Радиолюбительские конструкции из сенсора оптической мыши. Датчик из компьютерной мышки. Что такое «мышь»

Для решения одной из задач мне потребовалось программно получать и обрабатывать изображения небольшого участка поверхности бумаги с очень близкого расстояния. Не получив достойного качества при использовании обычной USB камеры и уже на пол пути в магазин за электронным микроскопом, я вспомнил одну из лекций, на которой нам рассказывали как устроены различные девайсы, в том числе и компьютерная мышка.

Подготовка и немного теории

В подробности принципа работы современной оптической мыши я вдаваться не буду, очень подробно об этом написано вот тут (рекомендую прочитать для общего развития).

Погуглив информацию по этой теме и разобрав старую PS/2 мышку Logitech, я увидел знакомую по статьям из интернета картину.

Не очень сложная схема «мышей первого поколения», оптический сенсор по центру и чип интерфейса PS/2 чуть выше. Попавшийся мне оптический сенсор является аналогом «популярных» моделей ADNS2610/ADNS2620/PAN3101. Я думаю, они и их...

1 0

Оптические мыши: многообразие технологий

Сергей Асмаков

«Классическая» оптика

Лазер вместо светодиода

Лучше, чем лазер

«Синеглазые» мыши, версия Microsoft

В темном поле

Строго по вертикали

«Синеглазые» мыши, версия Genius

Заключение

В подавляющем большинстве ныне выпускаемых манипуляторов типа «мышь» используются оптические датчики регистрации перемещений. Однако не все они устроены одинаково: в настоящее время получили распространение несколько технологий, каждая из которых имеет свои особенности. Их мы и рассмотрим в данном обзоре.

Массовое внедрение оптических сенсоров в серийно выпускаемых моделях началось в конце 90-х годов и произвело поистине революционные изменения в сфере компьютерных манипуляторов. Поначалу оптические мыши были заметно дороже моделей с катающимся шариком и оптомеханическими датчиками, но, даже несмотря на это, новая конструкция быстро завоевала симпатии пользователей благодаря целому...

0 0

Оптические датчики для компьютерных мышей Avago Technologies

Avago Technologies - новое имя на мировом рынке полупроводниковых компонентов. Сегодня это крупнейшая в мире независимая частная полупроводниковая компания. Она образовалась в конце 2005 года. Тогда состоялась сделка по продаже подразделения полупроводниковых компонентов компании Agilent Technologies частным инвестиционным компаниям - Kohlberg Kravis Roberts & Co. и Silver Lake Partners. В 2005 финансовом году штат Avago Technologies насчитывал 6500 сотрудников, а чистый годовой доход компании составил $1,8 млрд.

Оптоэлектронные компоненты - это та область, где ранее Hewlett-Packard и Agilent Technologies были признанными лидерами. А теперь Avago по праву считается № 1 в мире по разработке и производству оптических сенсоров для компьютерных мышей, красных и янтарных светодиодов для электронных знаков и сигнальных табло, оптических датчиков-кодеров перемещения для струйных, лазерных и...

0 0

Схема

В простой компьютерной мышке имеется пара оптических датчиков, их можно применить в других целях. Такие же датчики используются например, чтобы определять положение какого то предмета, заперта ли дверь, или считывать количество оборотов вала. Самый оптимальный и удобный вариант, это использование уже готовой платы и микросхемы, особенно тогда, когда в системе нужно использование микроконтроллера, в них как правило уже есть входы поддержки интерфейса RS - 232. В случае если у вас нет такой возможности, то можете использовать схему, которая указана выше.

Этот датчик поделен на две части: принимающая (VD2) и передающая (VD1). Передающей является светодиод, который работает в ИК диапазоне, а принимающая часть, это пара фотодиодов в одном корпусе. Два - нужны для того, чтобы была возможность определять в какую сторону вращается колёсеко мышки (вверх или вниз).

R1 - даёт ток на светодиод. R2 нужен, чтобы преобразовывать ток...

0 0

Если у Вас сломалась компьютерная мышка, не спешите покупать новую. Вполне возможно, что Вы самостоятельно сможете починить поломку и устройство прослужит Вам ещё не один год.

К компьютеру можно подключить много различных устройств, однако, есть два, без которых работать с ним будет невозможно. Первое – это клавиатура, без которой ПК, чаще всего, даже не загрузится. Второе – мышка. Без неё компьютером, в принципе, можно управлять, но делать это с клавиатуры очень неудобно.

За всю историю развития компьютерной техники было изобретено и использовано огромное количество различных манипуляторов: трекпады, джойстики, тачпады и т.п. Однако, ничего проще и удобнее всем известной мышки пока не изобрели!

Мышка всем хороша, однако, со временем может, как и любая техника, ломаться... К счастью, стандартные мышки имеют довольно простую конструкцию и могут быть отремонтированы в домашних условиях даже людьми, далёкими от электроники! Если у Вас в последнее время стала...

0 0

Оптические мыши первого поколения

Оптические датчики призваны непосредственно отслеживать перемещение рабочей поверхности относительно мыши. Исключение механической составляющей обеспечивало более высокую надёжность и позволяло увеличить разрешающую способность детектора.

Первое поколение оптических датчиков было представлено различными схемами оптопарных датчиков с непрямой оптической связью - светоизлучающих и воспринимающих отражение от рабочей поверхности светочувствительных диодов. Такие датчики имели одно общее свойство - они требовали наличия на рабочей поверхности (мышином коврике) специальной штриховки (перпендикулярными или ромбовидными линиями) . В некоторых моделях мышей эти штриховки выполнялись красками, невидимыми в обычном свете (такие коврики даже могли иметь рисунок) .

Недостатками таких датчиков обычно называют:
необходимость использования специального коврика и невозможность его замены другим. Кроме всего прочего, коврики разных оптических...

0 0

Самый популярный компьютерный аксессуар в мире – это компьютерная мышка. Действительно, без нее точно не обойдется ни один настольный компьютер, довольно трудной и неудобной покажется работа на Вашем любимом лэптопе, а если Вы пользуетесь нетбуком, не снабженным сенсорным экраном, Вам просто не обойтись без компьютерной мыши! От начала «компьютерного века» люди приручили более 350 миллионов экземпляров во всем мире, – самых разных поколений. Начиналось все с оптико-механической мыши, внутри которой вращался металлический шарик, покрытый слоем резины. В условиях пользовательского плоскостолья она «обитала» исключительно на коврике и присоединялась к системному блоку выходом PS/2. При перемещении ее шарик мог цепляться только за шероховатую поверхность. Разумеется, ни о какой точности передачи движений речи быть не могло. Сегодня на смену им пришли настоящие беспроводные кибер-монстры с оптическим или лазерным детектором движения, высочайшей точностью перемещения и молниеносной...

0 0

Компьютерная мышь - пожалуй, самый массовый и распространенный компьютерный девайс. Со времени ее изобретения в 1963 году, конструкция манипуятора претерпела основательные технологические изменения. Уже забыты мыши с прямым приводом из двух перпендикулярных металлических колес. Ныне актуальны оптические и лазерные устройства. Какая компьютерная мышь лучше - лазерная или оптическая? Попробуем разобраться в различиях этих двух типов мышек.

Конструкция

Современный манипулятор-мышь имеет встроенную видеокамеру, которая с невероятной скоростью (более тысячи раз в секунду) делает снимки поверхности и передает информацию на свой процессор, который, сравнивая снимки, определяет координаты и величину смещения манипулятора. Чтобы снимки были качественнее, поверхность следует подсветить. Для этой цели используются разные технологии:

Оптическая мышь

В ней задействован светодиод, работа которого позволяет сенсору лучше принимать, а процессору быстрее...

0 0

15/03/2006 16:30

Очень часто летят оптические мыши.Если провода целые то дело ква.Вроде вся электроника в норме Может кто нибудь знает в чем дело?Тема интересная. MICHAIL

15/03/2006 16:34

Slav1969, а про устройство почитай чего-нить, вот тема и отпадет, как неактуальная.Стоимость новой мыши - 150 руб.И ты будешь за 50 р в ней копаться? vovsed

15/03/2006 19:42

У меня такая-же бодяга,встанет колом и не здвинеш. Odisee

15/03/2006 19:57

Куда и как они летят? И в каком количестве?

Иногда бывало что для оптики не хватало ps/2 питания, ноэто было на старых матерях типа виа694 и пр. (из личног опыта).

16/03/2006 10:19

Если шнурок впорядке, то ремонту обычно не подлежат! ...(где брать оптосборки?) ...проще купить новую! Konstantin

16/03/2006 10:36

И дешевле, чем з/ч + работа. Slayer

16/03/2006 10:52

Естессно... slav1969

16/03/2006 12:09

А если эти мышки летят пачками и про оптосборки...

0 0

Устройство компьютерной мыши

Устройство компьютерной мыши. Многие уже и представить не могут, как можно работать на компьютере без мышки. А ведь ещё недавно о компьютерной мыши и мечтать не могли. Зато те, кто работал на компьютере хорошо знали клавиатуру. А с приходом мышек многие даже не знают, как выйти из положения, если зависнет компьютер. А сейчас этих устройств такое разнообразие, что иногда не сразу и поймешь, что это компьютерная мышка. Но, несмотря на это, внутреннее устройство таких мышей мало чем отличается. Я не думаю, что кто-то задумывается о внутреннем устройстве компьютерной мышки, но для общего развития это все-таки надо знать.

Каково же устройство компьютерной мыши?

Компьютерная мышь представляет собой небольшую коробочку для ввода информации в компьютер, и легко умещающуюся в руке. Для манипуляции имеется как минимум две кнопки и колёсико прокрутки. Кто первый назвал её мышкой, сейчас уже не так важно.

Важно то, что это название хорошо...

0 0

«Кровавый грызун»: Обзор геймерской мышки Bloody T7

На обзор попала мышка для геймеров от компании A4Tech - Bloody T7.

Компания A4Tech специализируется на выпуске клавиатур и мышек, гарнитур, джойстиков, рулей, наушников и прочей компьютерной периферией. На обзор в редакцию bigmir)net пришла игровая мышка с кровавым названием - Bloody T7. Что она собой представляет - читай в нашем обзоре. И мы благодарим компанию A4Tech за предоставленную на тестирование мышку.

Игровая серия Bloody включает в себя 42 наименования. В серию входят как мышки, так и клавиатуры, гарнитуры и коврики. Отличительная особенность Bloody - «кровавый» дизайн. Все продукты серии имеют логотип в виде красного отпечатка ладони.

Характеристика

Сначала сухие цифры.

Тип сенсора: Оптический Разрешение DPI/CPI: 4000 Dpi Частота опроса: 1000 Гц Акселерация (максимальное ускорение): 23 G Количество кнопок: 9 Подсветка: Да Внутренняя память: 160 Кb ...

0 0

Чем отличается лазерная мышь от оптической мыши?

Компьютерные технологии стремительно развиваются. Инновационные процессы не прошли стороной и механические манипуляторы, привычно именуемые нами «мышь». Прошло то время, когда верхом дизайнерской мысли было присутствие третьей клавиши на шариковой мышке. Сейчас предлагается огромный выбор мышей различных размеров и окрасок, проводных и беспроводных, оптических и лазерных. Конечно, выбрать мышку, исходя из ее дизайна, не составит ни каких проблем, но вот объяснить разницу между оптической мышью и лазерной сможет далеко не каждый пользователь. Основным отличием для многих людей будет тот факт, что лазерные мыши более современные, а значит и лучшие. Это, конечно, не оспоримо, однако различия между ними гораздо существеннее.

Оптическая мышь представляет собой манипулятор, оснащенный очень маленькой видеокамерой. Она делает приблизительно тысячу фотоснимков за секунду. Эти данные, полученные с...

0 0

Задача: быстро сделать датчик линейного перемещения из компьютерной мышки.

В обычных мышках прячется высокочувствительный оптический датчик. Там скрывается своя маленькая «камера» и процессор обработки, который отслеживает передвижения малейших точек на поверхности. В топовых мышках разрешающая способность составляет всего 3 мкм!

С какими подмышиными камнями мы столкнулись, плюс техническая часть, расскажем дальше!

Следующее ТЗ дал заказчик: сделать как можно скорее, с любой мышкой (возможно беспроводной), выводить на 7 сегментный индикатор, обнулять по кнопке, компьютер не подходит, нужна разрешающая способность 0.01 мм, максимальное расстояние 1000 мм.

Для начала как все это делалось:

Считывание координат xy с мышки: Реализовать считывание данных можно несколькими способами: а) Непосредственно с микросхемы оптического сенсора + Можно обойтись простым контроллером - Про универсальность можно забыть совсем б) Подключить мышку по USB к простым контроллерам (например к ардуино) + Простота и дешивизна - Надо паять - Под рукой была только arduino, а к ней можно подключить мышки совместимые с PS/2, а они обычно очень неточные. Можно было на stm32, но отладочные платы сильно подорожали, самому паять не было времени. (но если интересно, то несколько лет назад был такой похожий проект именно на stm32f4discovery) в) Взять какой нибудь простой одно платный компьютер. Под рукой был как раз Raspberri pi. + Подходит для любых USB мышек + Хорошая производительность - Дорого, но может избыточная мощность потребуется потом
В итоге, под нож хирурга легла Малина пи 3. Четыре 64 битных ядра A-53 по 1GHz, 512 МБ оперативки и много других космических для этой задачи циферок.

Задачка: Индикация должна быть на выданных 7-сегментных индикаторах. Получается нам необходимо по 6 цифр на одну координату, итого 12 индикаторов. Каждый индикатор имеет 7 ножек на цифры+ ножка на светодиод точки (dp), общий провод не считаем. Итого после простых расчетов получаем, что мы должны управлять 96 проводниками плюс нужна кнопка. 96 резисторов не очень хотелось тратить.

Послушайте!
Ведь, если светодиод зажигают - значит - это нужно один резистор?

Управлять сразу таким массивом ножек нету возможности. Выход есть! И даже несколько!

1) Использовать дополнительные микросхемы по типу max7219, или сдвиговые регистры, мультплексоры, и т.д.

Можно почти бесконечно наращивать количество индикаторов
- Max7219 оказалась с рабочим напряжением 5 В
- Не было под рукой ничего подходящего.

2) Можно сделать динамическую индикацию. В один момент времени зажигать только один светодиодный индикатор. Если индикаторы переключать очень быстро, то человеческий глаз не заметит подставы.
+ Нужно только 8 проводов и резисторов на один индикатор и 12 на переключение индикаторов. Плюс не забываем кнопку. Итого: всего 21 ножка против 96. Берем!
- Так как мы пытаемся управлять целым индикатором через один пин распберри, то максимальный ток у нас ограничен 50 мА. Всегда берем запас, и берем 35 мА на все 8 светодиодов (что не шибко). Еще к этому добавим быстрое переключение индикаторов. В итоге у нас каждый светит в 12 раз меньше положенного. Доработать можно 12 транзисторами, но оставил я это на потом, т.к. яркости в конечном счете хватило.

Теперь начинается софт:

На распберри пи надо поставить linux. Я поставил минимальный дистрибутив
RASPBIAN JESSIE LITE .

Далее через программу putty подключился к IP малинки, и дальше все через командную строку.
Чтобы было проще работать с GPIO(портами ввода и вывода) есть замечательная библиотека WiringPi .

Как устанавливать её и управлять портами, вы сможете найти много информации в сети, поэтому не буду подробно останавливать на этом.

Cd /home/pi sudo mkdir mouse cd /home/pi/mouse
Дальше открываем редактор и вставляем код с гита. ВАЖНО! Код писал на очень скорую руку!

Sudo nano
для выхода из редактора надо нажать Alt+x и сохранить файл с названием blinker.c. Дальше надо обязательно скомпилировать с указанием wiring pi:

Gcc -o mouse mouse.c -l wiringPi
Все! Теперь подключаем мышку, вставляем провода и запускаем!

Подключение проводов

// pin number declarations. We"re using the Broadcom chip 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 ./mouse
Автозапуск при загрузке:

Sudo nano /etc/rc.local и перед exit 0 дописать две строчки cd /home/pi/mouse sudo ./mouse &
Работать с этой прогой очень просто. по нажатию кнопки мыши или просто кнопки на плате идет обнуление. При долгом нажатии кнопки переходим в режим регулировки DPI. Это важный параметр который задается мышкой и показывает сколько отсчетов мы получим при движении на один дюйм. Соответственно копка на плате и на мышке прибавляет и убавляет DPI. Долго нажимаем, наше значение записалось в файл и надежно хранится до следующей загрузки системы. Для чистоты эксперимента в программе, индикация, получение информации с мышки и кнопка обрабатываются а параллельных процессах.

1. Оси X и Y на моей мышке были не параллельны боковым граням, приходилось для высчитывания реального расстояния пользоваться «пифагоровыми штанами».

2. Разрешающая способность не равно погрешность!

Простым языком - разрешающая способность действительно показывает минимальное перемещение, которое увидит мышка, (отсчеты в компьютере должны быть дискретны минимальной разрешающей способности). А вот что мышка ничего не пропустит, ничем не гарантируется. Можно уменьшить эту величину используя хорошие поверхности (чтобы оптический сенсор мог отслеживать перемещения), использовать небольшие скорости. Но пропуски будут всегда! Для пользователя это означает постоянный уход нуля и непрогнозируемую погрешность измерения.

3. USB HID по которому работает мышь не гарантирует доставку информации в компьютер! То есть неизвестно пропустил ли компьютер какую нибудь информацию с мышки или нет. Вероятность пропажи информации малая, но все же есть.

4. Настройки чувствительности(разрешающей способности) иногда хранятся не в мышке, а в программе для мышки.

5. Тут я сильно зол! Дело в том, что мышку я брал самую крутую из ассортимента Logitech, это самая продвинутая была на тот день модель logitech performance mx. Но какого было мое удивление, когда мышь давала разные погрешности при движении вперед и назад. ЭТО КАК? Поясню для пользователя. Если постоянно двигать мышку назад и вперед, то курсор ощутимо так все снижается и снижается. Это на любых платформах. Приходится периодически поднимать мышку и ставить на новое место. После того, как я заметил это, моя жизнь превратилась в кошмар! #Logitech

Задача: быстро сделать датчик линейного перемещения из компьютерной мышки.

Для начала как все это делалось:

Послушайте!
Ведь, если светодиод зажигают - значит - это нужно один резистор?

Управлять сразу таким массивом ножек нету возможности. Выход есть! И даже несколько!

1) Использовать дополнительные микросхемы по типу max7219, или сдвиговые регистры, мультплексоры, и т.д.

Теперь начинается софт:

На распберри пи надо поставить linux. Я поставил минимальный дистрибутив
RASPBIAN JESSIE LITE .

Gcc -o mouse mouse.c -l wiringPi
Все! Теперь подключаем мышку, вставляем провода и запускаем!

Подключение проводов

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

Const int butpin = 26;

sudo ./mouse
Автозапуск при загрузке:

2. Разрешающая способность не равно погрешность!

4. Настройки чувствительности(разрешающей способности) иногда хранятся не в мышке, а в программе для мышки.

Таких устройств два – для позиционирования мышки по горизонтали и вертикали. Когда мышью управляют диагонально, задействованы оба координатора положений. Импульсы с двух ИК-приемников (трехвыводные корпусы ИК-транзисторов) поступают на микросхему (находится с обратной стороны печатной платы), залитую компаундом. Ее тип обозначен SS-1HBA-1. С выхода данной микросхемы через сглаживающие пульсации дроссели управляющий сигнал поступает на разъем с обозначением J1 и далее на ПК – по проводам.

Распайка разъема J1 такова:

1 и 4 контакты (черный и желтый проводники соединительного кабеля с ПК) – общий провод;

5 – «+ 5 В» (красный);

2 и 3 (зеленый и белый)

тветственно) – высокочастотная последовательность импульсов с амплитудой 4,5 В. По последним двум проводникам на ПК передается информация о смене позиции мышки. Однако эти сигналы без специального декодирующего устройства использовать трудно. Поэтому есть более простой способ получить от мышки (при ее перемещении) простые управляющие сигналы. Так, ИК-транзистор Q1 (напротив его установлен ИК-све-тодиод IR1) «отвечает» за поперечное перемещение мышки (влево, вправо), a Q2 и соответственно IR2 – за продольное (прямо, вперед, назад). Опытным путем удалось установить, что при отсутствии препятствия между ИК-передатчиком и приемником на выводах Q1 и Q2 (кроме среднего вывода – там постоянно +5 В) присутствует высокий уровень напряжения, и он меняется на низкий, как только ИК-приемник перестает принимать сигнал передатчика.

Рис. 3.22. Механическая компьютерная мышка со снятым корпусом, вид на печатную плату и механизм позиционирования координат

То есть тогда, когда мышь сдвигается, шарик воздействует на зубчатую шестерню, зубья которой находятся между передатчиком и приемником ИК-сигнала. Тот же управляющий сигнал (с высокого на низкий уровень) можно «взять» с контактов перемычек, обозначенных на печатной плате JPD2 и JPD3 (выделены на рис. 1). Зная, куда на плате компьютерной мыши подключать исполнительное устройство (к примеру, сигнализатор о смещении предмета), остается только позаботиться об электронном адаптере, который преобразует изменение логического уровня в звуковой сигнал. На рис. 3.23 представлена мышь, закрепленная между венцами деревенского дома и пристроенной к нему конюшни. При оседании дома, миллиметровом изменении расстояния между бревнами, «мышка» незамедлительно выдает сигнал, а устройство сигнализатора «поднимает тревогу».

Аналогичным образом можно контролировать осадку фундамента, крен дверей, дверных коробок и любых конструкций (не только деревянных), где наклон, перемещение или смещение частей не желательно или опасно. В качестве звукового сигнализатора можно применить схему, представленную на рис. 3.24.

В качестве НА1 применен звуковой капсюль со встроенным генератором звуковой частоты, подключать его надо строго в соответствии с полярностью. Транзистор VT1 р-п-р проводимости открывается тогда, когда напряжение в точке А близко к нулю, то есть в момент смещения мышки.

Рис. 3.23. Метод установки компьютерной мыши в качестве датчика оседания дома

Не пытайтесь подать на «электронную начинку» мыши напряжение более б В, она выйдет из строя.

Рис. 3 24. Вариант схемы звукового сигнализатора для подключения к датчику смещения предмета в виде компьютерной мыши

Механические мыши сегодня практически никто не использует (все перешли на оптические), поэтому ее «вторая жизнь» представляется мне весьма интересной и полезной в составе рассмотренного устройства сигнализатора о смещении несущих конструкций деревенского дома. Разумеется, эту разработку можно применить и в других случаях – тогда, когда требуется высокоточный датчик смещения предмета. Компьютерная мышь вполне соответствует этим требованиям хотя бы потому, что любое перемещение ее даже на полмиллиметра сгенерирует изменение уровня с высокого на низкий. Разобрав корпус механической мышки, рекомендую продуть сжатым воздухом места крепления пластмассовых шерстеренок и позиционного шарика, а также капнуть по капле бытового масла на крепление шестерней, чтобы уменьшить трение от вращения их осей.

Оптические мыши лишены подвижных механических частей, они более долговечны, а принцип работы, основанный на отражении сигнала от поверхности стола, позволяет создать на основе оптической мыши оригинальный бесконтактный включатель света с подсветкой. На примере компьютерной оптической мыши Defender Optical 1330 (разрешение 400 dpi) устройство управления освещением рассмотрим ниже.

Литература: Кашкаров А. П. Электронные устройства для уюта и комфорта.

В этой статье мы рассмотрим принципы работы сенсоров оптических мышей, прольем свет на историю их технологического развития, а также развенчаем некоторые мифы, связанные с оптическими «грызунами».

Кто тебя выдумал…

Привычные для нас сегодня оптические мыши ведут свою родословную с 1999 года, когда в массовой продаже появились первые экземпляры таких манипуляторов от Microsoft, а через некоторое время и от других производителей. До появления этих мышей, да и еще долго после этого, большинство массовых компьютерных «грызунов» были оптомеханическими (перемещения манипулятора отслеживались оптической системой, связанной с механической частью - двумя роликами, отвечавшими за отслеживание перемещения мыши вдоль осей × и Y; эти ролики, в свою очередь, вращались от шарика, перекатывающегося при перемещении мыши пользователем). Хотя встречались и чисто оптические модели мышей, требовавшие для своей работы специального коврика. Впрочем, такие устройства встречались не часто, да и сама идея развития подобных манипуляторов постепенно сошла на нет.

«Вид» знакомых нам нынче массовых оптических мышек, базирующихся на общих принципах работы, был «выведен» в исследовательских лабораториях всемирно известной корпорации Hewlett-Packard. Точнее, в ее подразделении Agilent Technologies, которое только сравнительно недавно полностью выделилось в структуре корпорации НР в отдельную компанию. На сегодняшний день Agilent Technologies, Inc. - монополист на рынке оптических сенсоров для мышей, никакие другие компании такие сенсоры не разрабатывают, кто бы и что не говорил вам об эксклюзивных технологиях IntelliEye или MX Optical Engine . Впрочем, предприимчивые китайцы уже научились «клонировать» сенсоры Agilent Technologies, поэтому, покупая недорогую оптическую мышь, вы вполне можете стать владельцем «левого» сенсора.

Откуда берутся видимые отличия в работе манипуляторов, мы выясним чуть позднее, а пока позвольте приступить к рассмотрению базовых принципов работы оптических мышей, точнее их систем слежения за перемещением.

Как «видят» компьютерные мыши

В этом разделе мы изучим базовые принципы работы оптических систем слежения за перемещением, которые используются в современных манипуляторах типа мышь.

Итак, «зрение» оптическая компьютерная мышь получает благодаря следующему процессу. С помощью светодиода, и системы фокусирующих его свет линз, под мышью подсвечивается участок поверхности. Отраженный от этой поверхности свет, в свою очередь, собирается другой линзой и попадает на приемный сенсор микросхемы - процессора обработки изображений. Этот чип, в свою очередь, делает снимки поверхности под мышью с высокой частотой (кГц). Причем микросхема (назовем ее оптический сенсор) не только делает снимки, но сама же их и обрабатывает, так как содержит две ключевых части: систему получения изображения Image Acquisition System (IAS) и интегрированный DSP процессор обработки снимков.

На основании анализа череды последовательных снимков (представляющих собой квадратную матрицу из пикселей разной яркости), интегрированный DSP процессор высчитывает результирующие показатели, свидетельствующие о направлении перемещения мыши вдоль осей × и Y, и передает результаты своей работы вовне по последовательному порту.

Если мы посмотрим на блок-схему одного из оптических сенсоров, то увидим, что микросхема состоит из нескольких блоков, а именно:

основной блок, это, конечно же, Image Processor - процессор обработки изображений (DSP) со встроенным приемником светового сигнала (IAS);
Voltage Regulator And Power Control - блок регулировки вольтажа и контроля энергопотребления (в этот блок подается питание и к нему же подсоединен дополнительный внешний фильтр напряжения);
Oscillator - на этот блок чипа подается внешний сигнал с задающего кварцевого генератора, частота входящего сигнала порядка пары десятков МГц;
Led Cоntrоl - это блок управления светодиодом, с помощью которого подсвечивается поверхность под мышью;
Serial Port - блок передающий данные о направлении перемещения мыши вовне микросхемы.

Некоторые детали работы микросхемы оптического сенсора мы рассмотрим чуть далее, когда доберемся к самому совершенному из современных сенсоров, а пока вернемся к базовым принципам работы оптических систем слежения за перемещением манипуляторов.

Нужно уточнить, что информацию о перемещении мыши микросхема оптического сенсора передает через Serial Port не напрямую в компьютер. Данные поступают к еще одной микросхеме-контроллеру, установленной в мыши. Эта вторая «главная» микросхема в устройстве отвечает за реакцию на нажатие кнопок мыши, вращение колеса прокрутки и т.д. Данный чип, в том числе, уже непосредственно передает в ПК информацию о направлении перемещения мыши, конвертируя данные, поступающие с оптического сенсора, в передаваемые по интерфейсам PS/2 или USB сигналы. А уже компьютер, используя драйвер мыши, на основании поступившей по этим интерфейсам информации, перемещает курсор-указатель по экрану монитора.

Именно по причине наличия этой «второй» микросхемы-контроллера, точнее благодаря разным типам таких микросхем, довольно заметно отличались между собой уже первые модели оптических мышей. Если о дорогих устройствах от Microsoft и Logitech слишком плохо отозваться я не могу (хотя и они не были вовсе «безгрешны»), то масса появившихся вслед за ними недорогих манипуляторов вела себя не вполне адекватно. При движении этих мышей по обычным коврикам курсоры на экране совершали странные кульбиты, скакали чуть ли не на пол Рабочего стола, а иногда… иногда они даже отправлялись в самостоятельное путешествие по экрану, когда пользователь совершенно не трогал мышь. Доходило и до того, что мышь могла запросто выводить компьютер из режима ожидания, ошибочно регистрируя перемещение, когда манипулятор на самом деле никто не трогал.

Кстати, если вы до сих пор боретесь с подобной проблемой, то она решается одним махом вот так: выбираем Мой Компьютер > Свойства > Оборудование > Диспетчер устройств > выбираем установленную мышь > заходим в ее «Свойства» > в появившемся окне переходим на закладку «Управление электропитанием» и снимаем галочку с пункта «Разрешить устройству вывод компьютера из ждущего режима» (рис. 4). После этого мышь уже не сможет вывести компьютер из режима ожидания ни под каким предлогом, даже если вы будете пинать ее ногами:)

Итак, причина столь разительного отличия в поведении оптических мышей была вовсе не в «плохих» или «хороших» установленных сенсорах, как до сих пор думают многие. Не верьте, это не более чем бытующий миф. Или фантастика, если вам так больше нравится:) В ведущие себя совершенно по-разному мыши часто устанавливались совершенно одинаковые микросхемы оптических сенсоров (благо, моделей этих чипов было не так уж много, как мы увидим далее). Однако вот, благодаря несовершенным чипам контроллеров, устанавливаемых в оптические мыши, мы имели возможность сильно поругать первые поколения оптических грызунов.

Однако, мы несколько отвлеклись от темы. Возвращаемся. В целом система оптического слежения мышей, помимо микросхемы-сенсора, включает еще несколько базовых элементов. Конструкция включает держатель (Clip) в который устанавливаются светодиод (LED) и непосредственно сама микросхема сенсора (Sensor). Эта система элементов крепится на печатную плату (PCB), между которой и нижней поверхностью мыши (Base Plate) закрепляется пластиковый элемент (Lens), содержащий две линзы (о назначении которых было написано выше).

В собранном виде оптический элемент слежения выглядит как показано выше. Схема работы оптики этой системы представлена ниже.

Оптимальное расстояние от элемента Lens до отражающей поверхности под мышью должно попадать в диапазон от 2.3 до 2.5 мм. Это рекомендации производителя сенсоров. Вот вам и первая причина, почему оптические мыши плохо себя чувствуют «ползая» по оргстеклу на столе, всевозможным «полупрозрачным» коврикам и т. п. И не стоит клеить на оптические мыши «толстые» ножки, когда отваливаются или стираются старые. Мышь из-за чрезмерного «возвышения» над поверхностью может впадать в состояние ступора, когда «расшевелить» курсор после пребывания мыши в состоянии покоя становится довольно проблематично. Это не теоретические измышления, это личный опыт:)

Кстати, о проблеме долговечности оптических мышей. Помниться, некоторые их производители утверждали что, дескать «они будут служить вечно». Да надежность оптической системы слежения высока, она не идет ни в какое сравнение с оптомеханической. В то же время в оптических мышах остается много чисто механических элементов, подверженных износу точно так же, как и при господстве старой доброй «оптомеханики». Например, у моей старой оптической мыши стерлись и поотваливались ножки, сломалось колесо прокрутки (дважды, в последний раз безвозвратно:(), перетерся провод в соединительном кабеле, с манипулятора слезло покрытие корпуса… зато вот оптический сенсор нормально работает, как ни в чем не бывало. Исходя из этого, мы смело можем констатировать, что слухи о якобы впечатляющей долговечности оптических мышей не нашли своего подтверждения на практике. Да и зачем, скажите на милость, оптическим мышам «жить» слишком долго? Ведь на рынке постоянно появляются новые, более совершенные модели, созданные на новой элементной базе. Они заведомо совершеннее и удобнее в использовании. Прогресс, знаете ли, штука непрерывная. Каким он был в области эволюции интересующих нас оптических сенсоров, давайте сейчас и посмотрим.

Из истории мышиного зрения

Инженеры-разработчики компании Agilent Technologies, Inc. не зря едят свой хлеб. За пять лет оптические сенсоры этой компании претерпели существенные технологические усовершенствования и последние их модели обладают весьма впечатляющими характеристиками.

Но давайте обо всем по порядку. Первыми массово выпускаемыми оптическими сенсорами стали микросхемы HDNS-2000 (рис. 8). Эти сенсоры имели разрешение 400 cpi (counts per inch), то бишь точек (пикселей) на дюйм, и были рассчитаны на максимальную скорость перемещения мыши в 12 дюймов/с (около 30 см/с) при частоте осуществления снимков оптическим сенсором в 1500 кадров за секунду. Допустимое (с сохранением стабильной работы сенсора) ускорение при перемещении мыши «в рывке» для чипа HDNS-2000 - не более 0.15 g (примерно 1.5 м/с 2).

Затем на рынке появились микросхемы оптических сенсоров ADNS-2610 и ADNS-2620 . Оптический сенсор ADNS-2620 уже поддерживал программируемую частоту «съемки» поверхности под мышью, с частотой в 1500 либо 2300 снимков/с. Каждый снимок делался с разрешением 18х18 пикселей. Для сенсора максимальная рабочая скорость перемещения по прежнему была ограничена 12 дюймами в секунду, зато ограничение по допустимому ускорению возросло до 0.25 g, при частоте «фотографирования» поверхности в 1500 кадров/с. Данный чип (ADNS-2620) также имел всего 8 ножек, что позволило существенно сократить его размеры по сравнению с микросхемой ADNS-2610 (16 контактов), внешне похожей на HDNS-2000. В Agilent Technologies, Inc. задались целью «минимизировать» свои микросхемы, желая сделать последние компактнее, экономнее в энергопотреблении, а потому и удобнее для установки в «мобильные» и беспроводные манипуляторы.

Микросхема ADNS-2610 хотя и являлась «большим» аналогом 2620-й, но была лишена поддержки «продвинутого» режима 2300 снимков/с. Кроме того, этот вариант требовал 5В питания, тогда как чип ADNS-2620 обходился всего 3.3 В.

Вышедший вскоре чип ADNS-2051 представлял собой гораздо более мощное решение, чем микросхемы HDNS-2000 или ADNS-2610, хотя внешне (упаковкой) был также на них похож. Этот сенсор уже позволял программируемо управлять «разрешением» оптического датчика, изменяя таковое с 400 до 800 сpi. Вариант микросхемы также допускал регулировку частоты снимков поверхности, причем позволял менять ее в очень широком диапазоне: 500, 1000,1500, 2000 или 2300 снимков/с. А вот величина этих самых снимков составляла всего 16х16 пикселей. При 1500 снимках/с предельно допустимое ускорение мыши при «рывке» составляло по прежнему 0.15 g, максимально возможная скорость перемещения - 14 дюймов/с (т. е. 35.5 см/с). Данный чип был рассчитан на напряжение питания 5 В.

Сенсор ADNS-2030 разрабатывался для беспроводных устройств, а потому имел малое энергопотребление, требуя всего 3.3 В питания. Чип также поддерживал энергосберегающие функции, например функцию снижения потребления энергии при нахождении мыши в состоянии покоя (power conservation mode during times of no movement), переход в режим «сна», в том числе при подключении мыши по USB интерфейсу, и т.д.. Мышь, впрочем, могла работать и не в энергосберегающем режиме: значение «1» в бите Sleep одного из регистров чипа заставляло сенсор «всегда бодрствовать», а значение по умолчанию «0» соответствовало режиму работы микросхемы, когда по прошествии одной секунды, если мышь не перемещалась (точнее после получения 1500 совершенно одинаковых снимков поверхности) сенсор, напару с мышью, переходил в режим энергосбережения. Что касается остальных ключевых характеристик сенсора, то они не отличались от таковых у ADNS-2051: тот же 16-и контактный корпус, скорость перемещения до 14 дюймов/с при максимальном ускорении 0.15 g, программируемое разрешение 400 и 800 cpi соответственно, частоты осуществления снимков могли быть точно такими же, как и у вышерассмотренного варианта микросхемы.

Такими были первые оптические сенсоры. К сожалению, им были свойственны недостатки. Большой проблемой, возникающей при передвижением оптической мыши по поверхностям, особенно с повторяющимся мелким рисунком, являлось то, что процессор обработки изображений порой путал отдельные похожие участки монохромного изображения, получаемые сенсором и неверно определял направление перемещения мыши.

В итоге и курсор на экране перемещался не так, как требовалось. Указатель на экране даже становился способен на экспромт:) - на непредсказуемые перемещения в произвольном направлении. Кроме того, легко догадаться, что при слишком быстром перемещении мыши сенсор мог вообще утратить всякую «связь» между несколькими последующими снимками поверхности. Что порождало еще одну проблему: курсор при слишком резком перемещении мыши либо дергался на одном месте, либо происходили вообще «сверхъестественные»:) явления, например, с быстрым вращением окружающего мира в игрушках. Было совершенно ясно, что для человеческой руки ограничений в 12-14 дюймов/с по предельной скорости перемещения мыши явно мало. Также не вызывало сомнений, что 0.24 с (почти четверть секунды), отведенные для разгона мыши от 0 до 35.5 см/с (14 дюймов/с - предельная скорость) это очень большой промежуток времени, человек способен двигать кистью значительно быстрее. И потому при резких движениях мыши в динамичных игровых приложениях с оптическим манипулятором может придтись несладко…

Понимали это и в Agilent Technologies. Разработчики осознавали, что характеристики сенсоров надо кардинально улучшать. В своих изысканиях они придерживались простой, но правильной аксиомы: чем больше снимков в секунду сделает сенсор, тем меньше вероятность того, что он потеряет «след» перемещения мыши во время совершения пользователем компьютера резких телодвижений:)

Хотя, как мы видим из вышеизложенного, оптические сенсоры и развивались, постоянно выпускались новые решения, однако развитие в этой области можно смело назвать «очень постепенным». По большому счету, кардинальных изменений в свойствах сенсоров так и не происходило. Но техническому прогрессу в любой области порой свойственны резкие скачки. Случился такой «прорыв» и в области создания оптических сенсоров для мышей. Появление оптического сенсора ADNS-3060 можно считать действительно революционным!

Лучший из

Оптический сенсор ADNS-3060 , по сравнению со своими «предками», обладает поистине впечатляющим набором характеристик. Использование этой микросхемы, упакованной в корпус с 20-ю контактами, обеспечивает оптическим мышам невиданные ранее возможности. Допустимая максимальная скорость перемещения манипулятора выросла до 40 дюймов/с (то есть почти в 3 раза!), т.е. достигла «знаковой» скорости в 1 м/с. Это уже очень хорошо - вряд ли хоть один пользователь двигает мышь с превышающей данное ограничение скоростью столь часто, чтобы постоянно чувствовать дискомфорт от использования оптического манипулятора, в том числе это касается и игровых приложений. Допустимое же ускорение выросло, страшно сказать, во сто раз (!), и достигло величины 15 g (почти 150 м/с 2). Теперь на разгон мыши с 0 до предельных 1 м/с пользователю отводится 7 сотых секунды - думаю, теперь очень немногие сумеют превзойти это ограничение, да и то, вероятно, в мечтах:) Программируемая скорость осуществления снимков поверхности оптическим сенсором у новой модели чипа превышает 6400 кадров/с, т.е. «бьет» предыдущий «рекорд» почти в три раза. Причем чип ADNS-3060 может сам осуществлять подстройку частоты следования снимков для достижения наиболее оптимальных параметров работы, в зависимости от поверхности, над которой перемещается мышь. «Разрешение» оптического сенсора по прежнему может составлять 400 или 800 cpi. Давайте на примере микросхемы ADNS-3060 рассмотрим общие принципы работы именно чипов оптических сенсоров.

Общая схема анализа перемещений мыши не изменилась по сравнению с более ранними моделями - полученные блоком IAS сенсора микроснимки поверхности под мышью обрабатываются затем интегрированным в этой же микросхеме DSP (процессором), который определяет направление и дистанцию перемещения манипулятора. DSP вычисляет относительные величины смещения по координатам × и Y, относительно исходной позиции мыши. Затем внешняя микросхема контролера мыши (для чего он нужен, мы говорили ранее) считывает информацию о перемещении манипулятора с последовательного порта микросхемы оптического сенсора. Затем уже этот внешний контроллер транслирует полученные данные о направлении и скорости перемещения мыши в передаваемые по стандартным интерфейсам PS/2 или USB сигналы, которые уже от него поступают к компьютеру.

Но вникнем чуть глубже в особенности работы сенсора. Блок-схема чипа ADNS-3060 представлена выше. Как видим, принципиально его структура не изменилась, по сравнению с далекими «предками». 3.3 В питание к сенсору поступает через блок Voltage Regulator And Power Control, на этот же блок возложена функции фильтрации напряжения, для чего используется подключение к внешнему конденсатору. Поступающий с внешнего кварцевого резонатора в блок Oscillator сигнал(номинальная частота которого 24 МГц, для предыдущих моделей микросхем использовались более низкочастотные задающие генераторы) служит для синхронизации всех вычислительных процессов, протекающих внутри микросхемы оптического сенсора. Например, частота снимков оптического сенсора привязана к частоте этого внешнего генератора (кстати, на последний наложены не весьма жесткие ограничения по допустимым отклонениям от номинальной частоты - до +/- 1 МГц). В зависимости от значения, занесенного по определенному адресу (регистру) памяти чипа, возможны следующие рабочие частоты осуществления снимков сенсором ADNS-3060.

Значение регистра, шестнадцатеричное	Десятичное значение	Частота снимков сенсора, кадров/с
OE7E	3710	6469
12C0	4800	5000
1F40	8000	3000
2EE0	12000	2000
3E80	16000	1500
BB80	48000	500

Как нетрудно догадаться, исходя из данных в таблице, определение частоты снимков сенсора осуществляется по простой формуле: Частота кадров = (Задающая частота генератора (24 МГц)/Значение регистра отвечающего за частоту кадров).

Осуществляемые сенсором ADNS-3060 снимки поверхности (кадры) имеют разрешение 30х30 и представляют собой все ту же матрицу пикселей, цвет каждого из которых закодирован 8-ю битами, т.е. одним байтом (соответствует 256 градациям серого для каждого пикселя). Таким образом, каждый поступающий в DSP процессор кадр (фрейм) представляет собой последовательность из 900 байт данных. Но «хитрый» процессор не обрабатывает эти 900 байт кадра сразу по поступлении, он ждет, пока в соответствующем буфере (памяти) накопится 1536 байт сведений о пикселях (то есть добавится информация еще о 2/3 последующего кадра). И только после этого чип приступает к анализу информации о перемещении манипулятора, путем сравнения изменений в последовательных снимках поверхности.

С разрешением 400 или 800 пикселей на дюйм их осуществлять, указывается в бите RES регистров памяти микроконтроллера. Нулевое значение этого бита соответствует 400 cpi, а логическая единица в RES переводит сенсор в режим 800 cpi.

После того как интегрированный DSP процессор обработает данные снимков, он вычисляет относительные значения смещения манипулятора вдоль осей × и Y, занося конкретные данные об этом в память микросхемы ADNS-3060. В свою очередь микросхема внешнего контроллера (мыши) через Serial Port может «черпать» эти сведения из памяти оптического сенсора с частой примерно раз в миллисекунду. Заметьте, только внешний микроконтроллер может инициализировать передачу таких данных, сам оптический сенсор никогда не инициирует такую передачу. Поэтому вопрос оперативности (частоты) слежения за перемещением мыши во многом лежит на «плечах» микросхемы внешнего контроллера. Данные от оптического сенсора передаются пакетами по 56 бит.

Ну а блок Led Cотtrоl, которым оборудован сенсор, ответственен за управление диодом подсветки - путем изменения значения бита 6 (LED_MODE) по адресу 0x0a микропроцессор оптосенсора может переводить светодиод в два режима работы: логический «0» соответствует состоянию «диод всегда включен», логическая «1» переводит диод в режим «включен только при необходимости». Это важно, скажем, при работе беспроводных мышей, так как позволяет экономить заряд их автономных источников питания. Кроме того, сам диод может иметь несколько режимов яркости свечения.

На этом, собственно, все с базовыми принципами работы оптического сенсора. Что еще можно добавить? Рекомендуемая рабочая температура микросхемы ADNS-3060, впрочем как и всех остальных чипов этого рода, - от 0 0С до +40 0С. Хотя сохранение рабочих свойств своих чипов Agilent Technologies гарантирует в диапазоне температур от -40 до +85 °С.

Лазерное будущее?

Недавно сеть наполнили хвалебные статьи о мыши Logitech MX1000 Laser Cordless Mouse, в которой для подсветки поверхности под мышью использовался инфракрасный лазер. Обещалась чуть ли не революция в сфере оптических мышей. Увы, лично попользовавшись этой мышью, я убедился, что революции не произошло. Но речь не об этом.

Я не разбирал мышь Logitech MX1000 (не имел возможности), но уверен, что за «новой революционной лазерной технологией» стоит наш старый знакомый - сенсор ADNS-3060. Ибо, по имеющимся у меня сведениям, характеристики сенсора этой мыши ничем не отличаются от таковых у, скажем, модели Logitech МХ510 . Вся «шумиха» возникла вокруг утверждения на сайте компании Logitech о том, что с помощью лазерной системы оптического слежения выявляется в двадцать раз (!) больше деталей, чем с помощью светодиодной технологии. На этой почве даже некоторые уважаемые сайты опубликовали фотографии неких поверхностей, дескать, как видят их обычные светодиодные и лазерные мыши:)

Конечно, эти фото (и на том спасибо) были не теми разноцветными яркими цветочками, с помощью которых нас пыталась убедить на сайте Logitech в превосходстве лазерной подсветки системы оптического слежения. Нет, конечно же, оптические мыши не стали «видеть» ничего подобного на приведенные цветные фотографии с разной степенью детализации - сенсоры по-прежнему «фотографируют» не более чем квадратную матрицу серых пикселей, отличающихся между собой лишь разной яркостью (обработка информации о расширенной цветовой палитре пикселей непомерным грузом легла бы на DSP).

Давайте прикинем, для получения в 20 раз более детализированной картинки, нужно, извините за тавтологию, в двадцать раз больше деталей, передать которые могут только дополнительные пиксели изображения, и ни что иное. Известно, что Logitech MX 1000 Laser Cordless Mouse делает снимки 30х30 пикселей и имеет предельное разрешение 800 cpi. Следовательно, ни о каком двадцатикратном росте детализации снимков речи быть не может. Где же собака порылась:), и не являются ли подобные утверждения вообще голословными? Давайте попробуем разобраться, что послужило причиной появления подобного рода информации.

Как известно, лазер излучает узконаправленный (с малым расхождением) пучок света. Следовательно, освещенность поверхности под мышью при применении лазера гораздо лучше, чем при использовании светодиода. Лазер, работающий в инфракрасном диапазоне, был выбран, вероятно, чтобы не слепить глаза возможным все-таки отражением света из-под мыши в видимом спектре. То, что оптический сенсор нормально работает в инфракрасном диапазоне не должно удивлять - от красного диапазона спектра, в котором работает большинство светодиодных оптических мышей, до инфракрасного -«рукой подать», и вряд ли для сенсора переход на новый оптический диапазон был труден. Например, в манипуляторе Logitech MediaPlay используется светодиод, однако также дающий инфракрасную подсветку. Нынешние сенсоры без проблем работают даже с голубым светом (существуют манипуляторы и с такой подсветкой), так что спектр области освещения - для сенсоров не проблема. Так вот, благодаря более сильной освещенности поверхности под мышью, мы вправе предположить, что разница между местами, поглощающими излучение (темными) и отражающими лучи (светлыми) будет более значительной, чем при использовании обычного светодиода - т.е. изображение будет более контрастными.

И действительно, если мы посмотрим на реальные снимки поверхности, сделанные обычной светодиодной оптической системой, и системой с использованием лазера, то увидим, что «лазерный» вариант куда более контрастен - отличия между темными и яркими участками снимка более значительны. Безусловно, это может существенно облегчить работу оптическому сенсору и, возможно, будущее именно за мышами с лазерной системой подсветки. Но назвать подобные «лазерные» снимки в двадцать раз более детализированными вряд ли можно. Так что это еще один «новорожденный» миф.

Какими будут оптические сенсоры ближайшего будущего? Сказать трудно. Вероятно, они перейдут таки на лазерную подсветку, а в Сети уже ходят слухи о разрабатываемом сенсоре с «разрешением» 1600 cpi. Нам остается только ждать.