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 (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 аналоги были массово произведены на одном и том же китайском заводе, получив на выходе разную маркировку. Документация на него нашлась очень легко, даже вместе с различными примерами кода.

Документация гласит, что этот сенсор до 1500 раз в секунду получает изображение поверхности размером 18x18 точек (разрешение 400cpi), запоминает его и с помощью алгоритмов сравнения изображений вычисляет смещение по координатам Х и Y, относительно предыдущей позиции.

Реализация

Для «общения с сенсором» я использовал популярную вычислительную платформу Arduino, а припаяться решил прямо к ножкам чипа.

Подключаем 5V и GND к соответствующим выходам Arduino, а ножки сенсора SDIO и SCLK к цифровым пинам 8 и 9.

Для получения смещения по координатам нужно прочитать значение регистра чипа по адресу 0x02 (X) и 0x03 (Y), а для дампа картинки нужно, сначала записать значение 0x2A по адресу 0x08, а потом 18x18 раз его прочитать оттуда же. Это и будет последнее «запомненное» значение матрицы яркости изображения с оптического сенсора.

Как я реализовал это на Arduino можно посмотреть тут: http://pastebin.com/YpRGbzAS (всего ~100 строк кода).

А для получения и отображения картинки была написана программа на Processing.

Результат

После небольшого «допиливания» программы для своего проекта, я смог получать картинку прямо с оптического сенсора и производить над ней все необходимые вычисления.

Можно заметить текстуру поверхности (бумага) и даже отдельные буквы на ней. Следует отметить, что такое четкое качество картинки получается из-за того, что разработчики этой модели мыши добавили в конструкцию специальную стеклянную подставку с небольшой линзой прямо под сенсором.

Если начать приподнимать мышку над поверхностью даже на пару миллиметров, четкость сразу пропадает.

Если вы вдруг захотите повторить это дома, для нахождения мышки с аналогичным сенсором рекомендую искать старые девайсы с интерфейсом PS/2.

Заключение

Хотя получаемое изображение и не очень большое, этого вполне хватило для решения моей задачи (сканнер штрих кода). Получилось очень даже экономично и быстро (мышка за ~100р + Arduino + пару дней на написание кода).

Оставлю ссылки на материалы, которые мне очень пригодились для решения этой задачи. Это реально было не сложно и делалось с большим удовольствием. Сейчас я ищу информацию о чипах более дорогих моделей современных мышек для получения качественных изображений с большим разрешением. Возможно, мне даже удастся собрать что-то вроде микроскопа (качество изображений с текущего сенсора для этого явно не подходит). Спасибо за внимание!

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 . 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.

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 подходит к этому устройству и хорошо за ним закрепилось. Даже у маленьких детей первая ассоциация на слово «мышь» связана в первую очередь с компьютером.

Читая сказку про мышку-норушку ребенок скорее всего представит себе компьютерную «зверушку», а не обыкновенную домашнюю мышь, которую он и в глаза то не видел.

А теперь поговорим про устройство компьютерной мыши. Как внешне выглядит это устройство, думаю, вам рассказывать не надо.

При перемещении мышки по столу курсор на экране монитора также перемещается. Для работы необходимо навести курсор на необходимый объект, и щелкнуть по нему одной из кнопок мыши, в зависимости от выбора действия.

Кнопки мыши предназначены для того, чтобы дать команду на ввод информации. Каждая кнопка выполняет свою определённую функцию. Их можно программно перенастроить как для правшей, так и для левшей.

Колёсико располагается посередине между кнопками и служит в основном для прокрутки страниц в текстовых редакторах и окнах браузеров интернета. Им также можно выполнять функцию третье кнопки, т.к. оно не только вращается, но и нажимается.

Раньше вместе с мышкой был обязательный атрибут – «коврик », т.к. на нижней части мышки находился шарик, который проскальзывал по поверхности стола. С приходом оптической мыши коврик уже не нужен. Мышки стали более компактными и «шустрыми». Тот, кто впервые берёт её в руки, первое время никак не может навести курсор на нужный объект.

В оптических моделях находится специальный миниатюрный оптический датчик с микропроцессором, и мышь представляет собой уже видеокамеру. Микропроцессор обрабатывает сигнал, поступающий с оптического датчика, и указатель на мониторе перемещается вслед за перемещением мыши.

Достоинства компьютерной мыши

• Так, как рука находится не навесу в отличие от сенсорного интерфейса ввода, мышь пригодна для длительной работы;
• Высокая точность позиционирования курсора;
• Позволяет множество разных манипуляций, поэтому в одной руке концентрируется большое количество органов управления;
• Самое главное достоинство мыши – очень низкая цена.

Сейчас на наших рынках простая сенсорная модель стоит не больше 150 рублей.

Достоинства и недостатки самых распространенных моделей компьютерных мышей мы рассмотрим в следующих статьях.

Как видите, устройство компьютерной мыши, не такое уж и простое.

3.1. Как устроена мышь?

3.2. Драйверы мыши в MS-DOS

3.3. Прерывание для обслуживания мыши

3.1. Как устроена мышь? Оптико-механические мыши

Мышь - это небольшая коробочка с двумя или тремя клавишами, которая соединяется с компьютером тонким кабелем:

Рис. 2. Внешний вид мыши

Сверху на корпусе расположены кнопки. Обычно их две или три. Назначение этих кнопок полностью определяется программным обеспечением. Снизу виден шарик. Он обычно покрыт резиной для лучшего сцепления с поверхностью стола.

Конструктивно мышь представляет собой пластмассовую коробочку обтекаемой формы, в которой размещены:

Гибким кабелем мышь соединяется с системным блоком компьютера.

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

На рисунке 1 показано внутреннее устройство манипулятора "мышь". На рисунке отмечены следующие обязательные компоненты мыши: 1 - Фотоизлучатель 2 - Фотоприемник 3 - Шарик 4 - Вращающийся валик 5 - Прижимное колесико 6 - Кнопка 7 - Кабель 8 - Контроллер (специальная микросхема)

Принцип работы мыши заключается в следующем.

При нажатии кнопки мыши контроллер обрабатывает это событие и посылает в компьютер информацию о совершенном действии.

При перемещении мыши по поверхности шарик крутится, и его вращение передается двум взаимно перпендикулярным вращающимся валикам, которые генерируют сигналы перемещения "влево-вправо", "вверх-вниз". Каждый из двух вращающихся валиков имеет диск с прорезями. При вращении валика вращающийся диск с прорезями, пропускает (смотри рисунок 2) или задерживает (смотри рисунок 3) луч, который излучает фотоизлучатель и принимает фотоприемник. Сигнал от фотоприемника обрабатывается контроллером и отсылается в компьютер. Таким образом, механическое вращение шарика мыши преобразуется в электрический сигнал ее перемещения, а вращение валиков воспринимается и передается в компьютер.

Программное обеспечение свяжет перемещения мыши по поверхности стола с перемещениями, например, курсора по поверхности экрана. Перемещая мышь по столу (и, соответственно, курсор по экрану), вы можете указывать (выбирать) различные объекты, находящиеся на экране.

Если вы откроете корпус мыши, вы увидите простой механизм, состоящий из шарика, двух осей с резиновыми валиками, двух дисков с отверстиями и четырех фотодатчиков:

Рис. 3. Внутреннее устройство мыши

Когда вы перемещаете мышь по поверхности стола, вращение шарика передается через резиновые валики двум дискам с отверстиями. Около каждого диска расположены фотодатчики (по два на диск). Они фиксируют направление вращения и угол поворота дисков. Во время движения мыши фотодатчики вырабатывают импульсы, которые передаются в компьютер. Количество этих импульсов линейно зависит от величины перемещения мыши.

В настоящее время изготовители компьютерного оборудования предлагают большой выбор мышей разного типа. Мыши отличаются не только внешним видом и количеством клавишей, но также и способом подключения к компьютеру, мыши могут иметь различную точность и различный программный интерфейс.

Можно выделить два наиболее часто используемых способа подключения мыши к компьютеру:

через последовательный порт (COM1, COM2);

через специальный адаптер, который вставляется в слот расширения материнской платы компьютера.

Что касается программного интерфейса, то можно выделить два типа:

трехкнопочная мышь системы Mouse Systems

двухкнопочная мышь Microsoft

Некоторые мыши могут эмулировать оба типа. Эмулируемый тип зависит от состояния переключателя, находящегося на нижней крышке корпуса мыши или от того, была ли нажата клавиша мыши во время включения питания компьютера.

Сигнальный провод мыши иногда рассматривается как мешающий и ограничивающий фактор. Этого фактора лишены беспроводные мыши. Однако беспроводные мыши имеют серьёзную проблему - вместе с сигнальным кабелем они теряют стационарное питание и вынуждены иметь автономное, от аккумуляторов или батарей, которые требуют подзарядки или замены, а также увеличивают вес устройства.

Аккумуляторы беспроводной мыши могут подзаряжаться как вне мыши, так и внутри неё (точно так же, как аккумуляторы в мобильных телефонах). В последнем случае, мышь должна периодически подсоединяться к стационарному питанию через кабель, док-станцию или площадку для индукционного питания.

v Оптическое соединение.

Первыми попытками было внедрение инфракрасной связи между мышью и специальным приёмным устройством, которое, в свою очередь, подключалось к порту компьютера.

Оптическая связь на практике проявила крупный недостаток: любое препятствие между мышью и датчиком мешало работе.

v Радиосвязь.

Беспроводная мышь Apple Mighty Mouse

Радиосвязь между мышью и приёмным устройством, подключённым к компьютеру, позволила избавиться от недостатков инфракрасной связи и вытеснила ее.

Можно выделить три поколения беспроводных мышей. Первое поколение использовало частотные диапазоны, предназначенные для радиоуправляемых игрушек (27 МГц). Они имели низкую частоту опроса (типично 20-50 Гц), неустойчивую связь, взаимное влияние при близком расположении. Такие мышки имели курьезную проблему: поскольку радиус действия этих мышей составлял несколько метров, а организации, как правило, закупали однотипную технику партиями, бывали случаи, когда курсором на экране компьютера управляла мышь, расположенная даже на соседнем этаже. Такие мыши, как правило, имеют переключатель, позволяющий выбрать один из двух радиочастотных каналов, в большинстве случаев переход на другой канал снимал проблемы. В настоящее время мышки первого поколения уже не производятся.

Беспроводная мышка с донглом

Беспроводная мышь Gigabyte Force M9 ICE Black с лазерным датчиком

Второе поколение радиомышей использовало свободный частотный диапазон 2,45 ГГц и строилось на базе высокоинтегрированных скоростных радиоканалов. В таких решениях удалось полностью избавиться от «детских болезней» первого поколения. Основным недостатком считается необходимость в специальном USB-донгле, в котором находится приемник мышки. Такой донгл занимает USB-слот на компьютере. Потеря донгла делает мышку мертвым железом из-за несовместимости методов радиосвязи разных производителей. Мышки второго поколения - наиболее массовые в настоящее время.

Третье поколение радиомышек использует стандартные радиоинтерфейсы. Как правило, это Bluetooth или (гораздо реже) другие стандартные радиоинтерфейсы персональных сетей. Мышки с Bluetooth не нуждаются в специальном донгле, так как современные компьютеры оснащаются этим интерфейсом. Другое достоинство Bluetooth мышек - не требуется специальных драйверов. Недостаток Bluetooth - высокая цена и большее энергопотребление.

Индукционные мыши.

Индукционные мыши чаще всего имеют индукционное питание от специальной рабочей площадки («коврика») или графического планшета. Но такие мыши являются беспроводными лишь отчасти - планшет или площадка всё равно подключаются кабелем. Таким образом, кабель не мешает двигать мышью, но и не позволяет работать на расстоянии от компьютера, как с обычной беспроводной мышью..

С конца XX-го века все бо́льшую силу набирают производство аксессуаров специально для любителей компьютерных игр. Эта тенденция не обошла стороной и компьютерные мыши. От своих обычных офисных собратьев этот подвид отличается большей чувствительностью (до 8200 dpi у Razer Taipan), наличием дополнительных, индивидуально настраиваемых кнопок, нескользящей внешней поверхностью, а также дизайном. В геймерских мышах высшего класса настраивается развесовка - это нужно для того, чтобы все ножки мыши были равномерно загружены (так мышь более плавно скользит).

Как и всякий элемент компьютера, мышь стала объектом для моддинга.

Некоторые производители мышей добавляют в мышь функции оповещения о каких-либо событиях, происходящих в компьютере. В частности, Genius и Logitech выпускают модели, оповещающие о наличии непрочитанных электронных писем в почтовом ящике свечением светодиода или воспроизведением музыки через встроенный в мышь динамик.

Известны случаи помещения внутрь корпуса мыши вентилятора для охлаждения во время работы руки пользователя потоком воздуха через специальные отверстия. Некоторые модели мышей, предназначенные для любителей компьютерных игр, имеют встроенные в корпус мыши маленькие эксцентрики, которые обеспечивают ощущение вибрации при выстреле в компьютерных играх. Примерами таких моделей является линейка мышей Logitech iFeel Mouse.

Кроме того, существуют мини-мыши, созданные для владельцев ноутбуков, имеющие малые габариты и массу.

Некоторые беспроводные мыши имеют возможность работы как пульта ДУ (например, Logitech MediaPlay). Они имеют немного изменённую форму для работы не только на столе, но и при удержании в руке.

v Достоинства и недостатки

Мышь стала основным координатным устройством ввода из-за следующих особенностей:

· Очень низкая цена (по сравнению с остальными устройствами наподобие сенсорных экранов);

· Мышь пригодна для длительной работы. В первые годы мультимедиа кинорежиссёры любили показывать компьютеры «будущего» с сенсорным интерфейсом, но на поверку такой способ ввода довольно утомителен, так как руки приходится держать на весу;

· Высокая точность позиционирования курсора. Мышью (за исключением некоторых «неудачных» моделей) легко попасть в нужный пиксель экрана;

Мышь позволяет множество разных манипуляций - двойные и тройные щелчки, перетаскивания, жесты, нажатие одной кнопки во время перетаскивания другой и т. д. Поэтому в одной руке можно сконцентрировать большое количество органов управления - многокнопочные мыши позволяют управлять, например, браузером вообще без привлечения клавиатуры.

Недостатками мыши являются:

· Опасность синдрома запястного канала (не подтверждается клиническими исследованиями);[источник не указан 365 дней]

· Для работы требуется ровная гладкая поверхность достаточных размеров (за исключением разве что гироскопических мышей);

· Неустойчивость к вибрациям. По этой причине мышь практически не применяется в военных устройствах. Трекбол требует меньше места для работы и не требует перемещать руку, не может потеряться, имеет большую стойкость к внешним воздействиям, более надёжен.