Разработка проекта гибридной системы управления мультимедийными устройствами

Разработка проекта гибридной системы управления мультимедийными устройствами

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования

Пермский политехнический колледж им. Н.Г. Славянова

ПЦК «Информационные технологии»

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Разработка проекта гибридной системы управления мультимедийными устройствами

Руководитель проекта: М.А. Хоминский

Консультант по экономической части: Л.А. Морева

Рецензент: С.Ю. Баранов

Допущен к защите: О.А. Шаповал

г.

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

.1 Актуальность

.2 История устройств ввода-вывода

.3 Устройства ввода вывода

1.4 Описание примеров

2. Практическая часть

2.1 Технические требования к проекту

.2 Исследование стадий разработки

.3 Описание конструкции и ПО

.4 Описание технологии сборки

.5 Тестирование

3. Организационно-экономическая часть

3.1 Расчет себестоимости

.2 Расчет экономической эффективности

4. Охрана труда и промышленная экология

.1 Анализ потенциально опасных и вредных факторов при разработке устройства

.2 Анализ потенциально опасных и вредных факторов при использовании устройства

4.3 Эргономика рабочего места

5. Правовое обеспечение дипломного проекта

5.1 Использование программного обеспечения различного вида

.2 Правовая база

Заключение

Список источников

Приложение

Введение

Актуальность на системы ввода растет в связи с активной миниатюризацией СВТ, что повышает требования к удобству управления ими.

Целью данной работы является создание своего устройства для управления HTPC системами.

Для выполнения проект были поставлены задачи:

рассмотреть историю устройств ввода-вывода;

какие устройства существуют;

проанализировать аналоги;

определиться с требованиями к проекту;

исследовать стадии разработки;

описать конструкцию и программное обеспечение;

описать технологию сборки;

описать методы тестирования устройства.

Объектом и предметом исследования являются устройство управления в 3-х мерном пространстве и способ регистрации изменения координат.

Методы исследования. Произвести анализ роста популярности на устройства ввода, анализирования беспроводных аналогов в плане управления в 3х мерном пространстве.

Для написания дипломного проекта были использованы популярные сайты с обзорами альтернативных устройств, такие как overclockers.ru, ixbt.com, для оформления casemods.ru и для выбора электронной начинки habrahabr.ru. А также правовые нормы ukru.ru.

1. Теоретическая часть

.1 Актуальность

За последние годы миниатюризация СВТ достигла большого прогресса, за счет чего повысилась популярность на мультимедийные игровые комплексы и устройства управления ими. При этом тенденция роста для мультимедийных систем сохраняется. В связи с большим ростом популярности мультимедийных игровых систем, возникает вопрос управления ими, не вставая с дивана, что требует от устройств легкости функционала, и по мере возможностей беспроводного управления.

Беспроводные устройства позволяют избавиться от проводов, которые могут вызывать дискомфорт и ограниченность движений.

Устройство, построенное на программном обеспечении FreeTrack, имеет преимущество над другими аналогами низка масса пульта управления, отсутствия эффекта прецессии, долговечность, благодаря отсутствию механических частей, а также динамичность управления. Низкую стоимость доступность компонентов, а также бесплатное ПО.

Проект работает как компьютерная мышь и не вызывает проблем с программным обеспечением.

гибридный устройство управление мультимедийный

1.2 История устройств ввода-вывода

Своими историческими корнями разработка устройства ввода-вывода уходит еще глубже, чем компьютеры, а ее развитием занимались лучшие умы компьютерной эры. Найденные учеными и инженерами эффективные решения двух главных вопросов - как вводить данные и инструкции в компьютер и как извлекать из него обработанную информацию в наиболее удобной форме - воплотились в создании разнообразных аппаратных и программных средств. Эти изобретения позволили расширить сферу применения компьютеров почти до пределов человеческого воображения - от детального конструирования искусственной кости до исполнения музыкальных произведений или управления «неуправляемым» самолетом.

Благодаря многолетнему труду инженеров и программистов появилась возможность вводить информацию в машину самыми разнообразными способами: при помощи ручных переключателей, печатая на алфавитно-цифровой или цифровой клавиатуре рисуя ручкой по электронному планшету, говоря в микрофон или прикасаясь кончиком пальца к экрану дисплея. Во многих случаях компьютеры способны принимать информацию от других машин без вмешательства человека. Так, метеорологические спутники передают информацию непосредственно наземным компьютерам, которые преобразуют ее в красивые цветные карты погоды.

Многие из устройств, которые впервые использовались для ввода и вывода данных, были изобретены еще до появления компьютеров, потом их просто приспособили к компьютерам. В результате подобной «подгонки» обычно получались системы, с одной стороны, неудобные для пользователя, а с другой - не позволяющие полностью раскрыть возможности компьютера. В эту эпоху устройство каждого типа требовало собственной системы кодирования информации, а также специальной разработки аппаратной части и программного обеспечения, которые позволили бы передавать закодированные данные в компьютер и получать от него результаты их обработки. Однако главным недостатком этих приспособлений было слишком низкое быстродействие. Что толку оттого, что компьютер выполняет тысячи операций в секунду, если на ввод и вывод данных требуются минуты, часы и даже дни?

В ряде компьютеров первого поколения результаты в закодированном виде высвечивались лампочками. Для расшифровки здесь требовались немалые навыки, и вскоре на смену этим системам пришли более понятные и удобные в пользовании. Некоторые устройства вывода, например дисплеи на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) лучше всего подходят для представления временных, т. е. быстро меняющихся данных. Они предпочтительны, скажем, для показа текста в процессе набора или редактирования. Когда же документ готов, в ход идут уже печатающие устройства, или принтеры, управляемые компьютером, которые создают «твердую копию» - отпечатанный на бумаге текст. С помощью громкоговорителей компьютеры могут выводить информацию и в звуковой форме - искусственной речи и других звуковых сигналов. В тех случаях, когда у компьютера нет непосредственной связи с пользователем, он может передавать информацию другой машине в виде электрических сигналов.

Помимо ламп примерно в это же время использовались перфоленты и перфокарты. Перфокарта (перфорационная карта), носитель информации в виде прямоугольной карточки, обычно из тонкого эластичного картона (реже из пластмассы), на которую информация записывается пробивкой отверстий (перфораций). Перфолента представляет собой узкую бумажную (или выполненную из иного тонкого материала) ленту, на которую информация нанесена путем пробивки круглых отверстий на информационных или кодовых дорожках, расположенных вдоль края ленты. Одна из дорожек - транспортная дорожка, находящаяся в средней части ленты, содержит непрерывную последовательность отверстий меньшего диаметра. Эта дорожка служит для перемещения перфоленты.

Но для ввода информации на перфокарты и перфоленты нужно было устройство ввода. Первой по-настоящему компьютерной можно назвать клавиатуру, использовавшуюся в 1946 году при подготовке перфокарт для электронно-вычислительной машины Eniac.

Позже информация вводилась непосредственно в ЭВМ с клавиатуры электромеханической печатной машинки, а вот вывод данных осуществлялся через специальный принтер, что значительно повысило скорость печати. При этом тратились километры бумаги. Ставшая уже привычной QWERTY-раскладка клавиатуры, которая была предложена в конце XIX века, не столь уж и совершенна. Ее введение позволило снизить количество заклинивания клавиш при увеличении скорости печати документов на первых печатных машинках, но вместе с тем эта же раскладка снизила саму скорость печати. Это произошло из-за того, что наиболее часто используемые при письме пары букв оказались хаотически разбросанными по всей клавиатуре. Лишние движения рук, совершаемые при наборе текста, не способствуют возрастанию скорости печати, а замедляют ее. Стали появляться альтернативные варианты раскладки клавиатуры. Большинство из них забылись, а среди оставшихся наибольшую известность получила так называемая раскладка по Двораку.

Помимо клавиатуры появлялось и ещё одно устройство, знакомое каждому пользователю ПК. Это компьютерная мышь. Прообраз современной мыши появился только в начале 60-х и был изобретен в ходе работ по повышению продуктивности человеческого интеллекта. Первая модель мыши представляла собой простую деревянную коробку с двумя колесиками в днище и большой красной кнопкой сверху. Первоначально шнур располагался спереди, но его быстро перенесли назад, чтобы он не путался и не попадал под мышь. Принцип ее работы был немного другим, чем у современных мышей: мышь невозможно было передвигать наискосок, а если оператору надоедало все время переставлять мышь, он рывком двигал ее и приподнимал над поверхностью, диск все еще продолжал вращаться и курсор двигался по экрану. В 1983 на рынке появился Apple Lisa - первый компьютер с настоящим оконным пользовательским интерфейсом, а его мышь стала первой мышью, которая получила действительное распространение за пределами исследовательских лабораторий.

Но помимо того, что информацию нужно ввести, её нужно ещё и вывести. Поэтому постепенно разрабатывались и улучшались устройства вывода визуальной информации - мониторы. Первыми устройствами вывода визуальной информации можно считать лампы. Благодаря ним можно было считывать информацию, но это было крайне неудобно, сложно и долго. Далее стали появляться мониторы на основе электронно-лучевой трубки. Такие мониторы имели большие габариты, но качество изображения было на очень высоком уровне. Далее начали появляться жидкокристаллические, плазменные, OLED мониторы. Они помимо новых технологий имели гораздо меньшие габариты по сравнению с ЭЛТ дисплеями. Самыми современными технологиями вывода визуальной информации являются виртуальный ретинальный и лазерный монитор. Виртуальный ретинальный монитор - это технология, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза. А лазерный монитор - это монитор на основе лазерной панели.

С распространением компьютерной техники все чаще стало проявляться несовершенство человеческого организма, человек все чаще стал страдать оттого, что все устройства, с которыми он работал, не были сконструированы согласно эргономическим принципам. В результате появились специально сконструированные мыши, имеющие форму, позволяющую руке человека лежать на ней в физиологически естественном положении, не подвергаясь никакой опасности.

Помимо традиционных мышек, подключенных к компьютеру тоненьким кабелем через последовательный порт или через специальный контроллер на плате расширения, некоторыми фирмами выпускаются перспективные беспроводные мышки. Ряд фирм выпускает мышки, передающих информацию с помощью инфракрасных лучей. Есть даже миниатюрные беспроводные мышки, которые надеваются на палец, словно перстень. А швейцарская фирма Logitech, признанный мировой лидер в этой области, выпустила мышку, связанную с компьютером по радио. Впрочем, это довольно дорогие устройства, нужны далеко не каждому пользователю. Радиомышь с гироскопом (хотя мышью данное устройство можно назвать только по предназначению) - весьма элегантное устройство, позволяющее перемещать курсор изменением угла наклона руки.

1.3 Устройства ввода-вывода

Монитор (дисплей) компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом.

Принтеры используют для вывода результатов работы (печати). В настоящее время используется четыре принципиальных схемы нанесения изображения на бумагу: матричный, струйный, лазерный, термопереноса. При матричной печати печатающая головка ударяет иглами по бумаге через красящую ленту, изображение формируется в виде точек. При струйной печати печатающая головка выбрасывает через тонкие сопла краску на бумагу. При лазерной печати лазер поляризует поверхность печатающего барабана, к которой прилипают мелкие частицы красящего порошка. Краска наносится на бумагу и при нагреве впаивается в ее поверхность. При термопереносе нагревается поверхность специальной бумаги, и в точках нагрева изменяется цвет с белого на черный. Для точного начертания схем, чертежей используется графопостроитель. Различаются планшетные и барабанные графопостроители. Компьютер управляет специальным карандашом, который чертит линии по поверхности бумаги. В планшетном карандаш передвигается по поверхности в двух направлениях; в рулонном только поперек рулона бумаги, а бумага перемещается вперед-назад.

Классификация существующих типов печатных устройств:

Матричные печатающие устройства.

Струйные принтеры.

Лазерные и LED - принтеры.

Плоттеры.

Клавиатура. Как известно, клавиатура является пока основным устройством ввода информации в компьютер. В техническом аспекте это устройство представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным способом определённую электрическую цепь.

Устройство клавиатур. В настоящее время наиболее распространены два вида клавиатур: с механическим и мембранным переключателями. В первом случае датчик представляет собой традиционный механизм с контактами из специального сплава. Несмотря на то, что эта технология используется уже несколько десятилетий, фирмы- производители постоянно работают над её модификацией и улучшением. Стоит отметить, что в клавиатурах известных фирм контакты переключателей позолоченные, что значительно улучшает электрическую проводимость.

Технология, основанная на мембранных переключателях, считается более прогрессивной, хотя особых преимуществ не даёт.

Мыши и трекболы являются координаторными устройствами ввода информации в компьютер. Разумеется, полностью заменить клавиатуру они не могут. В основном эти устройства имеют две три кнопки управления. Не секрет что своей популярностью мышь обязана распространению графического интерфейса и в основном компании “Microsoft”.

Устройство мыши. Как известно, первая мышь каталась на двух колесиках, которые были связаны с осями переменных резисторов. Перемещение такой мыши было прямо пропорционально изменению сопротивления переменных резисторов. В дальнейшем конструкция перетерпела значительные изменения. Ролики были перенесены внутрь корпуса, а с поверхностью стал соприкасаться твёрдый резиновый шарик.

Сканером называется устройство, позволяющее вводить компьютер образы изображений, представленных в виде текста, рисунков, слайдов, фотографий и другой графической информации. Несмотря на обилие различных моделей сканеров в первом приближении их классификацию можно провести всего по нескольким признакам. Например, по кинематическому механизму сканера и по типу вводимого изображения.

1.4 Описание примеров

Gyration - Air Mouse Elite. Элегантная и эргономичная беспроводная оптическая мышь Air Mouse Elite приносит ощущение интуитивной простоты движений в нашу цифровую жизнь. С мышью Air Mouse Elite более естественно, плавно и мощно Вы сможете провести презентацию, более захватывающе играть с игровыми приставками, более полно раскрыть возможности интерактивного урока и получить более удобный доступ к цифровым развлечениям.

Если у вас дома есть Интернет или цифровое телевидение, то Air Mouse Elite теперь дает вам простой и привлекательный способ для поиска, просмотра и навигации в Интернете или управления цифровым медиа-контентом на экране телевизора. Air Mouse Elite позволяет Вам управлять и наслаждаться всеми цифровыми развлечениями, не вставая с дивана и лишь естественными движениями руки манипулируя новинкой.

В качестве средства коммуникации и презентации инструментов Air Mouse Elite не имеет себе равных. Простые лазерные указки и пульты дистанционного управления не идут ни в какое сравнение с возможностями и талантами Air Mouse Elite. Мышь Air Mouse Elite поставляется с мощным программным обеспечением MotionTools Gyration, что делает более удобным и увлекательным проведение лекций и презентаций. MotionTools распознает жесты и использует их для управления приложениями и активирования богатого набора инструментов взаимодействия с контентом.

Когда дело доходит до овладения более сложными понятиями и навыками, студенты получают значительные выгоды от совместного обучения в интерактивном пространстве, в том числе при моделировании объектов и процессов в сотрудничестве со сверстниками и взаимодействия с компьютером. Air Mouse Elite позволяет легко привлечь студентов к активному участию в интерактивных мультимедийных уроках. И так как несколько мышек Air Mouse Elite можно подключить к одному компьютеру, вы можете распределить их в классе и позволить студентам лучше взаимодействовать с вами и друг с другом ради глубокого изучения предмета.

В комплекте:

-    мышь Air Mouse Elite с технологией SmartMotionTM и оптическим сенсором;

-         настольное зарядное устройство с USB-кабелем (сетевой блок питания доступен опционально);

          USB-ресивер 2.4 ГГц;

          CD-ROM с программным обеспечением MotionTools;

          руководство "Быстрый старт" (на CD с ПО).

Требования к системе:

-    Windows 98SE / 2000 / Me / XP / VistaTM Ultimate / Premium Editions/ Mac Leopard/Snow Leopard and Intel based Mac.

-         Свободный порт USB (второй порт USB рекомендуется использовать для питания настольного зарядного устройства).

          Привод CD-ROM для инсталляции ПО MotionTools.

          Подключение к Интернету для установки обновлений.

Logitech MX Air. Устройство поставляется в небольшой картонной коробке традиционных для изделий Logitech черно-зеленых тонов.

Манипулятор комплектуется подставкой для зарядки аккумулятора со съемным сетевым шнуром, приемопередатчиком, материалом для очистки мыши от пыли и жирных отпечатков, руководством пользователя и диском с набором фирменного ПО. Правда, в нашем случае ни руководства, ни диска в коробке не оказалось, но это лишь особенности данного тестового образца.

Таблица 1 - Технические характеристики

Примечательно, что ни в руководстве пользователя, ни на официальном сайте производителя не была обнаружена информация о разрешении оптического сенсора.

Черный лакированный верх пластикового корпуса изящно сочетается с серебристым низом, имеющим две овальные пластиковые вставки, на которые мышь опирается, когда находится на столе.

Форма корпуса очень сложна. Гладкая верхняя половинка двойной кривизны, скошенные овальные боковые грани, острый нос и сопряженные друг с другом выпуклые и вогнутые поверхности, составляющие нижнюю часть корпуса - вот что видит пользователь после детального изучения внешности новинки.

Подставка для зарядки аккумулятора выполнена из такого же черного лакированного пластика, из которого изготовлена верхняя часть корпуса самой мыши. Конструкция представляет собой конус с выпуклой образующей, усеченный по диагонали. Мышь входит в подставку очень легко, без усилий. А благодаря небольшой пластиковой направляющей, подпружиненные контакты на подставке автоматически стыкуются с контактными пластинами на нижней поверхности манипулятора.

Подставка весьма тяжелая и со стола "случайно" не упадет - скорее сама мышь выскользнет из подставки, если вы заденете всю конструкцию рукой. Кроме того, на столе подставку удерживают три резиновых накладки, создающие дополнительное сопротивление.

Гнездо для подключения кабеля адаптера питания расположено в нижней части корпуса подставки. Сам адаптер совмещен с вилкой и по размерам не превышает аналогичные у сотовых телефонов.

Приемопередатчик имеет совсем небольшие габариты полупрозрачного пластикового корпуса, вполне приемлемые для работы с ноутбуком. Устройство использует любой USB-порт и работает на радиочастоте 2,4 ГГц.

Согласитесь, что отказаться от попыток познакомиться с внутренним строением такого уникального устройства, было бы шагом, недостойным исследователя. А потому, вооружившись отверткой, мы приступили к вскрытию корпуса, чего вам, кстати, делать настоятельно не рекомендуем - лучше ограничьтесь описанием и фотографиями на нашем сайте.

Конструкцию устройства можно смело записывать в лидеры по сложности - внутри практически нет свободного места, а многочисленные кнопки, сенсоры, печатные платы и аккумуляторная батарея переплетены проводами и шлейфами. При этом ощущения хаоса все-таки не создается - все надежно крепится винтами к той или иной части корпуса, да и вообще собрано тщательно и очень аккуратно.

Аккумулятор размещен в верхней части корпуса, ближе к "хвосту". Это съемная литиевая 600-мАч батарея. Коротким плетеным проводом она соединена с основной печатной платой, закрепленной в нижней части мыши.

Над аккумулятором расположен миниатюрный динамик, с помощью которого мышь издает щелкающие звуки, имитирующие работу колесика прокрутки.

Основная плата имеет двустороннюю печать элементов, которых у MX Air, в отличие от любой другой мыши, очень много.

"Мозгом" новинки являются два микроконтроллера, выделяющиеся своими крупными габаритами. Это 8-битный ATmega32L от известного производителя микроконтроллеров Atmel Corporation <#"552460.files/image001.jpg">

Рисунок 1 - Зоны досягаемости рук в горизонтальной плоскости

Оптимальное размещение предметов труда и документации в зонах досягаемости:

·   Дисплей размещается в зоне «а» (в центре).

·        Системный блок размещается в предусмотренной нише стола.

·        Клавиатура - в зоне «г/д».

·        «Мышь» - в зоне «в» справа.

·        Сканер в зоне «а/б» (слева).

·        Принтер находится в зоне «а» (справа).

Рисунок 2 -