Souris d'ordinateur

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Contexte

Les concepteurs de l'industrie informatique cherchent non seulement à "construire la meilleure souricière", mais aussi à construire la meilleure souris. La souris d'ordinateur est un accessoire de l'ordinateur personnel qui est devenu un élément essentiel du fonctionnement de l'ordinateur. Le petit appareil s'adapte parfaitement à la courbe de la main de l'utilisateur et permet à l'utilisateur, grâce à des mouvements très limités de la main et des doigts, de « pointer et cliquer » des instructions sur l'ordinateur. Une bille roulante sous la souris indique où déplacer le curseur (pointeur) sur le moniteur ou l'écran, et un à trois boutons (selon la conception) permettent à l'utilisateur de dire oui en cliquant sur les boutons de droite instruction pour la prochaine opération de l'ordinateur.

Historique

Le Dr Douglas Engelbart, professeur au Stanford Research Institute à Menlo Park, en Californie, a développé le premier appareil connu sous le nom de souris en 1964. À cette époque, les touches fléchées du clavier étaient le seul moyen de déplacer le curseur sur un écran d'ordinateur, et les touches étaient inefficaces et maladroites. Le Dr Engelbart a fabriqué un petit mécanisme en forme de brique avec un bouton en haut et deux roues en dessous. Les deux roues ont détecté des mouvements horizontaux et verticaux, et l'unité était quelque peu difficile à manœuvrer. L'unité était reliée à l'ordinateur par un câble afin que les signaux de mouvement puissent être transmis électriquement à l'ordinateur pour être visualisés sur le moniteur. L'un des collègues du Dr Engelbart a pensé que l'appareil avec sa longue queue de câble ressemblait à une souris, et le nom est resté.

D'autres scientifiques, notamment ceux de la National Aeronautics and Space Administration (NASA), avaient également recherché des méthodes pour déplacer des curseurs et pointer des objets sur l'écran d'ordinateur. Ils ont essayé des volants, des genouillères et des stylos lumineux, mais, lors des tests de ces appareils par rapport à la souris d'Engelbart, c'est la souris qui a rugi. Les ingénieurs de la NASA s'inquiétaient cependant des sorties dans l'espace que la souris effectuerait depuis sa surface de travail dans l'apesanteur de l'espace.

En 1973, les roues du train d'atterrissage de la souris avaient été remplacées par une seule balle à roulement libre; et deux autres boutons (pour un total de trois) avaient été ajoutés en haut. La créature s'appelait à la fois souris et dispositif de pointage, et Xerox l'a combinée avec son ordinateur Alto, l'un des premiers ordinateurs personnels. L'Alto avait une interface utilisateur graphique (GUI); c'est-à-dire que l'utilisateur a pointé sur des icônes ou des symboles d'image et des listes d'opérations appelées menus et a cliqué dessus pour que l'ordinateur ouvre un fichier, imprime et exécute d'autres fonctions. Cette méthode de fonctionnement de l'ordinateur a ensuite été adaptée par les systèmes d'exploitation Macintosh et Windows.

Le développement de l'ordinateur personnel a stimulé une explosion d'applications pour l'appareil qui était suffisamment petit pour être utilisé sur un certain nombre de postes de travail. Les ingénieurs pouvaient développer des conceptions assistées par ordinateur à leur propre bureau, et la souris était parfaite pour le dessin et la rédaction. La souris a également commencé à générer une progéniture, appelée collectivement dispositifs d'entrée/sortie, tels que le trackball, qui est essentiellement une souris allongée sur le dos afin que l'utilisateur puisse faire rouler la balle au lieu de déplacer l'ensemble de l'unité sur une surface. Les militaires, les contrôleurs aériens et les joueurs de jeux vidéo avaient désormais leur propre animal de compagnie. Les capteurs mécaniques des deux types d'appareils ont été remplacés par des systèmes de capteurs optiques-électroniques brevetés par Mouse Systems; ceux-ci étaient plus efficaces et moins coûteux. Une souris optique sans pièces mobiles a été développée pour être utilisée sur un tapis de souris spécial avec des lignes quadrillées; la lumière provenant de l'intérieur de la souris illumine la grille, un photodétecteur compte le nombre et l'orientation des lignes de grille traversées, et les données directionnelles sont traduites en mouvements de curseur à l'écran.

La souris a commencé à se multiplier rapidement. Apple Computers a introduit le Macintosh en 1984 et son système d'exploitation utilisait une souris. D'autres systèmes d'exploitation comme Amiga de Commodore, Microsoft Windows, Vision de Visicorp et bien d'autres ont incorporé des interfaces utilisateur graphiques et des souris. Des améliorations ont été ajoutées pour rendre les capteurs moins enclins à collecter la poussière, pour faciliter le défilement grâce à une molette supplémentaire sur le dessus et pour rendre la souris sans fil en utilisant des signaux radiofréquence (empruntés aux ouvre-portes de garage) ou des signaux infrarouges (adaptés de la télévision ou télécommandes).

Anatomie de la souris

Corps

La « peau » de la souris est le corps extérieur en plastique dur que l'utilisateur guide sur une surface plane. Sa "queue" est le câble électrique sortant d'une extrémité de la souris et se terminant à la connexion avec l'unité centrale de traitement (CPU). À l'extrémité arrière, un à trois boutons sont les contacts externes des petits interrupteurs électriques. La pression d'un bouton ferme l'interrupteur avec un clic ; électriquement, le circuit est fermé, et le calculateur a reçu une commande.

Sous la souris, une trappe en plastique s'adapte sur une balle caoutchoutée, exposant une partie de la balle. A l'intérieur, la balle est maintenue en place par une roue de support et deux axes. Lorsque la balle roule sur une surface, un arbre tourne avec un mouvement horizontal et le second répond à un mouvement vertical. A une extrémité de chacun des deux arbres, une roue à rayons tourne également. Lorsque ces rayons tournent, les signaux lumineux infrarouges d'une diode électroluminescente (DEL) scintillent à travers les rayons et sont interceptés par un détecteur de lumière. L'obscurité et la lumière sont traduites par des phototransistors en impulsions électriques qui vont au circuit intégré d'interface (CI) de la souris. Les impulsions indiquent au CI que la balle s'est déplacée de gauche à droite et de haut en bas, et le CI indique au curseur de se déplacer en conséquence sur l'écran.

Le circuit intégré d'interface est monté sur la carte de circuit imprimé (PCB) qui est le squelette auquel sont attachés tous les rouages ​​internes de la souris. Le circuit intégré, ou puce informatique, collecte les informations des commutateurs et les signaux des phototransistors et envoie un flux de données à l'ordinateur.

Cerveau

Chaque conception de souris possède également son propre logiciel appelé pilote. Le pilote est un cerveau externe qui permet à l'ordinateur de comprendre les signaux de la souris. Le pilote indique à l'ordinateur comment interpréter le flux de données IC de la souris, y compris la vitesse, la direction et les commandes cliquées. Certains pilotes de souris permettent à l'utilisateur d'attribuer des actions spécifiques aux boutons et d'ajuster la résolution de la souris (les distances relatives parcourues par la souris et le curseur). Les souris achetées dans le cadre de packages informatiques ont des pilotes intégrés ou préprogrammés dans les ordinateurs.

Matières premières

La coque extérieure de la souris et la plupart de ses pièces mécaniques internes, y compris les arbres et les roues à rayons, sont en plastique acrylonitrile butadiène styrène (ABS) moulé par injection. La balle est en métal recouvert de caoutchouc; il est fabriqué par un fournisseur spécialisé. Les micro-interrupteurs électriques (en plastique et en métal) sont également des articles standard fournis par des sous-traitants, bien que les concepteurs de souris puissent spécifier les exigences de force pour les interrupteurs afin de les rendre plus faciles ou plus fermes à cliquer. Les circuits intégrés ou les puces peuvent être des éléments standard, bien que chaque fabricant puisse avoir des puces exclusives conçues pour être utilisées dans sa gamme complète de produits. Les câbles électriques et les surmoules (connecteurs d'extrémité) sont également alimentés par des sources extérieures.

La carte de circuit imprimé (PCB) sur laquelle les composants électriques et mécaniques sont montés est faite sur mesure pour s'adapter à la conception de la souris. C'est une feuille plate enduite de résine. Les résistances électriques, condensateurs, oscillateurs, circuits intégrés (CI) et autres composants sont constitués de divers types de métal, de plastique et de silicium.

Conception

La conception d'une nouvelle souris commence par des réunions entre un responsable du développement de produits, un designer, un représentant marketing et un ergonome consultant (spécialiste du mouvement humain et des effets que divers mouvements ont sur les parties du corps). Une liste de lignes directrices sur les facteurs humains est élaborée spécifiant la taille des mains, la sensibilité au toucher, la quantité de travail, le soutien de la main dans une position neutre, la posture de l'utilisateur lors de l'utilisation de la souris, l'extension des doigts requise pour atteindre les boutons, l'utilisation par les deux gauches - et les droitiers, pas d'électricité statique prolongée, et autres exigences de confort et de sécurité; ceux-ci peuvent différer considérablement, selon que la souris doit être utilisée dans des bureaux ou avec des ordinateurs personnels, par exemple. Un dossier de conception pour la souris proposée est rédigé pour décrire l'objectif du produit et ce qu'il permet d'accomplir ; un look est également proposé en adéquation avec le marché anticipé.

L'équipe de conception revient à table avec des modèles en mousse; des dizaines de formes différentes peuvent être faites pour une seule conception de souris. Des tests utilisateurs sont effectués sur ces modèles ; les ingénieurs peuvent effectuer eux-mêmes ces tests préliminaires, ou ils peuvent employer des groupes de discussion en tant qu'utilisateurs typiques ou observer des tests individuels avec des échantillons d'utilisateurs. Lorsque la sélection de modèles est restreinte, des modèles en bois plus raffinés et peints sont réalisés à partir des dessins gagnants. Les commentaires sont à nouveau rassemblés sur la sensation, la forme et l'apparence des modèles ; l'ergonome passe également en revue les conceptions probables et confirme que les lignes directrices sur les facteurs humains ont été respectées.

Lorsque le modèle optimal est choisi, l'équipe d'ingénierie commence à concevoir les composants internes. Un rendu tridimensionnel est généré par ordinateur et les mêmes données sont utilisées pour découper à la machine les formes de la coque extérieure avec tous ses détails. Les ingénieurs mécaniciens et électroniciens installent la carte de circuit imprimé (et son électronique) et le mécanisme d'encodeur (la bille, les axes, les roues et la source LED et le détecteur) à l'intérieur de la structure. Le processus d'ajustement des rouages ​​à la coque est itératif; des modifications sont apportées et le processus de conception et d'ajustement est répété jusqu'à ce que la souris atteigne ses objectifs de conception et que l'équipe de conception soit satisfaite des résultats. Les puces personnalisées sont conçues, produites à titre d'essai et testées ; l'électronique personnalisée aidera la conception à atteindre les objectifs de performance et lui donnera des caractéristiques uniques, compétitives et commercialisables.

Les schémas de conception terminés sont remis à l'outilleur du projet qui commence le processus de modification des machines pour produire la souris. Des schémas d'outillage sont générés pour le moulage par injection de la coque, par exemple. La taille, la forme, le volume de la cavité, le nombre de portes à travers lesquelles le plastique sera injecté dans le moule et le flux du plastique à travers le moule sont tous schématisés et étudiés. Après examen du plan d'outillage final, les outils sont découpés à l'aide des données générées par ordinateur. Des échantillons de coques en plastique sont fabriqués sous forme de « coups d'essai » pour examiner les lignes d'écoulement réelles et confirmer que les vides ne sont pas induits. Des modifications sont apportées jusqu'à ce que le processus soit parfait. La texture est ajoutée à l'aspect extérieur de la coque par attaque à l'acide ou par sablage.

Entre-temps, l'équipe d'ingénierie a mis en place la chaîne d'assemblage pour la nouvelle conception de la souris et réalisé des assemblages d'essai. Lorsque les détails de la conception sont finalisés, que les outils ont été produits et que les résultats des tests ont atteint les objectifs et les normes de l'équipe de conception, la souris est prête pour la production en série.

Le processus de fabrication

Pour fabriquer la souris d'ordinateur, plusieurs processus de fabrication sont effectués simultanément pour fabriquer différentes pièces de l'unité. Ces processus sont décrits dans les trois premières étapes ci-dessous. Les pièces sont ensuite rassemblées pour l'assemblage final, comme décrit dans les étapes 4 à 7.

1. Dans l'une des étapes de fabrication et d'assemblage, la carte de circuit imprimé (PCB) est découpée et préparée. Il s'agit d'une feuille plate enduite de résine qui peut être à montage en surface ou à trou traversant. La version à montage en surface est assemblée presque entièrement à la machine. Un séquenceur automatique contrôlé par ordinateur place les composants électriques dans le bon ordre sur la carte selon un modèle prescrit.

   Pour l'assemblage de circuits imprimés traversants, les fils de fixation des composants électroniques sont insérés dans des trous du circuit imprimé. Chaque ouvrier de la chaîne de montage a un dessin pour une partie de la planche et des unités spécifiques à ajouter. Une fois tous les composants montés sur la carte, la surface inférieure de la carte passe à travers de la soudure au plomb fondu dans une machine à souder à la vague. Cette machine lave la carte avec un flux pour éliminer les contaminants, puis chauffe la carte et les composants qu'elle transporte par chaleur infrarouge pour réduire la possibilité de choc thermique. Au fur et à mesure que le dessous de la carte s'écoule sur la fine feuille liquide de soudure en fusion complètement lisse, la soudure remonte chaque fil par action capillaire, scelle les perforations et fixe les composants en place. Les cartes soudées sont refroidies. Le PCB est inspecté visuellement à ce stade et les cartes imparfaites sont rejetées avant que le mécanisme d'encodeur ne soit fixé.

2. Le mécanisme d'encodeur (comprenant la bille recouverte de caoutchouc, la roue de support, les deux roues à rayons et leurs essieux, la LED et son détecteur) est assemblé comme une unité distincte. Les pièces en plastique ont également été fabriquées par moulage par injection conformément aux spécifications exclusives et parées de déchets de plastique. Une fois le mécanisme assemblé, l'unité est fixée au PCB à l'aide de clips ou de vis. La carte est maintenant complètement assemblée et est soumise à un test de contrôle qualité électronique.
3. La queue de la souris - son câble électrique - a également été fabriquée à l'aide d'un ensemble de fils, d'un blindage et d'un couvercle en caoutchouc. Le câble a deux pièces supplémentaires de caoutchouc moulé appelées surmoules. Ce sont des dispositifs de décharge de traction qui empêchent le câble de se détacher de la souris ou de sa fiche de connecteur si le câble est tiré. Les fabricants de souris conçoivent généralement leurs propres formes pour les surmoulages. Le surmoulage proche de la souris est accroché au boîtier et, à l'extrémité opposée de la queue, le connecteur est soudé aux fils et le surmoulage du connecteur est mis en place.
4. Les pièces de la coque extérieure sont inspectées visuellement après moulage, rognage et traitement de surface (finition) et avant assemblage. La coque extérieure est assemblée en quatre étapes. L'ensemble PCB et encodeur terminé est inséré dans le bas de la coque. Les boutons sont encliquetés dans la partie supérieure du boîtier, le câble est attaché et le haut et le bas sont vissés ensemble à l'aide de tournevis automatisés.
5. Le contrôle final de la qualité de l'électronique et des performances est effectué lorsque l'assemblage est pratiquement terminé. Des pieds en caoutchouc ou en néoprène avec une feuille adhésive pré-appliquée sur un côté sont ajoutés sous la souris.
6. Alors que les conceptions d'outillage et l'assemblage physique décrits ci-dessus étaient en cours, une équipe de programmation a développé, testé et reproduit le micrologiciel du pilote de la souris. Le micrologiciel ainsi appelé parce qu'il se situe dans le domaine entre le logiciel et le matériel consiste en une combinaison de codes dans le circuit intégré et de la traduction des mouvements directionnels de la souris et des signaux de micro-interrupteur que l'ordinateur récepteur doit comprendre lorsque la souris est connectée. . Lorsque le pilote a été développé, les propres testeurs du fabricant le soumettent à des essais rigoureux, et la Federal Communications Commission (FCC) et la Commission européenne (CE, une organisation qui régit les émissions radio et les décharges électrostatiques) approuvent également l'électronique. Les données des pilotes approuvés sont encodées et produites en série sur des disquettes.
7. La FCC exige que les dispositifs de signalisation ou de communication, y compris la souris, portent des étiquettes identifiant l'entreprise et certaines spécifications du produit. Les étiquettes sont préimprimées sur du papier durable avec un adhésif puissant afin qu'elles ne puissent pas être facilement retirées. Une étiquette est collée sur le bas de la souris et la souris est emballée dans du plastique. L'appareil, sa disquette de pilotes et un livret d'instructions contenant des informations sur l'enregistrement et la garantie sont emballés et préparés pour l'expédition et la vente.

Contrôle qualité

L'utilisation de conceptions générées par ordinateur permet de gagner en qualité et en temps dans le produit. Les données peuvent être stockées et modifiées rapidement, de sorte que des expériences avec des formes, des dispositions de composants et une apparence globale peuvent être tentées et des ajustements itératifs peuvent être effectués. Les données de conception assistée par ordinateur accélèrent également l'examen des Sous le corps extérieur en plastique dur que l'utilisateur manœuvre sur un tapis de souris se trouve une boule caoutchoutée qui tourne comme le la souris bouge. La balle est maintenue en place par une roue de support et deux axes. Lorsqu'il roule, un arbre tourne avec un mouvement horizontal et le second répond à un mouvement vertical. A une extrémité de chacun des deux arbres, une roue à rayons tourne également. Lorsque ces rayons tournent, les signaux lumineux infrarouges d'une diode électroluminescente (DEL) scintillent à travers les rayons et sont interceptés par un détecteur de lumière. L'obscurité et la lumière sont traduites par des phototransistors en impulsions électriques qui vont au circuit intégré d'interface (CI) de la souris. Les impulsions indiquent au circuit intégré que la balle s'est déplacée de gauche à droite et de haut en bas, transmettent la commande via le câble à l'unité centrale de traitement (CPU) et indiquent au curseur de se déplacer en conséquence sur l'écran. les spécifications des pièces, le processus d'outillage et la conception des procédures d'assemblage, de sorte que les risques de conflits sont minimes.

Au moins trois étapes de contrôle qualité sont effectuées lors de l'assemblage. Un contrôle électronique est effectué sur le PCB après que ses composants sont attachés (et soudés en place si des méthodes d'assemblage par trou traversant sont utilisées) et avant que l'un des mécanismes en plastique ne soit attaché. Les pièces en plastique (le mécanisme de l'encodeur et la coque extérieure) sont inspectées visuellement lorsqu'elles sont terminées mais avant d'être connectées à la carte et à l'électronique ; cela évite le démontage ou le gaspillage d'électronique à cause d'une coque défectueuse par exemple. Enfin, l'appareil complètement assemblé est soumis à un autre contrôle électronique et de performance ; 100 % des souris fabriquées par Kensington Technology Group sont branchées sur des ordinateurs en fonctionnement et testées avant d'être emballées. Comme indiqué ci-dessus, la FCC et la CE réglementent les aspects des opérations de la souris, de sorte qu'elles testent et approuvent également les données du pilote.

Sous-produits/Déchets

Les fabricants de souris d'ordinateur ne génèrent pas de sous-produits de la fabrication de souris, mais la plupart proposent une gamme de dispositifs similaires pour différentes applications. Des pièces compatibles ou interchangeables sont incorporées dans de nouvelles conceptions ou des conceptions multiples dans la mesure du possible pour éviter les coûts de conception, d'outillage et de modification de l'assemblage.

Les déchets sont minimes. La peau en plastique ABS de la souris est hautement recyclable et peut être broyée, moulée et rectifiée plusieurs fois. D'autres déchets de plastique et de métal sont produits en quantités infimes et peuvent être recyclés ou éliminés.

Le futur

Des dispositifs qui sont des modifications de souris sont actuellement sur le marché. La souris Internet insère une molette de défilement entre les deux boutons pour faciliter le défilement des pages Web; une version encore plus sophistiquée ajoute des boutons qui peuvent être programmés par l'utilisateur pour exécuter des fonctions Internet, comme reculer ou avancer, revenir à la page d'accueil ou lancer une nouvelle recherche. Une version de la souris est revenue au sol où deux patins ou pédales remplacent la balle et les boutons ; une pédale est enfoncée pour déplacer le curseur et la seconde clique. Des souris sans fil qui communiquent avec des signaux radio sont disponibles et la souris a été complètement éliminée par le pavé tactile. L'utilisateur passe un doigt sur le pavé tactile pour repositionner le curseur, et les pages Web peuvent faire défiler et avancer par d'autres mouvements spécifiques. Beaucoup de ces adaptations sont conçues pour éliminer les maux de stress répétitifs et économiser la tension sur l'avant-bras.

L'inventeur de la souris, le Dr Engelbart, n'a jamais cru que la souris atteindrait la trentaine ou conserverait son nom non technique. En fait, la souris et sa progéniture trackball sont de plus en plus populaires car les formes deviennent plus confortables, moins de nettoyage et d'entretien sont nécessaires, et la fiabilité et la longévité s'améliorent. Les développements futurs des souris suivront l'évolution d'Internet et incluront plus d'options de programmation, telles que le changement de main pour doubler le nombre de fonctions disponibles. La souris peut disparaître un jour, et le candidat le plus susceptible de la remplacer est un appareil qui suit le mouvement des yeux de l'utilisateur de l'ordinateur et le suit avec les mouvements du curseur et les signaux de fonction appropriés.