Просте фотореле із комп'ютерної миші. Пристрій та принцип роботи оптичної миші Датчик пилу з оптичної мишки

Якщо у Вас зламалася комп'ютерна мишка, не поспішайте купувати нову. Цілком можливо, що Ви самостійно зможете відремонтувати поломку і пристрій прослужить Вам ще не один рік.

Барахліт сенсор миші

Часто трапляється ситуація, коли ми не можемо точно навести курсор на певну точку. Він постійно тремтить і переміщається сам собою. Така ситуація явно вказує на засмічення оптичної групи мишки.

Засмічення найчастіше буває зовнішнім. У відсік, де світло діода відбивається від столу, потрапляє пил чи волосся. Щоб позбутися такого забруднення не потрібно навіть розбирати мишку. Достатньо перевернути її та продути. В крайньому випадку, скористатися невеликим пензликом, щоб видалити сміття, що прилипло.

Якщо ж і після таких маніпуляцій курсор мишки тремтить, то, найімовірніше, що сенсор засмічився всередині, або зовсім вийшов з ладу. У будь-якому випадку можна спробувати розібрати мишку і почистити сенсор за допомогою зубочистки з намотаною на неї ваткою, просоченою спиртом.

Перед тим як чистити сенсор ваткою, можна спробувати продмуть його, щоб видмути дрібнодисперсійний пил, який може прилипнути після намокання. Після цього акуратно без натиску вводьте зубочистку обертальними рухами в отвір сенсора. Зробивши пару проворотів і не припиняючи обертати, витягуємо зубочистку, чекаємо на висихання спирту і пробуємо підключити мишу.

Якщо і після всіх спроб очищення сенсор нормально не працює, то за наявності іншої мишки, паяльника та прямих рук можна випаяти неробочу мікросхему і замінити її датчиком від іншої мишки. Однак, це вже вимагає певної вправності, тому не всі зможуть провернути таке...

Прокручується коліщатко мишки

Буває так, що мишка працює нормально, але при спробі скористатися її коліщатком, сторінка, яку ми прокручуємо, починає стрибати то вгору, то вниз, або взагалі не хоче скроллитися. На жаль, вихід колеса миші з ладу - досить часта поломка і саме вона спонукала мене до написання цієї статті.

Для початку необхідно уважно розглянути, як рівномірно колесо крутиться в пазі. Сам паз і вісь колеса мають шестикутне перетин, але іноді одна або кілька сторін цього шестикутника може деформуватися, в результаті чого буде спостерігатися прослизання осі в проблемному місці.

Якщо у Вас саме така проблема, вона вирішується за рахунок ущільнення краю осі колеса скотчем або ізолентою в невеликих кількостях. Якщо ж з рухом коліщатка все нормально, то поломка сталася всередині енкодера (датчика прокручування). Від тривалого використання він міг розбовтатися і слід трохи ущільнити:

Для цього візьміть невеликі плоскогубці і по черзі притисніть ними чотири металеві скоби, якими енодер кріпиться до пластмасових деталей механізму прокручування. Тут головне не перестаратися і не зламати крихкий пластик, але водночас підібгати сильніше. Спробуйте підключати мишу та перевіряти, чи зменшився негативний ефект під час прокручування після кожного підтискання.

На жаль, у моєму випадку повністю позбутися ривків не вдалося. Так, частота та розкид у скачках сторінки зменшилися, але самі стрибки повністю не зникли. Тоді я вирішив підійти до питання ущільнення радикально і істинно російською:) Вирізав зі старої упаковки від батарейок шматочок тонкого, але щільного поліетилену і встромив усередину механізму:

Що найцікавіше, ця маніпуляція допомогла! Мені залишилося тільки обрізати зайву довжину смужки та зібрати мишу:)

Не працюють кнопки миші

Остання, і найнеприємніша, поломка - це неробоча кнопка. Чи ліва, права чи та, що під коліском не важливо - вони всі зазвичай однакові. Важливо те, що неробоча кнопка практично не лагодиться. Можна лише замінити її перемикач, випаявши паяльником неробочий і поставивши на його місце новий або запозичений з іншої мишки.

Мікроперемикач має три "ніжки", перша з яких - звичайний фіксатор, а дві інші - контакти, які потрібно паяти. Фіксатор припаювати не потрібно. Він служить тільки як "захист від дурня", щоб Ви помилково не вставили мікроперемикач не тією стороною.

Іноді кнопка працює, але спрацьовує не при кожному натисканні. Такий симптом може сигналізувати, що від частого використання стерся край штовхача кнопки, який натискає мікроперемикач.

Розбираємо мишу та уважно вивчаємо проблемну кнопку та її штовхач. Якщо бачимо невелику вм'ятку, то проблема може бути саме в ній. Достатньо залити пром'яте місце крапелькою епоксидної смоли або розплавленої пластмаси.

Остання проблема з якою Ви можете зіткнутися – кнопка миші робить подвійний клік при натисканні на неї. Вирішити цю справу можна перепаюванням мікроперемикача або... програмно! У будь-якому випадку перед тим як братися за паяльник перевірте правильність налаштувань мишки в Панелі керування Windows:

За стандартом полозок швидкості подвійного клацання повинен бути по центру, а опція залипання кнопок миші - відключена. Спробуйте виставити такі параметри та перевірте, чи вирішилася проблема. Якщо ні, ще один радикальний програмний спосіб лікування подвійного кліка - видалення драйвера миші. Як правильно видалити драйвер написано.

Висновки

Мишки - одні з пристроїв комп'ютера, що найбільш активно використовуються. Тому не дивно, що вони часто виходять із ладу. Однак, завдяки простоті їхнього пристрою, полагодити мишку в більшості випадків може кожен!

Для цього необов'язково вміти паяти чи розбиратися в електроніці. Головне чітко діагностувати причину поломки. Тут, як у медицині, правильний діагноз – шлях до успішного ремонту.

Сподіваюся, наша стаття дозволить Вам визначити, що саме зламалося у Вашій мишці, а значить, і полагодити поломку. Успішного ремонту!

P.S. Дозволяється вільно копіювати та цитувати цю статтю за умови вказівки відкритого активного посилання на джерело та збереження авторства Руслана Тертишного.

Завдання: швидко зробити датчик лінійного переміщення із комп'ютерної мишки.

У звичайних мишках ховається високочутливий оптичний датчик. Там ховається своя маленька камера і процесор обробки, який відстежує пересування найменших точок на поверхні. У топових мишках роздільна здатність становить всього 3 мкм!

З яким пахвовим камінням ми зіткнулися, плюс технічна частина, розповімо далі!

Наступне ТЗ дав замовник: зробити якнайшвидше, з будь-якою мишкою (можливо бездротовою), виводити на 7 сегментний індикатор, обнуляти по кнопці, комп'ютер не підходить, потрібна роздільна здатність 0.01 мм, максимальна відстань 1000 мм.

Спочатку як все це робилося:

Зчитування координат xy з мишки: Реалізувати зчитування даних можна декількома способами: а) Безпосередньо з мікросхеми оптичного сенсора + Можна обійтися простим контролером - Про універсальність можна забути зовсім б) Підключити мишку USB до простих контролерів (наприклад до ардуїно) + Простота і дешевизна - Потрібно паяти - Під рукою була тільки arduino, а до неї можна підключити миші сумісні з PS/2, а вони зазвичай дуже неточні. Можна було на stm32, але налагоджувальні плати сильно подорожчали, самому паяти не було часу. (але якщо цікаво, то кілька років тому був такий схожий проект саме на stm32f4discovery) в) Взяти якийсь простий платний комп'ютер. Під рукою був саме Raspberri pi.
+ Підходить для будь-яких USB мишок + Хороша продуктивність - Дорого, але може надмірна потужність знадобиться потім

У підсумку, під ніж хірурга лягла Малина пі 3. Чотири 64 бітні ядра A-53 по 1GHz, 512 МБ оперативної пам'яті і багато інших космічних для цього завдання циферок.Завдання: Індикація має бути на виданих 7-сегментних індикаторах. Виходить нам потрібно по 6 цифр на одну координату, разом 12 індикаторів. Кожен індикатор має 7 ніжок на цифри+ ніжка на світлодіод точки (dp), загальний провід не рахуємо. Разом після простих розрахунків отримуємо, щоми маємо керувати 96 провідниками плюс потрібна кнопка.

96 резисторів не дуже хотілося витрачати.
Слухайте!

Управляти відразу таким масивом ніжок немає можливості. Вихід є! І навіть дещо!

1) Використовувати додаткові мікросхеми на кшталт max7219, чи зсувні регістри, мультплексори, тощо.
Можна майже нескінченно нарощувати кількість індикаторів.
- Max7219 виявилася з робочою напругою 5 В

- Не було під рукою нічого придатного.
2) Можна зробити динамічну індикацію. Одночасно запалювати лише один світлодіодний індикатор. Якщо індикатори перемикати дуже швидко, людське око не помітить підстави. + Потрібно лише 8 проводів та резисторів на один індикатор та 12 на перемикання індикаторів. Плюс не забуваємо кнопки.
- Так як ми намагаємося керувати цілим індикатором через один пін розбері, то максимальний струм у нас обмежений 50 мА. Завжди беремо запас, і беремо 35 мА на всі 8 світлодіодів (що не надто). Ще до цього додамо швидке перемикання індикаторів. У результаті у нас кожен світить у 12 разів менше, ніж треба. Доопрацювати можна 12 транзисторами, але залишив це потім, т.к. яскравості зрештою вистачило.

Тепер починається софт:

На розбері пі треба поставити linux. Я поставив мінімальний дистрибутив
RASPBIAN JESSIE LITE.

Далі через програму putty підключився до IP-малинки, і далі все через командний рядок.
Щоб було простіше працювати з GPIO (портами введення та виведення) є чудова бібліотека WiringPi.

Як встановлювати її та керувати портами, ви зможете знайти багато інформації в мережі, тому не докладно зупинятиму на цьому.

Cd /home/pi sudo mkdir mouse cd /home/pi/mouse
Далі відкриваємо редактор і вставляємо код із гіта. ВАЖЛИВО! Код писав дуже швидку руку!

Sudo nano
для виходу з редактора потрібно натиснути Alt+x та зберегти файл під назвою blinker.c. Далі треба обов'язково скомпілювати із зазначенням wiring pi:

Gcc -o mouse mouse.c -l wiringPi
Всі! Тепер підключаємо мишку, вставляємо дроти та запускаємо!

Підключення проводів

// pin number declarations. We"re using the Broadcom чип pin numbers.

Const int p21pin = 2;
const int p22pin = 3;
const int p23pin = 4;
const int p24pin = 17;
const int p25pin = 27;
const int p26pin = 22;
const int p11pin = 10;
const int p12pin = 9;
const int p13pin = 11;
const int p14pin = 5;
const int p15pin = 6;
const int p16pin = 13;
const int papin = 8;
const int pbpin = 23;
const int pcpin = 12;
const int pdpin = 20;
const int pepin = 21;
const int pfpin = 24;
const int pgpin = 18;
const int pdppin = 16;

Const int butpin = 26;

Sudo nano /etc/rc.local і перед exit 0 дописати два рядки cd /home/pi/mouse sudo ./mouse &
Працювати з цією прогою дуже просто. після натискання кнопки миші або просто кнопки на платі йде обнулення. При тривалому натисканні кнопки переходимо до режиму регулювання DPI. Це важливий параметр що задається мишкою та показує скільки відліків ми отримаємо під час руху на один дюйм. Відповідно копка на платі та на мишці додає та зменшує DPI. Довго натискаємо наше значення записалося у файл і надійно зберігається до наступного завантаження системи. Для чистоти експерименту в програмі, індикація, отримання інформації з мишки і кнопка обробляються в паралельних процесах.

1. Осі X і Y на моїй мишці були не паралельні бічним граням, доводилося для обчислення реальної відстані користуватися піфагоровими штанами.

2. Роздільна здатність не одно похибка!

Простою мовою - роздільна здатність дійсно показує мінімальне переміщення, яке побачить мишка (відліки в комп'ютері повинні бути дискретні мінімальної роздільної здатності). А ось що мишка нічого не пропустить, нічим не гарантується. Можна зменшити цю величину, використовуючи хороші поверхні (щоб оптичний сенсор міг відстежувати переміщення), використовувати невеликі швидкості. Але перепустки будуть завжди! Для користувача це означає постійний догляд за нулем і непрогнозовану похибку вимірювання.

3. USB HID по якому працює миша не гарантує доставку інформації до комп'ютера! Тобто невідомо чи пропустив комп'ютер якусь інформацію з мишки чи ні. Імовірність зникнення інформації мала, але все ж таки є.

4. Налаштування чутливості (роздільна здатність) іноді зберігаються не в мишці, а в програмі для мишки.

5. Тут я дуже злий!Справа в тому, що мишку я брав найкрутішу з асортименту Logitech, це найпросунутіша була на той день модель logitech performance mx. Але який був мій подив, коли миша давала різні похибки під час руху вперед і назад. ЦЕ ЯК?Поясню для користувача. Якщо постійно рухати мишку назад і вперед, курсор відчутно так все знижується і знижується. Це на будь-яких платформах. Доводиться періодично піднімати мишку та ставити на нове місце. Після того, як я помітив це, моє життя перетворилося на жах! #Logitech

У переважній більшості маніпуляторів типу «миша», що нині випускаються, використовуються оптичні датчики реєстрації переміщень. Однак не всі вони влаштовані однаково: в даний час набули поширення кілька технологій, кожна з яких має свої особливості. Їх ми й розглянемо у цьому огляді.

Масове використання оптичних сенсорів в серійно моделях, що випускаються, почалося в кінці 90-х років і справило воістину революційні зміни у сфері комп'ютерних маніпуляторів. Спочатку оптичні миші були помітно дорожчі моделей з кулькою, що катається, і оптомеханічними датчиками, але, навіть незважаючи на це, нова конструкція швидко завоювала симпатії користувачів завдяки цілому ряду важливих переваг. По-перше, завдяки відсутності рухомих частин оптичний датчик значно надійніший за оптомеханічний і до того ж не потребує регулярного чищення. По-друге, оптичні сенсори забезпечують більш високу точність: навіть перші моделі величина цього показника становила щонайменше 400 cpi (counts per inch - відліків на дюйм). Якщо оперувати більш звичними одиницями вимірювання, це означає, що маніпулятор здатний зафіксувати переміщення всього на 0,06 мм. По-третє, оптичні датчики стабільно працюють на різних поверхнях. У багатьох випадках це дозволило відмовитися від спеціальних килимків, які були незмінним атрибутом робочого місця користувача ПК в епоху мишей із оптомеханічними датчиками.

Нагадаємо принцип роботи оптичного датчика реєстрації переміщень. Незалежно від варіанта реалізації він включає три основні компоненти: джерело світла, мініатюрну відеокамеру та спеціалізований мікропроцесор (DSP). Мініатюрна відеокамера протягом однієї секунди здатна зафіксувати до декількох тисяч знімків поверхні, по якій переміщається маніпулятор. Для отримання достатньо контрастних зображень з такою частотою потрібне яскраве освітлення. Зазвичай як джерело світла використовується світлодіод з лінзою, що фокусує, або малопотужний напівпровідниковий лазер. Зняті камерою зображення перетворюються на цифровий вигляд і безперервним потоком передаються DSP, який у режимі реального часу обробляє ці дані, розраховуючи напрямок і швидкість переміщення маніпулятора.

Мініатюрна відеокамера, АЦП і спеціалізований процесор об'єднані в одній мікросхемі (рис. 1), завдяки чому миші з оптичними датчиками відрізняються простотою конструкції і можуть бути виконані в дуже компактному і легкому корпусі (причому не завжди нагадує звичну мишу - взяти, наприклад, надівається на палець модель Genius Ring Mouse, показану на рис.

Мал. 1. Головний «орган почуттів» оптичної миші -
мікросхема мікропроцесора із вбудованою відеокамерою.
Праворуч від неї знаходяться світлодіод і лінза, що фокусує.

Мал. 2. Оригінальна миша
Genius Ring Mouse настільки мала,
що її можна надіти на палець на кшталт персня

До речі, "недовага" породжує специфічну проблему: надто легкий маніпулятор може мимоволі переміщатися по столу, що захоплюється вагою кабелю, що служить для з'єднання з ПК. Саме тому всередині корпусу багатьох моделей з провідним підключенням встановлені металеві пластини-обтяжувачі, а конструкція деяких ігрових мишей дозволяє регулювати вагу корпусу шляхом встановлення знімних касет з набором вантажів, що калібруються. У моделях з бездротовим підключенням подібні хитрощі зазвичай не потрібні: роль баласту виконують батарейки або акумулятори, від яких живиться миша.

Технології, які застосовуються в оптичних датчиках реєстрації переміщень, постійно розвиваються. Розробники багатьох компаній займаються удосконаленням існуючих конструкцій, а також створюють та впроваджують принципово нові рішення. Зрозуміло, в рамках цього огляду ми не розглядатимемо всі технічні нюанси, в тому числі і тому, що багато з них є ноухау виробників і інформація про них тримається в найсуворішому секреті. Втім, для наших цілей це не потрібно. Щоб зрозуміти принципові відмінності оптичних датчиків реєстрації переміщення різних конструкцій, достатньо звернути увагу на такі особливості:

• тип і довжину хвилі джерела світла, що використовується;
• кут нахилу випромінюваного джерелом світла променя (світлового пучка) щодо площини робочої поверхні;
• кут нахилу оптичної осі об'єктива відеокамери сенсора щодо площини робочої поверхні;
• і нарешті, на те, яке світло потрапляє в об'єктив камери - розсіяний або відбитий від робочої поверхні.

На цьому завершимо вступну частину та перейдемо до розгляду різних типів оптичних сенсорів, що використовуються у сучасних мишах.

«Класична» оптика

Конструкція оптичного датчика реєстрації переміщень, який наприкінці 90-х - початку 2000-х років прийшов на зміну оптомеханічній системі з кулькою, що катається (і, до речі, широко застосовується досі), була розроблена інженерами компанії Agilent Technologies. Схема пристрою показана на рис. 3, а зовнішній вигляд – на рис. 4.

Мал. 3. Схема пристрою оптичного датчика
традиційної конструкції

Мал. 4. Зовнішній вигляд оптичного сенсора із червоним світлодіодом.
З лівого боку видно об'єктив відеокамери

Розглянемо відмінні риси описаного варіанта оптичного датчика, який для ясності ми далі називатимемо оптичним датчиком (або сенсором) традиційної конструкції.

Як видно на наведеній схемі, джерелом світла є червоний світлодіод. Оскільки цей напівпровідниковий прилад формує досить широкий світловий пучок, а висвітлювати потрібно невелику площу (менше 100 мм 2), то для підвищення ефективності використання світлової енергії застосовується лінза, що фокусує. Сфокусований цією лінзою світловий пучок висвітлює робочу поверхню під досить гострим кутом – приблизно 25°. Це зроблено спеціально для того, щоб отримувати чіткий світлотіньовий малюнок навіть на поверхнях із незначним мікрорельєфом. Оптична вісь об'єктива камери такого сенсора перпендикулярна до площини робочої поверхні і, таким чином, зчитує розсіяне світло.

Сьогодні миші з оптичними сенсорами традиційної конструкції складають основу парку комп'ютерних маніпуляторів, причому експлуатованих як з настільними, так і портативними системами. У продажу представлений найширший асортимент таких моделей як з провідним, так і з бездротовим підключенням, що дозволяє легко підібрати потрібний варіант на будь-який смак і гаманець. Завдяки великим обсягам виробництва вартість цих пристроїв істотно знизилася: молодші моделі маніпуляторів з провідним підключенням зараз можна придбати всього за 100 руб. І навіть така миша цілком здатна прослужити своєму власнику кілька років практично не вимагаючи обслуговування.

Звичайно, поряд із згаданими вище перевагами у мишей, оснащених оптичними сенсорами традиційної конструкції, є певні недоліки. Насамперед це стосується «всюдихідних» якостей: є чимало поверхонь, на яких вони працюють нестабільно (при рівномірному русі миші курсор переміщається ривками, а при зупинці починає «танцювати»), а на деяких (таких як прозоре скло, дзеркало, поліроване дерево) і т.д.) оптичний датчик взагалі відмовляється функціонувати.

Лазер замість світлодіода

Важливою віхою еволюції оптичних мишей стало створення про лазерних сенсорів. Перший лазерний датчик, призначений для використання в миші, створили співробітники компанії Agilent Technologies. Якщо подивитися на схему пристрою, наведену на рис. 5, то неважко помітити кілька важливих відмінностей його від традиційного оптичного.

Мал. 5. Схема влаштування лазерного сенсора

По-перше, як випливає з назви, джерелом світла служить не світлодіод, а напівпровідниковий лазер. Працює він у невидимому для нашого ока інфрачервоному діапазоні (довжина хвилі - 832-852 нм), так що звичного свічення під корпусом маніпулятора, що працює, в даному випадку немає. Чим же лазер кращий за світлодіод? Основна перевага лазера полягає в тому, що світло, що випромінюється ним, має когерентну природу - це дозволяє отримати набагато більш контрастне і детальне зображення поверхні (рис. 6). По-друге, значно (приблизно до 45°) збільшений кут падіння променя. І по-третє, оптична вісь об'єктива відеокамери розташована під таким же кутом, під яким світло від джерела падає на робочу поверхню. Таким чином, відеокамера лазерного сенсора зчитує не розсіяне, а відбите від поверхні світло.

Мал. 6. На гладкій поверхні звичайний оптичний сенсор
зчитує надто нечітке зображення (ліворуч). Лазерний сенсор дозволяє
отримати більш контрастну та детальну картинку

Чого ж вдалося досягти завдяки описаним змінам? По-перше, забезпечити стабільну роботу датчика на гладких поверхнях, що мають дуже слабко виражений мікрорельєф - тобто там, де оптичні датчики традиційної конструкції поводяться нестабільно або зовсім не функціонують. По-друге, вдалося значно підвищити роздільну здатність сенсора (і відповідно, точність реєстрації переміщень).

На жаль, не обійшлося без побічних ефектів, обумовлених однією з конструктивних особливостей лазерного сенсора, а саме зчитування відбитого від робочої поверхні променя. Від поверхні, виготовленої з прозорого матеріалу (скла, пластику і т.д.), відображається зовсім незначна кількість світла, що потрапило на неї, і в цьому випадку інтенсивності світлового потоку просто не вистачає для того, щоб сенсор був здатний вважати досить контрастне зображення. Схожа проблема виникає на нерівних поверхнях, зокрема на тканинах із вираженою фактурою. При попаданні на виступ або поглиблення промінь розсіюється або відбивається під іншим кутом - в обох випадках об'єктив відеокамери потрапляє занадто мало світла.

При роботі на непрозорих матеріалах з полірованою та глянсовою поверхнею виникає зворотна ситуація: відбитого світла занадто багато та яскраві відблиски «сліплять» світлочутливий сенсор. Природно, що у обох ситуаціях стабільна робота датчика стає неможливою.

Перші прототипи маніпуляторів із лазерним сенсором конструкції Agilent Technologies були представлені публіці на початку 2004 року. У вересні того ж року компанія Logitech розпочала випуск миші MX-1000 – першого у світі серійного маніпулятора, оснащеного лазерним сенсором.

У середині 2005 року компанія Agilent Technologies розпочала постачання готових модулів датчиків переміщення на базі сенсорів LaserStream усім зацікавленим виробникам, і незабаром лазерні миші з'явилися в асортименті багатьох компаній. Деякі виробники (зокрема Microsoft) пішли власним шляхом, самостійно розробивши лазерні сенсори для своїх маніпуляторів. В даний час миші з лазерними детекторами представлені в лінійках багатьох компаній.

Попри очікування виробників, поява мишей з лазерними сенсорами не викликала великого ажіотажу. Частково це пояснюється тим, що миші з оптичними сенсорами традиційної конструкції цілком задовольняли потреби більшості користувачів. Крім того, моделі з лазерними датчиками спочатку були значно дорожчими, що також не сприяло зростанню їхньої популярності. У результаті лазерні моделі привернули увагу переважно поціновувачів технічних новинок і любителів динамічних комп'ютерних ігор.

Краще, ніж лазер

У 2006 році компанія A4Tech впровадила вдосконалений варіант оптичного сенсора, який отримав назву G-laser (скоріше від Greater than laser – краще, ніж лазерний). Звернімо увагу на дві відмінні риси такого датчика. По-перше, це система подвійного фокусування відбитого променя, що забезпечує стабільну роботу сенсора на глянсових та строкатих поверхнях (ноухау компанії A4Tech). По-друге, для підсвічування робочої поверхні використовується не одне, а два джерела світла. Аналогічно лазерному сенсору датчик G-laser зчитує відбите від поверхні світло.

У маніпуляторах, що серійно випускаються, набули поширення два варіанти датчика G-laser, що відрізняються типом джерела світла. В одному випадку це два світлодіоди, а в іншому - світлодіод та напівпровідниковий лазер, що працюють в інфрачервоному діапазоні. Перший варіант датчика G-laser встановлювався в маніпуляторах A4Tech серії Х5 (нині знятих з виробництва), другий використовується і до цього дня в моделях A4Tech серії Х6 (одна з них представлена ​​на рис. 7), а також у пристроях інших виробників (у зокрема, Canyon).

На багатьох типах поверхні маніпулятори з датчиком G-laser дійсно працюють набагато стабільніше за своїх лазерних побратимів, повною мірою виправдовуючи слоган Greater than laser. Зокрема, це стосується прозорого і глянсового пластику, а також деяких видів тканин. Однак і мишам з датчиком G-laser підвладні не всі поверхні: на дзеркалі та чистому прозорому склі вони не працюють.

Мал. 7. A4Tech Glaser Mouse X6-90D - одна з мишей, що нині випускаються.
оснащених датчиком G-laser Х6

Важливою конкурентною перевагою моделей з датчиком G-laser є доступна ціна: вартість молодших моделей нижча порівняно з аналогами, які оснащені лазерними сенсорами.

«Синьоокі» миші, версія Microsoft

У вересні 2008 року компанія Microsoft представила перші серійні моделі мишей, оснащені оптичним сенсором BlueTrack (одна з них показана на рис. 8). Як і в оптичному датчику традиційної конструкції, джерелом світла є світлодіод. Правда, не звичний червоний, а модний синій (звідси, власне, назва BlueTrack). Теоретично це дозволяє отримати певну перевагу, оскільки довжина хвилі синього світла приблизно в півтора рази коротша у порівнянні з червоним (і майже вдвічі – у порівнянні з інфрачервоними джерелами). Таким чином, синє освітлення дозволяє камері зафіксувати дрібніші деталі мікрорельєфу робочої поверхні. Однак варто враховувати, що в даному випадку йдеться про деталі розміром в десяті частки мікрона, і складно стверджувати, чи дозволяють параметри оптичного тракту і світлочутливого сенсора реалізувати цю перевагу на практиці.

Мал. 8. Microsoft Explorer Mouse - один із перших маніпуляторів,
оснащених сенсором BlueTrack

Є чимало скептиків, які вважають, що використання саме синього світлодіода наполягли зовсім не інженери, а маркетологи. Адже відрізнити колір світіння під "черевцем" миші зможе навіть технічно неписьменний користувач (зрозуміло, якщо він не дальтонік). Залишається лише придумати і запустити в маси гарний міф про переваги синього підсвічування над червоним - благо з вирішенням подібних завдань досвідчені маркетологи справляються без зусиль.

Але повернемося до техніки. Площа плями, зображення якої зчитує камера сенсора BlueTrack, у 4 рази більше, ніж оптичний датчик традиційної конструкції. Завдяки цьому в «полі зору» камери потрапляє набагато більше деталей, що, своєю чергою, забезпечує більш стабільну роботу датчика на гладких поверхнях. Є BlueTrack і дещо спільне з лазерним сенсором: в об'єктив камери потрапляє відбитий від робочої поверхні промінь.

Так чи інакше, але бажаного результату було досягнуто: миші з датчиком BlueTrack дійсно працюють на багатьох поверхнях, непідвладних маніпуляторам з традиційними оптичними та лазерними сенсорами, - зокрема на матеріалах з гладким і глянцевим покриттям, на більшості тканин і т.д.

В даний час сенсори BlueTrack використовуються в ряді дротових і бездротових мишей, що випускаються компанією Microsoft, наприклад Comfort Mouse 3000/4500/6000, Wireless Mouse 2000/5000, Wireless Mobile Mouse 3500/4000/6000 та ін. Незважаючи на відносно широкий моделей, масовими подібні маніпулятори поки що не стали. Частково це пояснюється їх досить високою ціною: модель із сенсором BlueTrack обійдеться дорожче за аналоги, оснащені оптичним або лазерним датчиком.

У темному полі

У серпні 2009 року швейцарська компанія Logitech анонсувала бездротові миші Performance Mouse MX та Anywhere Mouse MX. Головною новинкою, запровадженою в цих моделях, став сенсор на базі технології Darkfield Laser Tracking.

На відміну від своїх колег із Microsoft, розробники Logitech воліли взяти за основу конструкцію лазерного сенсора. А важливим нововведенням стало використання методу мікроскопії в темному полі (звідси і назва технології - Darkfield) замість зчитування відбитого від робочої поверхні зображення.

Як бачимо на рис. 9 оптична вісь об'єктива відеокамери цього сенсора перпендикулярна площині робочої поверхні. Оскільки джерело світла встановлено під кутом до поверхні, то промені від її рівних ділянок відбиваються під тим самим кутом і об'єктив камери не потрапляють. Таким чином, камера фіксує тільки ті об'єкти, які розсіюють світло, що падає на них, - мікроскопічні подряпини, нерівності, порошинки і т.п. В результаті сенсор зчитує зображення своєрідної «карти дефектів» поверхні, що нагадує вид зоряного неба (рис. 10).

Мал. 9. Завдяки застосуванню методу мікроскопії
у темному полі лазерний датчик Darkfield здатний працювати
на гладких та прозорих поверхнях

Мал. 10. Так виглядає зображення,
зчитуване світлочутливим сенсором
датчика Darkfield на гладкій поверхні,
виготовленої з прозорого матеріалу

У реальних умовах експлуатації навіть на чистій та ідеально гладкій (як нам здається) поверхні знайдеться досить багато об'єктів, які зуміє «розглянути» камера сенсора. Це невидимі неозброєним оком мікроскопічні тріщини та подряпини, частинки пилу, ворсинки, відбитки пальців, залишки миючих засобів тощо. Завдяки цьому сенсор на базі технології Darkfield Laser Tracking здатний працювати навіть на прозорих та гладких поверхнях, що не мають явно вираженого мікрорельєфу. Дане рішення забезпечує стабільну роботу маніпулятора на багатьох різноманітних поверхонь, включаючи прозоре скло товщиною 4 мм і більше.

Хоча після дебюту Darkfield Laser Tracking пройшло вже більше двох років, дана технологія досі є найбільш ефективною серед рішень, що застосовуються в маніпуляторах, що випускаються серійно. Однак у неї є і суттєва вада - висока ціна пристроїв. Обидві моделі, оснащені такими сенсорами, представлені у вищій ціновій категорії – отже очікувати ажіотажного попиту на ці пристрої було б занадто оптимістично. Особливо з огляду на ту обставину, що анонс цих продуктів відбувся у розпал економічної кризи.

В даний час у продажу представлені лише два маніпулятори, оснащені сенсорами Darkfield Laser Tracking - Logitech Performance Mouse MX (рис. 11) та Anywhere Mouse MX.

Мал. 11. Бездротова миша Logitech Performance Mouse MX,
оснащена сенсором на базі технології Darkfield Laser Tracking

Строго по вертикалі

На початку нинішнього року компанія A4Tech представила перші серійні моделі маніпуляторів, оснащені оптичними сенсорами V-Track Optic 2.0 (з міркувань зручності читання далі по тексту ми називатимемо їх просто V-Track). Як і в звичайному оптичному датчику, джерелом світла в них є червоний світлодіод. Однак у іншому конструкція цього сенсора має низку важливих відмінностей.

Промінь сфокусований у вузький пучок (площа отвору в нижній панелі корпусу миші - всього 5 мм 2) і спрямований перпендикулярно до площини робочої поверхні. Камера датчика V-Track зчитує відбитий промінь; оптична вісь її об'єктива перпендикулярна до площини робочої поверхні (рис. 12).

Мал. 12. Схема роботи датчика V-Track Optic 2.0

Завдяки фокусуванню променя на ділянці малої площі досягається висока інтенсивність світлового потоку – на порядок вища порівняно з оптичними датчиками традиційної конструкції. Це дозволяє отримати максимально чітку картинку та зафіксувати навіть найменші деталі мікрорельєфу поверхні. Завдяки цій особливості датчик V-Track стабільно працює на глянцевих та полірованих поверхнях, де пасують лазерні та оптичні сенсори традиційної конструкції. Крім того, датчик V-Track відмінно функціонує на нерівних поверхнях, таких як хутро, довгий ворс, грубі тканини, де зазвичай вкрай нестабільно працюють миші з лазерними сенсорами.

Додатковою перевагою сенсора V-Track є низький рівень енергоспоживання (на 20-30% нижче порівняно з оптичним датчиком традиційної конструкції), що дозволяє збільшити час автономної роботи бездротових маніпуляторів.

В даний час сенсори V-Track застосовуються в ряді мишей компанії A4Tech, включаючи як дротові (N-770FX, N-551FX, OP-530NU, OP-560NU і т.д.), так і бездротові моделі (G9-500F, G10-770F, G10-810F та ін.). Ці маніпулятори представлені в нижчому та середньому цінових сегментах. Ціни на молодші моделі з датчиками V-Track цілком можна порівняти з вартістю мишей аналогічного класу, обладнаних оптичними сенсорами традиційної конструкції.

«Синьоокі» миші, версія Genius

Ще одна новинка цього року – оптичний сенсор BlueEye Tracking. Його розробили інженери компанії Kye Systems, яка добре відома російським користувачам широкого спектру продуктів, що випускаються під торговою маркою Genius.

Конструкція датчика BlueEye Tracking, по суті, є вдосконаленою версією традиційного оптичного сенсора, але є пара принципових відмінностей. Перше полягає в тому, що замість червоного використовується синій світлодіод. Друге стосується зміненої схеми оптичного тракту (рис. 13). Додаткова лінза забезпечує фокусування світлового пучка, за рахунок чого площа світлової плями, що формується датчиком BlueEye Tracking, менша, ніж у оптичного сенсора традиційної конструкції.

Мал. 13. Схема пристрою сенсора BlueEye Tracking

Датчик BlueEye Tracking забезпечує більш високу (порівняно з оптичним сенсором традиційної конструкції) точність реєстрації переміщень маніпулятора та стабільно працює на більшості поверхонь, споживаючи при цьому менше електроенергії.

В даний час сенсори BlueEye Tracking застосовуються в бездротових мишах Genius Navigator 905, Mini Navigator 900, Traveler 8000/9000, Ergo 9000 та ін. Крім того, нещодавно компанія випустила дротовий маніпулятор DX-220, також оснащений датчиком BlueEye Tracking. Всі ці моделі відносяться до середньої цінової категорії. З огляду на роздрібні ціни їх прямими конкурентами є миші, оснащені лазерними сенсорами.

Висновок

Отже, ми розглянули особливості пристрою різних типів оптичних датчиків реєстрації переміщення, які у сучасних маніпуляторах. За три останні роки виробники цих пристроїв впровадили відразу кілька нових рішень, які мають помітні переваги в порівнянні з традиційною оптичною та лазерною технологіями. Втім, як показує статистика продажів, при виборі маніпулятора користувачі віддають перевагу консервативному підходу, як і раніше віддаючи перевагу мишам, оснащеним оптичним сенсором традиційної конструкції. Частково це можна пояснити доступною ціною таких моделей, а також невисокими вимогами до експлуатаційних характеристик миші більшістю покупців. Не виключено, що багато хто просто не знає про технологічні новинки, вже впроваджені в моделях, що серійно випускаються.

Ми сподіваємося, що дана публікація виявиться корисною нашим читачам, а викладена в ній інформація дозволить їм краще орієнтуватися у різноманітності існуючих технологій. Крім того, рекомендуємо прочитати статтю «Мишачий тест-драйв». У ній ви знайдете докладну інформацію про те, наскільки добре маніпулятори із сенсорами різних типів працюють на різних поверхнях.

Так звані "мишки" - невід'ємна частина сучасного комп'ютера. З появою нових, старі, ще працездатні, але застарілі морально, як правило, викидаються або припадають пилом без справи в коморі. Однак їм можна знайти застосування, практично не змінюючи електронної начинки. Зробити це дуже просто.

"ЧЕРВОНИЙ ОЧ" ВКЛЮЧАЄ СВІТЛО

Оригінальними вмикачами світла сьогодні нікого не здивуєш, проте представлений нижче - з оптичної комп'ютерної миші, на мій погляд, незвичайний та зручний у міській квартирі з кількох причин:

По-перше, мініатюрна миша добре входить у гніздо під штатний клавішний вмикач на стіні;
- по-друге, не потрібно безпосереднього контакту з вмикачем - достатньо провести пальцем (або іншим предметом) на відстані 1,5 см від "червоного ока" підсвічування;
- по-третє, пристрій спочатку має ефект тригера: один раз провів пальцем - світло загорілося, провів другий раз - вимкнувся;
- передбачений і індикатор реагування - при проводі пальцем у "підсвічування", воно спалахує втричі яскравіше.

До оптичної комп'ютерної миші додається найпростіший підсилювач струму на транзисторі з виконавчим реле колекторного ланцюга для того, щоб сигнали від миші керували лампою освітлення потужністю до 200 Вт (обмежені параметрами реле) - про це нижче. Оскільки практично всі комп'ютерні оптичні миші побудовані за однією схемою та принципом роботи, розглянемо одну з них – Defender Optical 1330, представлену на фото1.

Фото 1. Вид оптичної миші Defender Optical 1330 зі знятою кришкою корпусу

Фото 2. Друкована плата оптичної миші Defender Optical 1330 із боку оптичної лінзи

Фото 3. Приймач-передавач RX-9 комплекту бездротової клавіатури та маніпулятора оптичної миші

Фото 4. Встановлення бездротової мишки для охорони сейфа

Фото 5. Сирена KPS-4519 як звукова сигналізація

Основний пристрій позиціонування координат - мікроскладання з позначенням U2 А2051В0323, суміщене з фотоприймачем (в одному корпусі). З виведення 6 даної мікроскладання на світлодіод червоного кольору постійно надходять імпульси з частотою близько 1 кГц, тому навіть коли оптична миша знаходиться без руху на столі, видно червоне, ледь мерехтливе "підсвічування". Однак значення її не тільки підсвічувати місце, яке займає миша - для краси. Світлодіод - це передавач, а приймачем служить сама мікроскладання з вбудованим у її корпус електронним вузлом. Коли відбиті від будь-якої поверхні світлові сигнали досягають фотоприймача, рівень напруги на виводі 6 U2 падає до нуля, і світлодіод спалахує на повну силу. Саме таку реакцію ми бачимо у мишки на комп'ютерному столі під час спроби її переміщення.

Час горіння світлодіода на повну силу складає 1,3 с (якщо немає триваліших впливів на мишу). Одна з основних деталей оптичної миші, як не дивно, не електроніка, а пластмасова лінза, вигнута під певним радіусом (див. фото 2), без неї мишка "сліпне".

Встановлювати в стінну нішу під штатний вимикач мишку потрібно зібраному корпусі, який надійно фіксує оптичну лінзу з боку основи (підкладки) миші.

Коли на фотоприймач надходить відбитий від перешкоди (вашого пальця, долоні) сигнал, на висновках 15 і 16 мікроскладання U1 НТ82М398А (і відповідно на висновках 4 і 5 мікроскладання U2) змінюється рівень логічного сигналу на протилежний. Причому це інверсні висновки, а незалежні друг від друга. Зміна сигналу ними відбувається залежно від вертикального чи горизонтального переміщення миші. Керуючий сигнал для виконавчого пристрою (низький рівень змінюється на високий, висновок 15 U1 і 4 висновок U2) підключають до виконавчого пристрою, до точки А.

Відкриття транзистора та включення реле відбувається при високому логічному рівні в точці А. Діод VD1 захищає обмотку реле від кидків зворотного струму. Резистор R1 обмежує струм у основі транзистора. Реле може керувати не тільки лампою освітлення, але й будь-яким навантаженням зі струмом до 3 А. Джерело живлення - стабілізоване, з напругою 5 ±20%. Транзистор можна замінити на КТ603, КТ940, КТ972 з будь-яким буквеним індексом, а виконавче реле К1 - РМК-11105, TRU-5VDC-SB-SL або аналогічне на напругу спрацьовування 4-5 В.

Мал. 1. Підсилювач струму з виконавчим реле, керуючим навантаженням у мережі 220 В

Мал. 2. Схема адаптера для звукової сигналізації відкривання сейфа

Чотирипровідний кабель частково відпаюють від плати в місці з'єднання зі штатним роз'ємом і перепаюють два дроти (зелений і білий до висновків 15 і 16 мікроскладання U1 з боку елементів (не друкованого монтажу), так як інакше дроти заважатимуть установці плати в корпус миші.

Початкова розпаювання роз'єму на платі миші: 1-й висновок - загальний провід, 2-й висновок - живлення "+5 В", 3-й та 4-й - вихідні імпульси.

Якщо схема і друкована плата у вашої миші не відповідають представленій на прикладі Defender Optical 1330, достатньо взяти будь-який осцилограф або логічний пробник (який індикує хоча б два основні стани - високий і низький) і досвідченим шляхом знайти на платі точки з сигналом, що управляє.

Підійде будь-яка оптична миша для ПК, тому немає різниці, який роз'єм знаходиться в кінці з'єднувального кабелю комп'ютерної миші, його все одно доведеться знімати. Також можна застосувати і бездротові миші (з передачею сигналу по радіоканалу, наприклад, з комплекту А4 TECH - адаптер миші RX-9 5 180 мА), в частині позиціонування координат у них такий же принцип роботи, як і у провідних.

МИША-СТОрож

Зараз настає нова хвиля зміни поколінь поширеного комп'ютерного маніпулятора: "хвостаті" (з проводами) оптичні миші поступаються дорогою своїм бездротовим аналогам. Наприклад, актуальні бездротові оптичні манілулятори-мишки RP-650Z в комплекті з бездротовою клавіатурою (з ергономічним розташуванням основних клавіш і 19 додатковими кнопками, що перепрограмуються). Сенсор фірми Agilent Technologies, використаний у мишці RP-650Z, є лідером цього сектора ринку.

Оптична роздільна здатність мишки дорівнює 800 dpi - цього цілком достатньо для гарної роботи. Приймач-передавач радіосигналу та зарядник акумуляторів типу АА з перемикачем для швидкої зарядки розміщені в одному корпусі (фото 3). Цей блок підключається до порту USB.

Фірма A4Tech маркує свої маніпулятори індивідуальним електронним кодом, завдяки якому на одному каналі прийому можуть бути сусідами до 256 маніпуляторів або клавіатур. Подібне технічне рішення звужує пропускну смугу передачі даних, але при максимальному радіусі впевненого прийому 2 метри це не критично.

Незвичайний варіант використання бездротової миші - як сигналізатор відкривання сейфа, роботи пральної машини і навіть... холодильника представлений нижче. Всі ці варіанти засновані на мікрозміщення предмета і навіть ефект детонації. При встановленні миші на металеві двері вийде сигналізатор її відкриття або дії (ще один варіант застосування).

Повинен зауважити, що не менш ефективний сигналізатор може бути отриманий, якщо в якості миші встановити на контрольовану поверхню автомобільний датчик удару; він також спрацьовує від детонації чи механічного на контрольовану поверхню, яке сучасні моделі мають навіть кілька рівнів регулювання чутливості. У комп'ютерній мишці цієї опції немає за визначенням її першого та основного призначення, але це й не важливо; адже ми розглядаємо її незвичайне застосування.

Я встановив бездротову мишу RP-650Z (фірми А4Тес11) на передню стінку сейфа, в якому зберігається мисливська зброя, хоча зберігати в ній можна будь-що (фото 4).

Сейф стоїть у вбудованій шафі (ніша у стіні міської квартири); завдяки бездротовій технології немає потреби у проводах. У межах 2 метрів розташований приймач-передавач радіосигналу (див. фото 3), який з'єднаний з пристроєм-адаптером (схема на рис. 2).

Розпаювання роз'єму для USB порту щодо вище розглянутого варіанта не відрізняється. У бездротовій мишці RP-650Z керуючий сигнал (при зміщенні миші рівень в даній моделі змінюється з високого на низький) беруть з виведення 4 єдиної мікроскладання UM1 (позначення на платі). Тому в цьому випадку буде потрібна інша схема підсилювача струму (див. рис. 2). Тепер при відкриванні сейфа і навіть будь-якому механічному впливі на нього (зміщує на долі міліметра датчик-миша) спрацює пристрій охорони.

Як НА1 застосований звуковий капсуль із вбудованим генератором звукової частоти, підключати його треба строго відповідно до полярності. Транзистор VT1 р-n-р провідності відкривається тоді, коли напруга в точці А близько нуля, тобто в момент зміщення миші. Можна використовувати і сирену KPS-4519 (фото 5), оскільки при доданому живленні 12 В вона дає достатню гучність звуку для того, щоб почути його в сусідніх приміщеннях (понад 80 дБ). Підключати сирену треба відповідно до полярності (червоний дріт - до "+" харчування).

Два слова про закріплення миші. На нижню частину корпусу, не закриваючи світлодіод і лінзу, приклеюється магніт (від рекламних магнітів на холодильник). Тепер миша надійно фіксується на будь-якій металевій поверхні (холодильника, пральної машини та ін.). При спробі її зняти також спрацює сигналізація, повідомляючи власника про несанкціонований доступ до сейфа.

Завдяки "бездротовості" користувач має можливість як завгодно встановлювати мишу, видаляючи її від приймача на розумну відстань, не переймаючись сполучними проводами. Варіантів застосування цієї технології може бути скільки завгодно багато, і вони обмежуються лише вашою фантазією.

Читайте та пишітькорисні

У простій комп'ютерній мишці є пара оптичних датчиків, їх можна застосувати з іншою метою. Такі ж датчики використовуються наприклад, щоб визначати положення якогось предмета, чи замкнені двері, або зчитувати кількість обертів валу. Найоптимальніший і зручний варіант, це використання вже готової плати та мікросхеми, особливо тоді, коли в системі потрібне використання мікроконтролера, у них як правило вже є входи підтримки інтерфейсу RS-232. У разі якщо у вас немає такої можливості, то можете використовувати схему яка вказана вище.

Цей датчик поділений на дві частини: приймаюча (VD2) та передаюча (VD1). Передає світлодіод, який працює в ІЧ діапазоні, а приймаюча частина, це пара фотодіодів в одному корпусі. Два - потрібні для того, щоб була можливість визначати в який бік обертається коліщатко мишки (вгору або вниз).

R1 – дає струм на світлодіод. R2 потрібен, щоб перетворювати струм фотоприймача на напругу (не використана ніжка VD2 є виходом другого фотоприймача). Напруга на цьому опорі змінюється від 1.5 Вольт (світло відсутнє) до 3.4 Вольт (світло присутнє). Нижня межа в 1.5 Вольта дуже велика, щоб перемикати цифрову TTL схему, оскільки поріг перемикання дорівнює 0.8 Вольт. Тому застосовується операційний посилок DA1 в режимі компаратора. Напруга порога йому дає резистивний дільник R3 і R4, що становить 2.5 Вольт. Можете вважати, що з виходу DA1 надходить цифровий сигнал.

Щоб зменшити випадкові наведення та помилкові спрацьовування, можете ввести гістерезис у рівні перемикання DA1. Щоб це зробити, потрібно буде включити умовно показані резистори R6 та R7 (R6 на розрив між DA1 та R2). Чим ближче буде номінал R6 до R7, тим ширше петля гестерезису і тим далі один від одного будуть рівні перемикання з "0" в "1" і з "1" в "0". Таким чином, при наведених номіналах рівень перемикання з «0» в «1» 2.8 Вольт, з «1» в «0» 2.1 Вольт.

Для прикладу показана проста схема індикації зі світлодіода та інвектора DD1. Коли між VD1 і VD2 розташовуватиметься предмет, який заважає світлу проходити, то загорятиметься світлодіод VD3.

Потрібно враховувати можливість зовнішніх впливів, які можуть заважати. Цей датчик добре прийматиме випромінювання, як на боці передавача так і з протилежного боку. Схема досить чутлива, вона може реагувати навіть на настільну лампу, тому датчик краще помістити в якийсь корпус, який буде захищати його від світла.