Computermuis

Achtergrond

Ontwerpers in de computerindustrie willen niet alleen "de betere muizenval bouwen", maar ook de beste muis. De computermuis is een accessoire voor de personal computer die een essentieel onderdeel is geworden van de werking van de computer. Het kleine apparaatje past netjes in de ronding van de hand van de gebruiker en stelt de gebruiker in staat door zeer beperkte bewegingen van de hand en vingers instructies naar de computer te "wijzen en klikken". Een rollende bal aan de onderkant van de muis geeft aanwijzingen over waar de cursor (aanwijzer) op de monitor of het scherm moet worden verplaatst, en met één tot drie knoppen (afhankelijk van het ontwerp) kan de gebruiker ja zeggen door op de knoppen aan de rechterkant te klikken instructie voor de volgende bewerking van de computer.

Geschiedenis

Dr. Douglas Engelbart, een professor aan het Stanford Research Institute in Menlo Park, Californië, ontwikkelde het eerste apparaat dat bekend werd als de muis in 1964. In die tijd waren de pijltjestoetsen op het toetsenbord de enige manier om de muis te verplaatsen. cursor op een computerscherm, en de toetsen waren inefficiënt en onhandig. Dr. Engelbart maakte een klein, baksteenachtig mechanisme met één knop bovenop en twee wieltjes aan de onderkant. De twee wielen detecteerden horizontale en verticale beweging en de eenheid was enigszins moeilijk te manoeuvreren. Het apparaat was via een kabel met de computer verbonden, zodat de bewegingssignalen elektrisch naar de computer konden worden verzonden om op de monitor te kunnen worden bekeken. Een van de medewerkers van Dr. Engelbart vond dat het apparaat met zijn lange kabeluiteinde er ongeveer uitzag als een muis, en de naam bleef hangen.

Andere wetenschappers, met name die van de National Aeronautics and Space Administration (NASA), waren ook op zoek naar methoden om cursors te verplaatsen en naar objecten op het computerscherm te wijzen. Ze probeerden stuurwielen, knieschakelaars en lichtpennen, maar in tests van deze apparaten versus de muis van Engelbart, was het de muis die brulde. De ingenieurs van NASA maakten zich echter zorgen over de ruimtewandelingen die de muis van zijn werkoppervlak zou maken in de gewichtloosheid van de ruimte.

In 1973 waren de wielen op het onderstel van de muis vervangen door een enkele, vrij rollende bal; en er waren nog twee knoppen (voor een totaal van drie) bovenaan toegevoegd. Het wezen werd zowel een muis als een aanwijsapparaat genoemd en Xerox combineerde het met zijn Alto-computer, een van de eerste personal computers. De Alto had een grafische gebruikersinterface (GUI); dat wil zeggen, de gebruiker wees naar pictogrammen of afbeeldingssymbolen en lijsten met bewerkingen die menu's worden genoemd en klikte erop om de computer een bestand te laten openen, af te drukken en andere functies uit te voeren. Deze methode om de computer te bedienen werd later aangepast door Macintosh- en Windows-besturingssystemen.

De ontwikkeling van de personal computer stimuleerde een explosie van toepassingen voor het apparaat dat klein genoeg was om op een aantal werkplekken te worden gebruikt. Ingenieurs konden computerondersteunde ontwerpen aan hun eigen bureau ontwikkelen en de muis was perfect voor tekenen en tekenen. De muis begon ook nakomelingen te genereren, gezamenlijk invoer-/uitvoerapparaten genoemd, zoals de trackball, die in wezen een muis is die op zijn rug ligt, zodat de gebruiker de bal kan rollen in plaats van de hele eenheid over een oppervlak te verplaatsen. Het leger, de luchtverkeersleiders en de spelers van videogames hadden nu een eigen huisdier. Mechanische sensoren in beide soorten apparaten werden vervangen door optisch-elektronische sensorsystemen gepatenteerd door Mouse Systems; deze waren efficiënter en goedkoper. Een optische muis zonder bewegende delen is ontwikkeld voor gebruik op een speciale muismat met rasterlijnen; licht van binnenuit de muis verlicht het raster, een fotodetector telt het aantal en de oriëntatie van de gekruiste rasterlijnen en de richtingsgegevens worden vertaald in cursorbewegingen op het scherm.

De muis begon zich snel te vermenigvuldigen. Apple Computers introduceerde de Macintosh in 1984 en het besturingssysteem gebruikte een muis. Andere besturingssystemen zoals Commodore's Amiga, Microsoft Windows, Visicorp's Vision en nog veel meer bevatten grafische gebruikersinterfaces en muizen. Er zijn verbeteringen toegevoegd om sensoren minder snel stof te laten vergaren, om gemakkelijker te kunnen scrollen door een extra wiel aan de bovenkant en om de muis draadloos te maken door gebruik te maken van radiofrequentiesignalen (geleend van garagedeuropeners) of infraroodsignalen (aangepast van televisie of afstandsbedieningen).

Anatomie van muis

Lichaam

De "huid" van de muis is de buitenste, harde plastic behuizing die de gebruiker over een plat oppervlak leidt. Zijn "staart" is de elektrische kabel die uit het ene uiteinde van de muis loopt en eindigt bij de verbinding met de Central Processing Unit (CPU). Aan het uiteinde zijn één tot drie knoppen de externe contacten voor kleine elektrische schakelaars. Een druk op de knop sluit de schakelaar met een klik; elektrisch is het circuit gesloten en heeft de computer een commando ontvangen.

Aan de onderkant van de muis past een plastic luik over een rubberen bal, waardoor een deel van de bal zichtbaar wordt. Binnenin wordt de bal op zijn plaats gehouden door een steunwiel en twee assen. Terwijl de bal over een oppervlak rolt, draait een as met horizontale beweging en de tweede reageert op verticale beweging. Aan het ene uiteinde van elk van de twee assen draait ook een spaakwiel. Terwijl deze spaken draaien, flikkeren infraroodlichtsignalen van een light-emitting diode (LED) door de spaken en worden onderschept door een lichtdetector. Het donker en het licht worden door fototransistoren vertaald in elektrische pulsen die naar de interface-geïntegreerde schakeling (IC) in de muis gaan. De pulsen vertellen de IC dat de bal van links naar rechts en van boven naar beneden is gevolgd, en de IC geeft de cursor de opdracht om dienovereenkomstig op het scherm te bewegen.

De interface-geïntegreerde schakeling is gemonteerd op de printplaat (PCB), het skelet waaraan alle interne werking van de muis is bevestigd. De geïntegreerde schakeling, of computerchip, verzamelt de informatie van de schakelaars en de signalen van de fototransistoren en stuurt een datastroom naar de computer.

Hersenen

Elk muisontwerp heeft ook zijn eigen software, een stuurprogramma. De driver is een extern brein dat de computer in staat stelt de signalen van de muis te begrijpen. Het stuurprogramma vertelt de computer hoe de IC-gegevensstroom van de muis moet worden geïnterpreteerd, inclusief snelheid, richting en geklikte opdrachten. Bij sommige muisstuurprogramma's kan de gebruiker specifieke acties aan de knoppen toewijzen en de resolutie van de muis aanpassen (de relatieve afstanden die de muis en de cursor afleggen). Bij muizen die zijn gekocht als onderdeel van computerpakketten, zijn de stuurprogramma's ingebouwd of voorgeprogrammeerd in de computers.

Grondstoffen

De buitenste schil van de muis en de meeste interne mechanische onderdelen, inclusief de assen en spaakwielen, zijn gemaakt van acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) plastic dat is spuitgegoten. De bal is van metaal dat is omhuld met rubber; het is gemaakt door een gespecialiseerde leverancier. De elektrische microschakelaars (gemaakt van plastic en metaal) zijn ook kant-en-klare items die door onderaannemers worden geleverd, hoewel muisontwerpers de krachtvereisten voor de schakelaars kunnen specificeren om ze gemakkelijker of steviger te klikken. Geïntegreerde schakelingen of chips kunnen standaarditems zijn, hoewel elke fabrikant eigen chips kan hebben die zijn gemaakt voor gebruik in zijn volledige productlijn. Elektrische kabels en overmolds (eindconnectoren) worden ook geleverd door externe bronnen.

De printplaat (PCB) waarop de elektrische en mechanische componenten worden gemonteerd, wordt op maat gemaakt, passend bij het muisontwerp. Het is een vlakke, met hars gecoate plaat. Elektrische weerstanden, condensatoren, oscillatoren, geïntegreerde schakelingen (IC's) en andere componenten zijn gemaakt van verschillende soorten metaal, plastic en silicium.

Ontwerp

Het ontwerpen van een nieuwe muis begint met ontmoetingen tussen een productontwikkelingsmanager, ontwerper, marketingvertegenwoordiger en adviserend ergonoom (een specialist in menselijke beweging en de effecten van verschillende bewegingen op lichaamsdelen). Er is een lijst met richtlijnen voor menselijke factoren ontwikkeld met specificatie van het bereik van de handen, aanraakgevoeligheid, hoeveelheid werk, ondersteuning van de hand in een neutrale positie, de houding van de gebruiker tijdens het bedienen van de muis, vingerverlenging vereist om de knoppen te bereiken, gebruik door beide links - en rechtshandigen, geen langdurige statische elektriciteit en andere comfort- en veiligheidseisen; deze kunnen sterk verschillen, afhankelijk van of de muis bijvoorbeeld in kantoren of bij thuiscomputers wordt gebruikt. Een ontwerpopdracht voor de voorgestelde muis is geschreven om het doel van het product te beschrijven en wat het bereikt; er wordt ook een look voorgesteld die past bij de verwachte markt.

Het ontwerpteam keert terug naar de tafel met schuimmodellen; tientallen verschillende vormen kunnen worden gemaakt voor een enkel muisontwerp. Op deze modellen worden gebruikerstests uitgevoerd; de ingenieurs kunnen deze voorbereidende tests zelf doen, of ze kunnen focusgroepen gebruiken als typische gebruikers of een-op-een testen met voorbeeldgebruikers observeren. Wanneer de selectie van modellen wordt verkleind, worden houten modellen gemaakt die verfijnder en geverfd zijn van de winnende ontwerpen. Er wordt opnieuw input verzameld over het gevoel, de vorm en het uiterlijk van de modellen; de ergonoom beoordeelt ook de waarschijnlijke ontwerpen en bevestigt dat de richtlijnen voor menselijke factoren zijn bereikt.

Wanneer het optimale model is gekozen, begint het engineeringteam met het ontwerpen van de interne componenten. Een driedimensionale weergave wordt door de computer gegenereerd en dezelfde gegevens worden gebruikt om de vormen van de buitenschaal met al zijn details machinaal uit te snijden. De mechanische en elektronische ingenieurs passen de printplaat (en zijn elektronica) en het encodermechanisme (de bal, assen, wielen en LED-bron en detector) in de structuur. Het proces van het aanpassen van de werking aan de schaal is iteratief; er worden wijzigingen aangebracht en het ontwerp-en-fit-proces wordt herhaald totdat de muis aan zijn ontwerpdoelstellingen voldoet en het ontwerpteam tevreden is met de resultaten. Chips op maat worden op proef ontworpen, geproduceerd en getest; aangepaste elektronica helpt het ontwerp te voldoen aan de prestatiedoelstellingen en geeft het unieke, concurrerende en verkoopbare kenmerken.

De voltooide ontwerpdiagrammen worden overgedragen aan de projecttooler die begint met het aanpassen van machines om de muis te produceren. Er worden gereedschapsdiagrammen gegenereerd voor bijvoorbeeld het spuitgieten van de schaal. De grootte, vorm, het volume van de holte, het aantal poorten waardoor het plastic in de mal zal worden geïnjecteerd en de stroom van het plastic door de mal zijn allemaal schematisch weergegeven en bestudeerd. Nadat het definitieve gereedschapsplan is beoordeeld, worden gereedschappen gesneden met behulp van de door de computer gegenereerde gegevens. Plastic omhulsels van monsters worden gemaakt als "probeershots" om de werkelijke stroomlijnen te onderzoeken en te bevestigen dat er geen holtes worden veroorzaakt. Wijzigingen worden doorgevoerd totdat het proces perfect is. Textuur wordt toegevoegd aan het uiterlijk van de schaal door zuuretsen of door zandstralen.

Inmiddels heeft het engineeringteam de assemblagelijn voor het nieuwe muisontwerp opgezet en proefmontages uitgevoerd. Wanneer de ontwerpdetails zijn afgerond, de gereedschappen zijn geproduceerd en de testresultaten hebben voldaan aan de doelstellingen en normen van het ontwerpteam, is de muis klaar voor massaproductie.

Het fabricageproces

Om de computermuis te maken, worden verschillende productieprocessen tegelijkertijd uitgevoerd om verschillende onderdelen van de eenheid te maken. Deze processen worden beschreven in de eerste drie stappen hieronder. De stukken worden vervolgens samengebracht voor de eindmontage, zoals beschreven in stap 4 tot en met 7.

1. In een van de sets van fabricage- en assemblagestappen wordt de printplaat (PCB) gesneden en voorbereid. Het is een platte, met hars gecoate plaat die een ontwerp voor oppervlaktemontage of een doorlopende opening kan hebben. De opbouwversie wordt vrijwel geheel machinaal gemonteerd. Een computergestuurde automatische sequencer plaatst de elektrische componenten in de juiste volgorde op het bord in een voorgeschreven patroon.

   Voor doorlopende PCB-montage worden bevestigingsdraden van de elektronische componenten in gaten in de PCB gestoken. Elke assemblagelijnwerker heeft een tekening voor een deel van het bord en specifieke eenheden om toe te voegen. Nadat alle componenten op het bord zijn gemonteerd, wordt het bodemoppervlak van het bord door gesmolten loodsoldeer in een golfsoldeermachine geleid. Deze machine wast het bord met vloeimiddel om verontreinigingen te verwijderen, en verwarmt vervolgens het bord en de componenten die het draagt ​​met infraroodwarmte om de kans op thermische schokken te verminderen. Terwijl de onderkant van het bord over de volledig gladde, dunne vloeibare laag gesmolten soldeer stroomt, beweegt het soldeer elke draad door capillaire werking omhoog, dicht de perforaties af en fixeert de componenten op hun plaats. De gesoldeerde platen worden gekoeld. De PCB wordt in dit stadium visueel geïnspecteerd en onvolmaakte platen worden afgewezen voordat het encodermechanisme wordt bevestigd.

2. Het encodermechanisme (inclusief de met rubber beklede bal, het steunwiel, beide spaakwielen en hun assen, de LED en de detector) is als een afzonderlijke eenheid geassembleerd. Ook de kunststof onderdelen zijn vervaardigd door middel van spuitgieten volgens eigen specificaties en ontdaan van kunststofafval. Nadat het mechanisme is gemonteerd, wordt de eenheid met clips of schroeven op de printplaat bevestigd. Het bord is nu volledig gemonteerd en wordt onderworpen aan een elektronische kwaliteitscontroletest.
3. De staart van de muis, de elektrische kabel, is ook gemaakt met een set draden, afscherming en de rubberen hoes. De kabel heeft twee extra stukken gegoten rubber, overmolds genaamd. Dit zijn trekontlastingen die voorkomen dat de kabel losraakt van de muis of de stekker als er aan de kabel wordt getrokken. Muizenmakers ontwerpen meestal hun eigen vormen voor overmallen. De bijna-muis-overmold wordt aan de behuizing gehaakt en aan het andere uiteinde van de staart wordt de connector aan de draden gesoldeerd en wordt de connector-overmold op zijn plaats geschoven.
4. De delen van de buitenschaal worden visueel geïnspecteerd na het vormen, trimmen en oppervlaktebehandeling (afwerking) en voorafgaand aan de montage. De buitenschaal wordt in vier stappen gemonteerd. De voltooide PCB- en encoderassemblage wordt in de bodem van de schaal gestoken. De knoppen worden in het bovenste deel van de behuizing geklikt, de kabel wordt bevestigd en de boven- en onderkant worden aan elkaar geschroefd met behulp van geautomatiseerde schroevendraaiers.
5. De laatste kwaliteitscontrole van de elektronica en de prestaties wordt uitgevoerd wanneer de montage in wezen voltooid is. Aan de onderkant van de muis zijn rubberen of neopreen voetjes met zelfklevende folie aan één kant aangebracht.
6. Terwijl de hierboven beschreven tooling-ontwerpen en fysieke assemblage in volle gang zijn, heeft een programmeerteam de firmware van de muisdriver ontwikkeld, getest en gereproduceerd. De firmware, zo genoemd omdat deze zich in het rijk tussen software en hardware bevindt, bestaat uit een combinatie van codes in het geïntegreerde circuit en de vertaling van de richtingsbewegingen van de muis en microschakelaarsignalen die de ontvangende computer moet begrijpen wanneer de muis is aangesloten . Wanneer het stuurprogramma is ontwikkeld, voeren de testers van de fabrikant zelf rigoureuze tests uit, en zowel de Federal Communications Commission (FCC) als de Europese Commissie (CE - een organisatie die radio-emissies en elektrostatische ontlading regelt) keuren de elektronica ook goed. Goedgekeurde chauffeursgegevens worden gecodeerd en in massa geproduceerd op diskettes.
7. De FCC vereist dat signaal- of communicatieapparatuur, waaronder de muis, voorzien is van labels die het bedrijf en bepaalde productspecificaties identificeren. De etiketten zijn voorbedrukt op duurzaam papier met sterke kleefkracht, zodat ze niet gemakkelijk kunnen worden verwijderd. Op de onderkant van de muis is een label geplakt en de muis is verpakt in plastic. Het apparaat, de diskette met stuurprogramma's en een instructieboekje met registratie- en garantie-informatie worden in een doos verpakt en klaargemaakt voor verzending en verkoop.

Kwaliteitscontrole

Het gebruik van door de computer gegenereerde ontwerpen zorgt voor een kwaliteits- en tijdbesparing in het product. Gegevens kunnen snel worden opgeslagen en gewijzigd, zodat experimenten met vormen, componentlay-outs en het algehele uiterlijk kunnen worden geprobeerd en iteratieve aanpassingen kunnen worden gemaakt. Computerondersteunde ontwerpgegevens versnellen ook de beoordeling van Onder de buitenste, harde plastic behuizing die de gebruiker over een muismat manoeuvreert, bevindt zich een rubberen bal die draait als de muis beweegt. De bal wordt op zijn plaats gehouden door een steunwiel en twee assen. Terwijl het rolt, draait een as met horizontale beweging en de tweede reageert op verticale beweging. Aan het ene uiteinde van elk van de twee assen draait ook een spaakwiel. Terwijl deze spaken draaien, flikkeren infraroodlichtsignalen van een light-emitting diode (LED) door de spaken en worden onderschept door een lichtdetector. Het donker en het licht worden door fototransistoren vertaald in elektrische pulsen die naar de interface-geïntegreerde schakeling (IC) in de muis gaan. De pulsen vertellen de IC dat de bal van links naar rechts en van boven naar beneden is gevolgd, verzendt het commando via de kabel naar de Central Processing Unit (CPU) en geeft de cursor de opdracht om dienovereenkomstig op het scherm te bewegen. onderdelenspecificaties, het gereedschapsproces en het ontwerp van assemblageprocedures, zodat de kans op conflicten klein is.

Tijdens de montage worden minimaal drie kwaliteitscontrolestappen uitgevoerd. Er wordt een elektronicacontrole uitgevoerd op de printplaat nadat de componenten zijn bevestigd (en op hun plaats gesoldeerd als doorlopende montagemethoden worden gebruikt) en voordat een van de plastic mechanismen wordt bevestigd. De plastic onderdelen (het encodermechanisme en de buitenschaal) worden visueel geïnspecteerd wanneer ze compleet zijn, maar voordat ze worden aangesloten op het bord en de elektronica; dit voorkomt demontage of verspilling van elektronica door bijvoorbeeld een defecte schaal. Ten slotte wordt het volledig geassembleerde apparaat onderworpen aan een andere elektronica- en prestatiecontrole; 100% van de door Kensington Technology Group vervaardigde muizen worden aangesloten op werkende computers en getest voordat ze worden verpakt. Zoals hierboven vermeld, reguleren zowel de FCC als de CE aspecten van muisbewerkingen, dus testen en keuren ze ook stuurprogrammagegevens goed.

Bijproducten/afval

Fabrikanten van computermuizen genereren geen bijproducten van de muisproductie, maar de meeste bieden een reeks vergelijkbare apparaten voor verschillende toepassingen. Compatibele of uitwisselbare onderdelen worden waar mogelijk in nieuwe ontwerpen of meerdere ontwerpen opgenomen om ontwerp-, gereedschaps- en assemblagewijzigingskosten te vermijden.

Verspilling is minimaal. De ABS-kunststof huid van de muis is zeer recyclebaar en kan vele malen worden gemalen, gegoten en opnieuw worden gemalen. Ander plastic en metaalschroot wordt in kleine hoeveelheden geproduceerd en kan worden gerecycled of weggegooid.

De Toekomst

Apparaten die modificaties van muizen zijn, zijn momenteel op de markt. De internetmuis plaatst een scrollwiel tussen de twee knoppen om het scrollen door webpagina's gemakkelijker te maken; een nog geavanceerdere versie voegt knoppen toe die door de gebruiker kunnen worden geprogrammeerd om internetfuncties uit te voeren, zoals terug- of vooruitgaan, terugkeren naar de startpagina of een nieuwe zoekopdracht starten. Eén muisversie is teruggekeerd naar de vloer waar twee voetkussens of pedalen de bal en knoppen vervangen; één pedaal wordt ingedrukt om de cursor te verplaatsen en de tweede klikt. Draadloze muizen die communiceren met radiosignalen zijn beschikbaar, en de muis is helemaal weggegooid door het touchpad. De gebruiker haalt een vinger over het touchpad om de cursor te verplaatsen, en webpagina's kunnen door andere, specifieke bewegingen worden gescrolld en vooruitgeschoven. Veel van deze aanpassingen zijn ontworpen om repetitieve stressaandoeningen te elimineren en belasting van de onderarm te voorkomen.

De uitvinder van de muis, Dr. Engelbart, had nooit gedacht dat de muis de dertig zou worden of zijn niet-technische naam zou behouden. In feite worden zowel de muis als zijn trackball-nakomelingen steeds populairder naarmate vormen comfortabeler worden, minder reiniging en onderhoud nodig zijn, en de betrouwbaarheid en levensduur verbeteren. Toekomstige ontwikkelingen bij muizen zullen de evolutie van internet volgen en meer opties voor programmeerbaarheid omvatten, zoals het wisselen van hand om het aantal beschikbare functies te verdubbelen. De muis kan ooit uitsterven, en de meest waarschijnlijke kandidaat om hem te vervangen is een apparaat dat de oogbewegingen van de computergebruiker volgt en deze volgt met de juiste cursorbewegingen en functiesignalen.