Файл: Анализ методов и устройств ввода информации в компьютер. Устройства ввода знаковых данных..pdf

К регулируемым параметрам мыши относят: чувствительность (она выражает величину перемещения указателя на экране при заданном линейном перемещении мыши), функции кнопок, а также чувствительность к двойному щелчку. Программные средства, которые предназначены для данных регулировок, обычно входят в системный комплект ПО [4, с. 76].

Мыши различают по трем характеристикам – количеству кнопок, используемой технологии и типу соединения с системным блоком. Перебор функций определяет перемещение мыши, но выбор функции идет лищь с помощью кнопки, что дает возможность избегать случайного запуска задачи при просмотре функций меню. С помощью одной кнопки можно реализовать минимальные возможности данного устройства. Работа компьютера в этом случае заключается в определении положения кнопки – нажата она или нет.

Однако две кнопки повышают гибкость системы. Например, одна кнопка может применяться при запуске функции, а вторая при ее отмене. Кроме того, три кнопки еще более улучшат гибкость управления. Но, с другой стороны, увеличение числа кнопок повышает сходство устройства с клавиатурой, придавая ему при этом её недостатки. На практике три кнопки – это разумный предел, так как они дают возможность лежать на кнопках указательному, среднему и безымянному пальцам, в то же время большой палец и мизинец перемещают мышь и удерживают ее в ладони.

Существуют также сенсорные мыши, с помощью которых возможно осуществлять взаимодействие с компьютером, используя лишь одну кнопку и сенсорную поверхность.

Манипулятор «мышь» имеет несколько типов подключения: COM, PS/2, USB, ИК, Bluetooth [2].

Инфракрасную мышь отличает от обычной наличие устройства беспроводной связи с системным блоком [4, с. 95].

Также можно выделить еще два вида компьютерных мышей: шариковые и оптические. В шариковых манипуляторах применяется механический способ передачи направления движения (шарик, который расположен внизу манипулятора, вращает при перемещении два валика, расположенных внутри). В оптических мышах применяется светодиод вместо шарика [3, с. 197].

Кроме обычной мыши есть и другие типы манипуляторов.

Трекбол представляет собой «мышку наоборот». Т. е. это устройство, которое, в отличие от мышки, всегда неподвижно, а управление перемещением курсора происходит за счет вращения шарика, находящегося в верхней части трекбола. Его устанавливают стационарно, шарик приводится в движение ладонью руки [4, с. 95]. Трекболу не нужна гладкая рабочая поверхность. Кроме того, при вращении шарика пальцами, происходит лучший, чем у мышки, контроль над вращением и, следовательно, более точное позиционирование курсора (рис. 3). Этому способствует и намного больший размер шарика, чем у мыши, и меньший вес относительно размера. Из положительных сторон сразу можно выделить экономию места (нет необходимости в коврике) и возможности работать в таких местах, в которых затруднительно пользоваться мышкой (к примеру, не за столом, а в кресле). Из-за меньших масштабов производства стоимость трекболов намного выше, чем на мыши.

Рисунок 3. Трекбол [9]

Кроме шарика, трекболы обладают, по крайней мере, двумя кнопками, их оснащение колесиками для прокрутки и дополнительными кнопками зависит от производителя. Областью применения трекболов чаще всего является работа с графическими программами, пакетами для автоматизированного проектирования, т. е. такими приложениями, в которых наиболее ощущается необходимость точного позиционирования и плавного перемещения курсора.

Световое перо является одним из инструментов ввода информации в компьютер. Оно может считаться как манипулятором, так и усройством для ввода графической информации в компьютер. Внешне оно напоминает шариковую ручку или карандаш, соединенный с одним из портов ввода – вывода компьютера (рис. 4). Ввод информации с помощью данного пера заключается в прикосновении или проведении линий пером по экрану монитора, с применением кнопок, расположенных на пере.

Рисунок 4. Световое перо [9]

Для компьютерных игр и в специализированных имитаторах используются также рычажно-нажимные манипуляторы (джойстики) и аналогичные джойпады, геймпады и штурвально-педальные устройства. Они подключаются к специальному порту, который имеется на звуковой карте, или к порту USB. [4, с. 95]

Джойстик представляет собой подвижный руль или рукоять с несколькими кнопками. Данное устройство ввода более распространено в области компьютерных игр [3, с. 198]. Джойстики делят на два вида:

• Дискретные джойстики, сенсоры которых могут принимать два значения: «0» или «1», включён или выключен и т. д. Каждое нажатие выдает один управляющий импульс и сдвигает курсор на одну позицию (долгое нажатие ведет к автоповтору команды), при этом диапазон смещения курсора неограничен и определяется лишь числом нажатий. Джойстики данного типа можно считать устаревшими в ПК, но они еще используются в игровых приставках, мобильных телефонах и некоторых других устройствах.
• Аналоговые джойстики, у которых выходной сигнал плавно изменяется от нуля до максимума в зависимости от угла наклона рукоятки: чем больше отклонена рукоять, тем больше уровень сигнала. Диапазон смещения курсора ограничивается ходом ручки джойстика и разрешением используемых сенсоров. После калибровки такие джойстики можно использовать для указания абсолютной позиции курсора. [3, с. 199]

Тачпад (от англ. touchpad – сенсорная площадка) – это указательное устройство ввода, используемое чаще всего в ноутбуках [11]. Его работа основана на измерении ёмкости пальца или измерении ёмкости между сенсорами. Ёмкостные сенсоры располагаются вдоль вертикальной и горизонтальной осей тачпада, что дает возможность определять положение пальца с необходимой точностью. Компанией Apple традиционно применяется для обозначения тачпада термин «трекпад».

Тачпады – это устройства с достаточно низким разрешением [11]. Этого хватает для применения их в повседневной работе за компьютером (в офисных приложениях, веб-браузерах, логических играх), но усложняет работу в графических программах и делает почти невозможной игры в 3D-шутерах.

Но тачпады обладают и рядом преимуществ:

• они не нуждаются в ровной поверхности, что отличает их от мыши;
• они не требуют много пространства (также в отличие от мыши и графических планшетов);
• расположение тачпада зафиксировано относительно клавиатуры;
• для перемещения курсора на весь экран хватает лишь малого перемещения пальца;
• работа с ними не требует какого-либо привыкания, как, например, трекбол [11].

1.3 Сенсорные экраны

На рубеже веков появилось новое направление развития технологий взаимодействия пользователей с ПК и электронными устройствами. Появились карманные компьютеры (КПК) с сенсорными экранами, затем планшетные ПК первого поколения, которые так и не закрепились на массовом рынке. А еще через несколько лет произошло начало триумфального шествия гаджетов с сенсорными экранами. Количество мобильных телефонов, смартфонов, портативных медиаплееров и других электронных устройств, имеющих сенсорные экраны, увеличивается год от года. Растущая популярность данного устройства стимулировала развитие соответствующих технологий: проекционноемкостные панели пришли на смену резистивным, благодаря этому значительно увеличилась точность и удобство работы. Наивысшей точкой «сенсорной лихорадки» стало появление планшетов. Но в сегменте настольных и портативных ПК сенсорные экраны так и не сумели составить серьезную конкуренцию клавиатурам и мышам – традиционным устройствам ввода [7].

Рассмотрим прочно обосновавшееся устройство контактного сенсорного ввода-вывода информации – дисплей multi-touch. Данное устройство позволяет взаимодействовать с данными на экране, прикасаясь к нему непосредственно пальцем или стилусом. Сенсорными экранами оборудованы современные мобильные телефоны, ноутбуки и планшеты [9].

Сенсорный экран – это устройство ввода данных, представляющее собой экран, который реагирует на прикосновения к нему [5, с. 144].

Сенсорный экран был изобретен в Иллинойском университете в США в рамках исследований по программированному обучению. Компьютерная система PLATO IV, возникшая в 1972 году, имела сенсорный экран на сетке ИК-лучей. Но даже его низкая точность давала возможность пользователю выбирать ответ, нажимая в определенное место экрана. Первым ПК, обладающим сенсорным экраном, стал HP-150, который выпустила компания Hewlett-Packard в 1983 году. Для отслеживания нажатий использовалась сеть инфракрасных лучей, расположенная перед обычным ЭЛТ-экраном. Система представляла собой матрицу 21Ч14, состоящую из инфракрасных свето- и фотодиодов. Первой карманной игровой консолью с сенсорным экраном стала Nintendo DS, первым массовым устройством, которое поддерживало мультитач – iPhone, а далее iPad (рис. 5).

Рисунок 5. Apple iPad с ёмкостным сенсорным экраном

Существует много разных типов сенсорных экранов, работающих на различных физических принципах [7]:

• резистивные экраны (четырехпроводной и пятипроводной экраны);
• матричные экраны;
• емкостные экраны;
• проекционно-емкостные экраны;
• сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах;
• инфракрасные экраны;
• оптические экраны;
• тензометрические экраны;
• сенсорные экраны DST;
• индукционные сенсорные экраны [7].

Резистивный сенсорный экран включает в себя стеклянную панель и гибкую пластиковую мембрану (рис. 6). На панель и на мембрану наносится резистивное покрытие. Пространство между мембраной и стеклом заполняется микроизоляторами, равномерно распределенными по активной области экрана и надежно изолирующими проводящие поверхности. Во время нажатия на экран панель и мембрана замыкаются и контроллер регистрирует изменение сопротивления с помощью аналогово-цифрового преобразователя, а затем преобразует его в координаты прикосновения [3, с. 191].

Рисунок 6. Четырехпроводной и пятипроводной экраны

Матричный сенсорный экран аналогичен первому, но он более упрощенный [7]. На стекло наносятся горизонтальные проводники, а на мембрану – вертикальные. При прикосновениях к экрану соприкасаются проводники. Контроллер определяет, какие сомкнулись проводники, а затем передает в микропроцессор соответствующие координаты. Данные экраны обладают очень низкой точностью. Достоинством является простота, неприхотливость и небольшая цена [1, с. 231].

Емкостным сенсорным экраном называется стеклянная панель, покрытая прозрачным резистивным материалом(чаще всего применяется сплав оксида индия и оксида олова). Электроды, находящиеся в углах экрана, подают небольшое переменное напряжение на проводящий слой (одинаковое для всех углов). При касании экрана пальцем или другим предметом возникает утечка тока. Чем ближе палец к электроду, тем менее сопротивление экрана, следовательно, больше сила тока. Ток во всех углах регистрируют датчики и передают в контроллер, который вычисляет координаты точки касания. В ранних моделях ёмкостных экранов использовался постоянный ток, что упрощало конструкцию, но приводило к сбоям при плохом контакте пользователя с землёй [7].

Ёмкостные сенсорные экраны являются надёжными, около 200 млн. нажатий (примерно 6,5 лет нажатий с интервалом в одну секунду), они не влагоустойчивы и хорошо переносят непроводящие загрязнения. Прозрачность имеют примерно 90%. Впрочем, проводящее покрытие всё ещё является уязвимым. Поэтому данные экраны широко используются в автоматах, расположенных в охраняемых помещениях. Кроме того, они не реагируют на руки в перчатках [7].

Принцип действия проекционно-емкостных экранов заключается в том, что на внутренней стороне нанесена сетка электродов. Электрод вместе с телом человека создает конденсатор; электроника измеряет ёмкость данного конденсатора (подаёт импульс тока и меряет напряжение). Прозрачность подобных экранов составляет до 90%, температурный диапазон довольно широкий; они очень долговечны. На данных экранах может использоваться стекло толщиной вплоть до 18 мм, что ведет к хорошей вандалоустойчивости. На непроводящие загрязнения экраны не реагируют, а проводящие быстро подавляются программными методами, поэтому проекционно-ёмкостные сенсорные экраны используются в автоматах, установленных на улице; множество моделей реагируют на руки в перчатках. Данные экраны чувствуют даже приближение руки – порог срабатывания выставляется программно. Отличают нажатия рукой от нажатий проводящим пером. В определенных моделях поддерживается мультитач. Поэтому данная технология используется в мультитач-экранах и тачпадах [7].

Сенсорный экран на поверхностно-акустических волнах представляет собой стеклянную панель с пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП), расположенными по углам. По краям панели есть отражающие и принимающие датчики. Специальный контроллер создает высокочастотный электрический сигнал и отсылает его на ПЭП, которые преобразуют данный сигнал в поверхностные акустические волны (ПАВ), а отражающие датчики его отражают. Эти отражённые волны принимают соответствующие датчики и отсылают на ПЭП. Там принимаются отражённые волны и преобразовываются в электрический сигнал, который далее анализируется с применением контроллера. При касании пальцем экрана поглощается часть энергии акустических волн. Приёмники фиксируют данное изменение, а микроконтроллер вычисляет расположение точки касания. Данные экраны реагируют на касание предметом, который способен поглотить волну (палец, пористая резина, рука в перчатке) [7].