Джойстик

Джо́йстик (joystick) — пристрій-рукоятка керування у відеоіграх: важіль на підставці, який можна відхиляти у двох площинах. На важелі можуть бути різного роду гашетки і перемикачі. Словом «джойстик» в побуті називають важіль управління, наприклад, в мобільному телефоні.

Типи джойстиків

За кількістю ступенів свободи і, відповідно, площин, у яких можлива зміна стану контрольованого об'єкта, джойстики поділяються на:

• одномірні (управління переміщенням об'єкта або вгору-вниз, або вліво-вправо)

• двомірні (управління об'єктом в двох площинах)

• тривимірні (управління об'єктом у всіх трьох площинах)

• також джойстиками помилково називають геймпади від ігрових консолей (напр. PS3, Xbox.)

Принцип роботи джойстика

За принципом аналізу положення ручки, джойстики можна розділити на наступні види:

• дискретні - сенсори таких джойстиків можуть приймати два значення: «0» або «1», включений/виключений. Переміщення ручки в крайні положення видає один інформаційний код відповідного напрямку. Утримання ручки в крайньому положенні повторює код нескінченно. Джойстики такого типу практично не застосовуються в ПК, але широко зустрічаються у простих ігрових приставках, ігрових автоматах і мобільних телефонах.

• аналогові сенсори таких джойстиків видають інформаційні коди зі значенням від нуля до максимуму в залежності від кута відхилення ручки: чим більше рукоять відхилена, тим більше цифрове значення коду. Діапазон цифрового значення коду обмежений ходом ручки джойстика і роздільною здатністю застосованих сенсорів. Після калібрування, подібні джойстики можна застосовувати для визначення абсолютної позиції курсору.

Технології аналогових джойстиків:

• Потенціометр і аналогово-цифровий перетворювач. Переваги: немає особливих вимог до механіки. Недоліки: вимогливий до якості живлення і АЦП, сам датчик недовговічний. Цікаво, що в інтерфейсі типу ігровий порт використовувався аналогово-цифровий перетворювач персонального комп'ютера, а не джойстика.

• Енкодер - оптичний датчик часто застосовуваний в маніпуляторах типу "миша" (зубчасте колесо, при обертанні, перериває промінь від світлодіода до фотодіоду). Переваги: точність, надійність. Недоліки: мала кількість кроків дискретності (приблизно 500 кроків на оборот керма, або 150 на рух джойстика від краю до краю, або 100 на хід педалі), для підвищення дискретності необхідне застосування високоточного енкодера або редуктора (мультиплікатора).

• Тензометричні датчики. Застосовуються у ноутбуках, у деяких літаках. В ігрових пристроях майже не поширені: тензодатчики практичні тільки коли джойстик надійно прикріплений до столу. Відоме застосування тензодатчиків в комплекті HOTAS X-65 CCS від компанії Saitek.

• Оптична матриця. Такі джойстики діють аналогічно оптичної миші і поєднують високу точність з високою надійністю. Недоліки аналогічні оптичному энкодеру.

• Магнітні датчики - магниторезистивні та на ефекті Холу. Дуже надійні і довговічні, розповсюдження отримали після початку масового застосування схем компенсації огріхів збірки і виробництва.

Тачпад

Тачпад (touchpad — «дотикопанель»), або сенсорна пане́ль, — вказівний пристрій введення, що застосовують, частіше за все, в ноутбуках.

Як і інші вказівні пристрої, тачпад зазвичай використовується для керування курсором через переміщення пальця по поверхні пристрою.

Будова

Винахід відноситься до автоматики і обчислювальної техніки і може бути використаний для прочитування і введення в ЕОМ інформації, наприклад, символьної, а також інформації про координати положення елементів і деталей, виконаних з магнітного матеріалу, на поверхні сенсорної панелі. Сенсорна панель містить пакет друкованих плат. На шарах кожної друкованої плати розташовані плоскі спіральні індуктивно-ємнісні елементи, сполучені в послідовні ланцюжки по рядках і стовпцях матриці. Матриці усіх друкованих плат поєднані один з одним. Між суміжними поверхнями друкованих плат розміщений ізоляційний шар. Виходи рядків (стовпців) i- друкованої плати сполучені з входами рядків (стовпців) (i+1) -ої друкованої плати, причому входи рядків і стовпців матриці першої в пакеті друкованої плати є входами сенсорної панелі, виходами якої є виходи рядків і стовпців матриці останньої в пакеті друкованої плати. Як і інші вказівні пристрої, тачпад зазвичай використовується для управління "покажчиком" шляхом переміщення пальця по поверхні пристрою.

Принцип дії

Робота тачпадов грунтується на вимірі місткості пальця або вимірі місткості між сенсорами. Ємнісні сенсори розташовані уздовж вертикальної і горизонтальної осей тачпада, що дозволяє визначити положення пальця з потрібною точністю. Фізично TouchPad є сіткою з металевих провідників, розділених тонким ізолюючим прокладенням з лавсанової плівки (див. мал.), т. е. виходить набір великої кількості маленьких конденсаторів. Оскільки людське тіло є хорошим провідником, то при наближенні руки до поверхні панелі відбувається зміна електричного поля, а, отже, місткості цих конденсаторів. Вимірюючи зміну місткості кожного конденсатора в сітці можна точно визначити координати пальця на поверхні панелі. Вимірюючи величину місткості, можна також приблизно визначити тиск, що робиться на панель. (Це можливо завдяки тому, що чим більший тиск додається до поверхні або чим більша кількість пальців знаходиться поблизу поверхні, тим більше повна місткість.) Природно, що на місткість конденсаторів сітки впливають і зовнішні електричні поля, а також інші фізичні ефекти. З'являється тремтяча зміна вимірюваної місткості (jitter). Тому для визначення координат застосовуються алгоритми, що "фільтрують", перетворюють тремтячі зміни місткості в плавну зміну координат. Найчастіше використовується простий алгоритм, що називається алгоритмом "усереднюючого вікна". Згідно з цим алгоритмом значення поточних координат визначається усереднюванням двох останніх не фільтрованих значень :

Xтекущее = ( Uновое. + Uпредыдущее. ) / 2, де Xтекущее - поточне відфільтроване значення координати Uновое, Uпредыдущее. - не фільтровані координати Для збільшення міри згладжування тремтінь використовують усереднювання трьох або новіших, не фільтрованих, значень координат або використовують зважені алгоритми, наприклад, такий: Xтекущее = 1/2 Uновое + 3/4 Uпредыдущей. Як вже було сказано, вимірюючи повну місткість, можна визначити міру натиснення, т. е. третю координату Z. Коли на поверхні панелі немає пальця, тоді Z- координата дорівнює нулю. Для визначення переміщення пальця TouchPad контролює збільшення Z- координати понад деякий поріг, потім обчислює зміну X і Y координат до моменту рівності нулю Z- координати, що відповідає закінченню руху і видаленню пальця від поверхні панелі. Отримані значення DX і DY використовуються далі для визначення переміщення покажчика по поверхні екрану.

Характеристика

Тачпады є пристроями з досить низьким дозволом. Цього вистачає для використання їх в повсякденній роботі за комп'ютером (офісні застосування, веб-браузери, логічні ігри), але утрудняє роботу в графічних програмах і робить практично неможливою гру в 3d-шутерах.

Проте у тачпадов є і ряд переваг, в порівнянні з іншими маніпуляторами:

• не вимагають рівної поверхні (на відміну від миші);

• не вимагають великого простору (на відміну від миші або графічного планшета)

• розташування тачпада фіксоване відносно клавіатури (на відміну від миші);

• для переміщення курсора на увесь екран досить лише невеликого переміщення пальця (на відміну від миші або великого графічного планшета);

• робота з ними не вимагає особливого звикання, як, наприклад, у випадку з трекболом;

• за допомогою одного тачпада (не торкаючись до кнопок) можна виконувати частину маніпуляцій лівої кнопки миші :

• коротке торкання - клацання

• подвійне коротке торкання - подвійне клацання

• незавершене подвійне торкання з подальшим переміщенням - переміщення об'єкту або виділення

• окремі ділянки тачпада (смужка справа і згори/знизу) можуть бути використані для вертикальної і горизонтальної прокрутки.