do pracy i nie wymaga poruszania ręką, nie może się zgubić, ma większą odporność na wpływy zewnętrzne i jest bardziej niezawodny.

Metody chwytania myszy

Według magazynu "Home PC".

Gracze rozróżniają trzy główne sposoby chwytania myszy.

• Palcami. Palce leżą płasko na guzikach, górna część dłoni spoczywa na „pięcie” myszy. Dolna część dłoni leży na stole. Zaletą są precyzyjne ruchy myszy.
• Jak pazur. Palce są zgięte i opierają się o przyciski tylko czubkami. „Pięta” myszy znajduje się pośrodku dłoni. Zaletą jest wygoda kliknięć.
• Z dłonią. Cała dłoń spoczywa na myszy, „pięta” myszy, podobnie jak w uchwycie pazurowym, spoczywa na środku dłoni. Chwyt jest bardziej odpowiedni do zamaszystych ruchów strzelców.

Myszy biurowe (z wyjątkiem małych myszy do laptopów) są zwykle równie odpowiednie dla wszystkich uchwytów. Myszy do gier z reguły są zoptymalizowane pod kątem tego lub innego chwytu - dlatego przy zakupie drogiej myszy zaleca się poznanie sposobu chwytu.

Wsparcie oprogramowania

Cechą wyróżniającą myszy jako klasę urządzeń jest dobra standaryzacja sprzętu

Urządzenie i zasada działania myszy optycznej

Dziś myszy optyczne nie są już niespodzianką. Ale dziesięć lat temu, kiedy pojawiła się dopiero pierwsza generacja optycznych „gryzoni”, niewielu mogło pochwalić się tak dziwacznym manipulatorem. Tymczasem możliwość poruszania kursorem za pomocą „gryzonia” z czerwoną diodą LED w „brzuchu” była kolejnym krokiem naprzód w technologii komputerowej.

Właściwie pierwsze myszy optyczne miały dwie diody LED, a jedna z nich emitowała światło w zakresie czerwonym, a druga w podczerwieni. W związku z tym pojawiły się dwie fotodiody, które pracowały „w parze” z wyżej wymienionymi diodami LED. Dla takiej myszy potrzebny był specjalny dywanik z powierzchnią wykonaną ze specjalnego materiału odblaskowego, na który nałożono drobną siateczkę prostopadłych do nich niebieskich i czarnych linii. Niebieskie linie pochłaniały światło z czerwonej diody LED, a czarne linie pochłaniały podczerwień.

W ten sposób jedna fotodioda „zauważyła” przejście nad niebieskimi liniami dywanu, a druga nad czarnymi. W momencie przejścia przez linię fotodioda generowała odpowiedni impuls elektryczny. Kontroler myszy, licząc impulsy, określał kierunek i ilość ruchu.

Można powiedzieć, że dywan pełnił funkcję podobną do funkcji pełnionej przez całą mechaniczną część myszy optyczno-mechanicznej (zwykła mysz z kulką, którą wielu prawdopodobnie rozbierało nieraz).

Zaletami takich myszy jest brak części ruchomych i bezwładnościowych, niezawodność działania i dokładność pozycjonowania. A do wad - dywan, który wymagał ciągłej pielęgnacji i czyszczenia, i jak zawsze (gdzie bez pieniędzy) - wysoki koszt. Ponadto, jeśli dywan został zgubiony lub uszkodzony, mysz traciła wydajność. Jednak w 1999 roku firma Agilent Technologies opracowała własną technologię nawigacji optycznej, która w ogóle nie wymagała dywanika. A ponieważ do tej pory firma Agilent wyprodukowała ponad 75 milionów sensorów różnych modyfikacji do myszy optycznych, można przypuszczać, że technologia ta trafiła na dwór zarówno producentów, jak i użytkowników. Ponadto wspomniana firma produkuje nie tylko czujniki optyczne, ale także praktycznie wszystkie niezbędne elementy do montażu myszy optycznej (rodzaj zestawu do samodzielnego montażu (patrz rys. 1)), co umożliwia produkcję myszy optycznych nawet dla małych (tak i chcę dodać "chińskie") firm. Rysunek 1 przedstawia dwie opcje obiektywu i klipsa. Ale niezależnie od tego, który z nich preferuje producent, nie wpływa to zasadniczo na działanie układu optycznego.

Istota tej technologii jest następująca: czujnik optyczny sekwencyjnie odczytuje obrazy powierzchni (ramki), a następnie matematycznie określa kierunek i ilość ruchu.

czerwony

Dioda LED

klips do led

Kompletny układ optyczny składa się z czterech elementów: czujnika optycznego, soczewki, czerwonej diody LED i zacisku diody LED. Jak wygląda zmontowany, można zobaczyć na ryc. 2.

Optyczny

Czujnik optyczny zawiera trzy bloki funkcjonalne: system wykrywania obrazu (IAS); cyfrowy procesor sygnału (DPS); szeregowy interfejs danych.

Strukturalnie czujnik optyczny to mikroukład z szesnastoma nóżkami (choć istnieje opcja z ośmioma), w dolnej części (od strony nóżek) znajduje się soczewka.

Za obiektywem znajduje się monochromatyczna kamera CMOS (CMOS), która fotografuje niewielki obszar powierzchni o powierzchni około milimetra kwadratowego. Rama powierzchniowa podzielona jest na małe obszary (kwadraty). Dla każdego takiego obszaru obliczana jest średnia wartość jasności. Zakres przypisywanych wartości wynosi od 0 do 63, gdzie 0 jest przypisane do czarnego obszaru, a 63

Biały. W ten sposób uzyskuje się obraz mozaikowy składający się z kwadratów o różnej jasności. Oto jeden taki kwadrat, tj. element obrazu i jest punktem zakotwiczenia, a raczej jedną próbką (patrz rys. 3). A rozdzielczość myszy optycznej jest określona w liczbach na cal, tj. cpi, a nie dpi jak u normalnych myszy. Agilent produkuje czujniki zarówno w rozdzielczości 400, jak i 800 cpi, a modele 800 cpi można zaprogramować do pracy przy 400 cpi. Nawiasem mówiąc, niektóre firmy w charakterystyce technicznej swoich myszy optycznych deklarują rozdzielczość 420 lub 500 cpi. Ale przeglądając dokumentację techniczną dla różnych czujników, nie widziałem takich cech. A to, że jakaś mała chińska firma produkuje czujniki własnej konstrukcji, kiedy tak uznany autorytet w tej dziedzinie „myślenia” jak Logitech kupuje je od Agilent, jest bardzo trudno uwierzyć. A jeśli już wspomniałem o Logitechu, to dodam, że większość jego modeli, poza najtańszymi, wyposażona jest w sensory o rozdzielczości 800 cpi.

Wróćmy jednak do technologii. Mając na uwadze, że czujnik fotografuje bardzo mały obszar powierzchni, a kursor musi poruszać się płynnie i bez opóźnień na ekranie, a do tego kolejno odczytywane ramki powierzchni muszą nachodzić na siebie z lekkim przemieszczeniem, powierzchnia jest fotografowane z bardzo dużą prędkością - 1500 zdjęć na sekundę... Pozwala to myszy na poruszanie się z prędkością do 30 centymetrów na sekundę. Dostępne są również opcje czujnika, które rejestrują powierzchnie z prędkością 2000 lub 2300 klatek na sekundę i poruszają myszą z prędkością 14 cali (35 cm) na sekundę. Co więcej, Microsoft twierdzi, że jego najnowsze osiągnięcia obejmują czujniki o prędkości fotografowania 6000 klatek na sekundę. Znowu arkusz danych na

Takiego czujnika nie widziałem, ale myślę, że w tym przypadku jest to całkiem możliwe. Wszystko to dotyczy systemu odczytu obrazu. Ponadto przechwycone klatki są przetwarzane przez cyfrowy procesor sygnału zgodnie ze specjalnym, naturalnie opatentowanym algorytmem. Porównując odebrane ramki, procesor określa wielkość i kierunek ruchu myszy (patrz rys. 3), a następnie przekształca te dane na współrzędne.

Ponieważ większość czujników jest kwarcowana przez generator o częstotliwości 18 MHz (istnieją opcje dla 24 MHz), można przyjąć, że moc procesora cyfrowego wynosi 18 milionów operacji na sekundę. Następnie obliczone współrzędne przesyłane są do komputera za pomocą interfejsu szeregowego. Pierwsze modele czujników potrafiły „komunikować się” z komputerem przez interfejs PS/2, a do pracy przez interfejs USB wymagany był dodatkowy kontroler. Nawiasem mówiąc, domyślna częstotliwość wysyłania współrzędnych przy korzystaniu z interfejsu USB to 125 razy na sekundę, PS/2 - 100 razy. Ale poprzez port szeregowy można ustawić niektóre parametry samego czujnika - w szczególności rozdzielczość i częstotliwość wysyłania współrzędnych.

Przyjrzyjmy się teraz przeznaczeniu pozostałych elementów układu optycznego. Ponieważ pod pachą jest ciemno nawet w ciągu dnia, powierzchnia, na której czujnik fotografuje, musi być oświetlona. Kamera z czujnikiem jest ustawiona na odbiór światła w czerwonym widmie promieniowania (l = 639 nm). Dlatego zastosowano czerwoną diodę LED, której głównym zadaniem jest zapewnienie działania czujnika na całej powierzchni roboczej nawet przy minimalnej ilości emitowanego światła. Im wyższa jasność podświetlenia, tym więcej powierzchni będzie działał na czujniku.

Aby zapewnić równomierne oświetlenie powierzchni, światło z diody LED przechodzi przez światłowód i jest rozpraszane przez soczewkę. Czujnik odczytuje obraz powierzchni przez drugą soczewkę. Strukturalnie dwie soczewki i światłowód są wykonane jako jeden element i nazywane są jednym słowem „soczewka”.

Oprócz rozpraszania i skupiania światła, soczewka spełnia jeszcze jedną ważną funkcję – ochronę matrycy przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Oczywiste jest, że soczewka powinna znajdować się w ściśle określonej odległości od powierzchni roboczej i czujnika. Dlatego płytka drukowana (PCB) oraz płyta bazowa, na której montowane są elementy układu optycznego, muszą mieć ściśle określone parametry, w tym grubość. Otóż ​​ostatnim elementem układu optycznego jest zatrzask. Służy do mocowania elementów układu optycznego względem siebie.

W tym momencie można zostawić układ optyczny w spokoju i mówić o powierzchni, na której ten układ powinien pracować. Ponieważ czujnik wykorzystuje mikroskopijne cechy powierzchni, im więcej cech, tym lepiej. Należą do nich powierzchnie o dobrej fakturze (którą posiada każda tkanina) i wzorzystych cechach. Myszy optyczne działają całkiem dobrze na zwykłym białym papierze. Ale z każdą odblaskową powierzchnią czujnik nie działa dobrze, czy to lustro, szkło, czy tylko plastikowa powierzchnia maty. Wśród „złych” powierzchni znajdują się również powierzchnie rastrowe i dywaniki z trójwymiarowym obrazem.

Ale tak czy inaczej, takie pozytywne aspekty, jak brak ruchomych części, precyzyjne pozycjonowanie, płynne i lekkie ruchy sprawiają, że mysz optyczna jest dość atrakcyjnym produktem do kupienia.

A jeśli weźmiesz myszy w kategorii cenowej do 20 USD, najprawdopodobniej będą miały ten sam typ czujnika i odpowiednio identyczne cechy. W takim przypadku należy zwrócić uwagę na ergonomię produktu, obecność

dodatkowe guziki, jakość materiałów i nazwa producenta. Ponadto jakość wykonania jest ważnym czynnikiem w przypadku myszy optycznych. A jeśli po raz pierwszy usłyszysz nazwę firmy, powinieneś pomyśleć o tym, czy wziąć taką mysz, czy nie. W każdym razie przed zakupem nie zaszkodzi przeczytać recenzje poświęcone konkretnym modelom.

To chyba wszystko. Wszystkiego najlepszego.

Igor Masłowski, mi_2@tut.by

Światłowód jest podniesiony nad mikroukładem

Obiektyw i dyfuzor

Widok obiektywnej części myszy optycznej

Widok z dołu zmontowanej części obiektywu