Управление серво с помощью джойстика на ардуино. Делаем еще один джойстик (геймпад) на Arduino

Процесс сборки самоделки:

Шаг первый. Подключаем серводвигатели
Процесс сборки самоделки начинается с подключения серводвигателей. Для того чтобы собрать предварительный макет, применяется монтажная плата. Потом можно будет сделать отдельный шилд. На рисунке можно увидеть, как именно все подключается.

Красный кабель - это питание, он подключается к пину 5V на контроллере Arduino.
Черный провод - это минус (земля), он подключается к выходу на Arduino под названием GND.
Желтый кабель от серводвигателя Right & Left нужно подключить к пину 11. На некоторых моделях он может быть и белого цвета.
Аналогичный желтый кабель Up & Down нужно подключить к пину 4. Он также на некоторых моделях двигателей может быть белого цвета.
Важно помнить, что коннекторы сигнала, которыми происходит управление двигателем, исходят из ШИМ выходов.

Шаг второй. Подключаем джойстик
Как подключается джойстик, можно увидеть на картинке. Поначалу схема может показаться довольно сложной, но на самом деле ничего сложного здесь нет. Как и в случае с двигателями для подключения здесь используется монтажная плата.

1. На модуле джойстика можно найти выходы U/R+ и L/R+. Через эти выходы происходит подключение питания. Соответственно сюда нужно подать напряжение +5V от соответствующего пина на Arduino.

2. Еще на джойстике присутствует два разъема под названием L/R и два разъема U/D. Их нужно подключить к аналоговым выходам А3 и А4.

3. Ну и в заключении землю на джойстике нужно соединить с землей на Arduino.

После сборки подключение нужно перепроверить. Именно из-за ошибок подключения в большинстве случаев возникают проблемы. Особенно это касается случаев, когда используется монтажная плата и на ней находится много подключений.

Шаг третий. Скетч для Arduino
Код очень простой и в нем присутствуют подробные комментарии. Приведенный код нужно просто скопировать в Arduino IDE. После того как код будет загружен, двигатели не должны двигаться. Они должны начинать двигаться только при нажатии кнопки на джойстике.

Проблемы, которые могут возникнуть и способы их решения
1. Если двигатели не включаются, нужно перепроверить подключение. Для подключения двигателей используются выходы типа ШИМ, а для подключения джойстиков применяются аналоговые выходы.

2. Бывает такое, что сразу после загрузки кода двигатели начинают вибрировать. Такое бывает если неправильно подключить пины U/D+ L/R+. Подключение нужно тщательно проверить. Чтобы не сжечь плату во время проверки, ее нужно обязательно отключить от компьютера.

3. Если все перепроверено, но двигатели все равно не хотят работать, можно попробовать переподключить джойстик. Его нужно снять с монтажной платы, а затем установить назад с некоторым усилием. Коннекторы джойстика должны хорошо войти в макетку.

Если все вышло, теперь можно приступать к созданию каких-либо самоделок с управлением через джойстик. К примеру, можно сделать робота, которым можно будет управлять с помощью джойстика, и многое другое.

Инструкция

Джойстик - удобное и лёгкое в использовании устройство для передачи информации. Видов джойстиков по количеству степеней свободы, принципу считывания показаний и используемым технологиям существует большое количество. Джойстики чаще всего используются для управления движением каких-либо механизмов, управляемых моделей, роботов. Аналоговый джойстик, который мы сегодня рассмотрим, представляет собой ручку, закреплённую на шаровом шарнире с двумя взаимно перпендикулярными осями. При наклоне ручки, ось вращает подвижный контакт потенциометра, благодаря чему изменяется напряжение на его выходе. Также аналоговый джойстик имеет тактовую кнопку, которая срабатывает при вертикальном надавливании на ручку.

Подключим джойстик по приведённой схеме. Аналоговые выходы X и Y джойстика подключим к аналоговым входам A1 и A2 Arduino, выход кнопки SW - к цифровому входу 8. Питание джойстика осуществляется напряжением +5 В.

Для того чтобы наглядно увидеть, как работает джойстик, напишем такой скетч. Объявим пины, зададим им режимы работы. Обратите внимание, в процедуре setup() мы подали на вход switchPin высокий уровень. Этим мы включили встроенный подтягивающий резистор на этом порту. Если его не включить, то, когда кнопка джойстика не нажата, 8-ой порт Arduino будет висеть в воздухе и ловить наводки. Это повлечёт за собой нежелательные хаотичные ложные срабатывания.

В процедуре loop() мы постоянно опрашиваем состояние кнопки и отображаем его с помощью светодиода на выходе 13. Из-за того, что вход switchPin подтянут к питанию, светодиод постоянно горит, а при нажатии кнопки гаснет, а не наоборот.

Далее мы считываем показания двух потенциометров джойстика - выхода осей X и Y. Arduino имеет 10-разрядные АЦП, поэтому значения, снимаемые с джойстика, лежат в диапазоне от 0 до 1023. В среднем положении джойстика, как видно на иллюстрации, снимаются значения в районе 500 - примерно середина диапазона.

Обычно джойстик используют для управления электродвигателями. Но почему бы не использовать его, например, для управления яркостью светодиода? Давайте подключим по приведённой схеме RGB светодиод (или три обычных светодиода) к цифровым портам 9, 10 и 11 Arduino, не забывая, конечно, о резисторах.

Будем менять яркость соответствующих цветов при изменении положения джойстика по осям, как показано на рисунке. Из-за того, что джойстик может быть не точно отцентрирован производителем и иметь середину шкалы не на отметке 512, а от 490 до 525, то светодиод может слегка светиться даже когда джойстик находится в нейтральном положении. Если вы хотите, чтобы он был полностью выключен, то внесите в программу соответствующие поправки.

Ориентируясь на приведённую диаграмму, напишем скетч управления Arduino яркостью RGB светодиода с помощью джойстика.

Сначала объявим соответствие пинов и две переменные - ledOn и prevSw - для работы с кнопкой. В процедуре setup() назначим пинам функции и подключим к пину кнопки подтягивающий резистор командой digitalWrite(swPin, HIGH) .

В цикле loop() определяем нажатие кнопки джойстика. При нажатии на кнопку переключаем режимы работы между режимом "фонарика" и режимом "цветомузыки".

В режиме freeMode() управляем яркостью светодиодов с помощью наклона джойстика в разные стороны: чем сильнее наклон по оси, тем ярче светит соответствующий цвет. Причём преобразование значений берёт на себя функция map(значение, отНижнего, отВерхнего, кНижнему, кВерхнему) . Функция map() переносит измеренные значения (отНижнего, отВерхнего) по осям джойстика в желаемый диапазон яркости (кНижнему, кВерхнему). Можно то же самое сделать обычными арифметическими действиями, но такая запись существенно короче.

В режиме discoMode() три цвета попеременно набирают яркость и гаснут. Чтобы можно было выйти из цикла при нажатии кнопки, каждую итерацию проверяем, не была ли нажата кнопка.

Завалялась у меня arduino nano (качественный китайский клон от RobotDyn). А тут на днях так же из Китая пришли сервомотор и манипулятор, а так же нашлось время, чтобы немного разобраться с этим. Итак, цель у меня была простая: соединить arduino nano, сервомотор и джойстик, и заставить сервомотор поворачиваться при повороте джойстика. В практических целях это можно использовать, например, для управления поворотом камеры.

Как оказалось, это не так уж и сложно. Схема подключения следующая:

1. Подключение Arduino и сервомотора:

коричневый (на моем сервомоторе) провод - земля (gnd);
красный провод - 5v;
оранжевый провод - 8 пин.

2. Подключение Arduino и джойстика:

gnd - gnd;
5v - 5v (я подключил к 3.3v);
VRX (сигнал для координат по оси X) - A1;
VRY (сигнал для координат по оси Y) - A0;
SW (режим кнопки - нажата или отпущена) - 2 пин.

Соединяем все наши чуда китайского производства, подключаем arduino к компьютеру, открываем Arduino IDE, заливаем скетч, указанный ниже. После загрузки скетча можно двигать манипулятором в стороны, сервомотор будет поворачиваться .

#include //Библиотека для работы с сервомотором int xPin = A1; //А1 - аналоговый сигнал Х координат джойстика int yPin = A0; //А0 - аналоговый сигнал У координат джойстика int buttonPin = 2; // Пин для режима кнопки (нажата или отпущена) int xPosition = 0; // переменная для хранения текущей позиции джойстика по оси X int yPosition = 0; // переменная для хранения текущей позиции джойстика по оси Y int buttonState = 0; //текущее состояние кнопки (нажата) int servoPin = 8; // пин для сигналов с сервомотора Servo servo; // переменная типа Servo int angle = 90; //стартовый угол поворота сервомотора int currentXpos = 0; //Текущая позиция X void setup() { pinMode(xPin, INPUT); // Сигнал с xPin определяем как входной сигнал pinMode(yPin, INPUT); // Сигнал с yPin определяем как входной сигнал pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // активируем подтягивающий резистор на пине кнопки servo.attach(servoPin); // присоединяем пин servo.write(angle); // Поворачиваем сервомотор на 90 градусов } void loop() { xPosition = analogRead(xPin); // читаем значение xPin yPosition = analogRead(yPin); // читаем значение yPin buttonState = digitalRead(buttonPin); // читаем "состояние" кнопки //если значение xPosition больше 360 if(xPosition > 360) { angle = angle-10; // уменьшаем угол поворота на 10 градусов // если угол меньше 0 if(angle < 0) { angle = 0; //устанавливаем значение угла 0 градусов } } //если xPosition меньше 300 if(xPosition < 300) { angle = angle+10; // увеличиваем угол поворота сервомотора на 10 градусов //если угол поворота больше 180 градусов if(angle > 180) { angle = 180; //устанавливаем значение угла в 180 градусов } } // если нажата кнопка джойстика if(buttonState == 0) { angle = 90; //устанавливаем угол в 90 градусов } servo.write(angle); // поворачиваем сервомотор на нужный угол delay(50); // добавляем задержку между считыванием данных }

При подключении джойстика к питанию 3.3V значение по умолчанию для X и Y позиций было 330 (при подключении к 5V значения могут быть другие), для проверки значений текущих показаний и я взял отклонение от начального значения в 30 единиц.

Отследить значения аналоговых сигналов можно с помощью монитора серийного порта (открыть его можно так: инструменты -> монитор порта или CTRL + SHIFT + M). Для этого в функции setup() необходимо написать следующее:

Serial.begin(9600); // инициализация обмена данными по серийному протоколу со скоростью 9600 bps

В функции loop() написать следующее:

Serial.print("X: "); Serial.print(xPosition); Serial.print(" | Y: "); Serial.print(yPosition); Serial.print(" | Button: "); Serial.println(buttonState);

Вот видео того, что получилось:

Итак, в данной статье рассмотрен процесс подключения сервомотора и джойстика к Arduino Nano, приведен пример скетча. В дальнейшем я планирую подключить второй сервомотор, чтобы польностью использовать возможности джойстика и осуществлять поворот по осям X и Y.

Новые статьи

Простая реализация текстового поля с выпадающими подсказками (аналогично поиску у Яндекс и Google) при вводе текста на языке C# WPF. Реализация пользовательского элемента управления в C#/

Использование джойстика – это один из способов обмена информацией между человеком и устройством (компьютер, микроконтроллер) на основе Arduino. Чаще всего их используют для управления механизмами или роботами. По аналогии с привычным игровым миром джойстики также часто называют геймпадами. Геймпад прост и удобен в использовании. Сегодня существует большое количество видов джойстиков по количеству степеней свободы, частоте считывания информации и используемой технологии. В данной статье мы рассмотрим наиболее популярный вариант, научимся управлению джойстиком и узнаем, как его подключать.

Аналоговый джойстик выглядит как ручка, которая закрепляется на шарнире с двумя потенциометрами, определяющими оси X и Y, и кнопкой Z. Наклон или поворот ручки вращает специальный подвижный контакт, из-за чего изменяется выходное напряжение. Сам геймпад оснащен пружиной, благодаря которой плавно возвращается в первоначальное центральное состояние после отпускания его с какой-либо позиции. Устройство позволяет более плавно отследить степень отклонения от центральной (нулевой) точки.

Подключение джойстика к ардуино

Подключение джойстика к Arduino Uno выполняется по схеме, приведенной ниже.

На модуле имеется 5 выходов – Vcc, Gnd, X, Y и Key (обозначения могут различаться в зависимости от устройства).

Данные по оси X выводятся на вход А0, по оси Y – на А1. Для визуального контроля нажатия кнопки также можно подключить светодиод D11. Питание осуществляется напряжением 5 Вольт. Пин GND присоединяется к такому же пину на плате Ардуино. Контакт SW можно подсоединить к любому цифровому пину.

Как видим, подключение модуля джойстика не сложно. Если устройство не работает после подключения, проверьте, правильно ли вы подсоединили все пины.

Как отслеживать текущее положение или направление джойстика

Для использования джойстка в реальном проекте нам понадобится написать скетч, чтобы обрабатывать данные, которые отправляет джойстик во время своей работы.

Узнать, в каком положении в текущий момент находится устройство, можно в зависимости от значений потенциометров. Перемещение происходит по направлению находящихся перпендикулярно осей X и Y. Считывание информации с геймпада происходит с помощью – она показывает значения в диапазоне от 0 до 1023. В качестве аргументов ей поступают номера пинов, к которым произведено подключение джойстика:

Serial.println(analogRead(A0)); // показывает положение X координаты

Serial.println(analogRead(A1)); // показывает положение Y координаты

Для удобства советуется использовать константы, чтобы уменьшить и упростить итоговый код. Аналоговые пины как раз можно объявить постоянными:

const byte PIN_ANALOG_X = A0; // постоянная для координаты Х

const byte PIN_ANALOG_Y = A1; // постоянная для координаты Y

Определение направления движения джойстиком

Управление с помощью джойстика подразумевает собой то, что мы должны узнать направление движения ручки джойстика. Для этого нам придется получить и интерпретировать данные по всем осям.

По значению положений осей X и Y можно узнать, находится ли джойстик в центре или произошло смещение. Значения во всех направлениях находятся в диапазоне от 0 до 1023, как говорилось ранее. В первую очередь приходит мысль, что центральная точка будет находиться примерно в значении 511-512. Это заключение не совсем правильно, так как абсолютно точное положение определить нельзя.

Неверное определение центрального значения может привести к тому, что будет получена ошибочная информация о движении джойстика, если он будет находиться в неподвижном состоянии. Для этого следует выбрать числовой диапазон и условно считать, что любое значение в нем будет центральной точкой. Значения нужно подстраивать под каждый вид джойстика, но примерно оно будет в диапазоне 505-518. Полученные значения записываются в код в виде постоянных:

const int X_THRESHOLD_LOW = 505;

const int X_THRESHOLD_HIGH = 518;

const int Y_THRESHOLD_LOW = 500;

const int Y_THRESHOLD_HIGH = 510;

Следующим шагом будет преобразование координат в диапазон от -1 до 1. Для X -1 – это перемещение влево, 0 – нет движения, 1 – вправо. По Y -1 – движение вниз, 0 – центральное значение, 1 – вверх. Изначально устанавливаем все значения в центр 0. Для проверки, происходит ли перемещение, используем выражения if/else.

Подводные камни в работе геймпада

Как и с любое устройство, джойстики не лишены недостатков. В первую очередь, наличие пружины не позволяет ручке точно вернуться в центральное положение из-за трения в механических деталях. Это приводит к тому, что приходится программно определять центральное положение, вернее диапазон значений, в которых любая точка будет условно считаться серединой.

Второй проблемой можно назвать наличие так называемых мертвых зон. Два крайних значения при наибольших отклонениях должно быть равным 0 В и напряжению питания. В действительности эти значения могут различаться, так как не используется весь электрический диапазон изменения сопротивления. Для решения этой проблемы крайние точки могут соответствовать значениям 1 кОм и 9 кОм.

Плата расширения JoyStick shield

Для управления роботами или другими механизмами иногда требуется использовать джойстик к кнопками и средствами коммуникаций. Для того, чтобы не придумывать каждый раз новые конструкции, рекомендуется купить готовую плату расширения ардуино для джойстика, в которой все необходимые элементы будут спаяны.

Рассмотрим, что представляет собой этот шилд от известного в мире ардуино производителя Sparkfun. Данный геймпад работает исправно и стоит относительно недорого. Устройство может поставляться в немного разобранном виде, так что сначала его нужно собрать.

Шилд содержит несколько стандартных кнопок (4 обычных сбоку и кнопка выбора). В зависимости от модели, на плате могут быть добавлены разъемы для подключения модулей bluetooth или wifi. Традиционно, с помощью выходов пинов и гребенки можно подключать внешние устройства.

Заключение

Джойстик ардуино – незаменимая вещь во моих проектах. Благодаря этому виду датчиков вы можете добавить в свое устройство удобные и современные средства управления. В некоторых ситуациях без джойстика вообще обойтись практически невозможно: джойстик ардуино используется для управления роботами, умными машинами, сервоприводами, громкостью музыкой и яркостью подсветки на мониторе, как навигация в различных играх и во многих других проектах.

Подключение готового модуля не сложно, так же весьма доступным является и сам управляющий скетч. Чаще всего, джойстик используется в месте с кнопками и в паре с беспроводными интерфейсами, потому то управлять джойстиком на проводе быстро перемещающимися устройствами практически невозможно. Поэтому рекомендуется для работы использовать готовые шилды, в которых есть все необходимое.

Шла обычная пятница, ничто не предвещало беды…

Но червь «нужно что-то сделать» уже начал свою работу. После прочтения статьи я вспомнил, что у меня в барахле лет 15, если не больше, валяется сеговский геймпад. Забрал я его с твердым намерением сделать геймпад на процессоре AVR (про ардуино я тогда и не слышал, но пару небольших проектов на AVR сделал).

Еще больше утвердила мое намерение статья про MSX , и в пятницу я решил - делаю!

Из закромов был вытащен на белый свет сеговский геймпад в разобранном состоянии. К моему изумлению он был в полном комплекте (ну, если не считать порезанные дорожки и отсутствующий оригинальный контроллер), не хватало только 2-х болтиков.

В качестве контроллера я решил использовать Beetle , так как он был заказан мной когда-то, но пока не испробован, да и не очень понравился «малым количеством портов».

И тут меня ждало разочарование - портов 6, кнопок 10. Горю моему не было предела, но мозг таки нашел решение, для начала я решил попробовать собрать прототип из 2-х кнопок, так как я решил использовать фокус с диодом, чтобы опрашивать 10 кнопок с помощью 6 выводов. Практически окрыленный, я засел за проверку… И тут случилась следующая неприятность - кнопок на джойстике больше, чем 10! В общем это был тот момент, когда нужно было смотреть в документацию, хотя идей было много - например припаять (ага, моим паяльником, который накрывает почти все ножки с одной стороны микросхемы), или поискать просветления в интернете.
Документация же четко сказала, что портов у Beetle на самом деле не 6, а 10, что сделало дальнейший процесс скучным (так я думал). (Использование 8 выводов дает возможность опрашивать 2 * 6 = 12 кнопок, что мне и было нужно)

Схема подключения - матрица 6 х 2, потому как оригинальная плата была разведена удобным мне образом. (Кстати в процессе предыдущей переделки дорожки были порезаны, чтобы подключить клавиатурный контроллер, пришлось восстанавливать, вышло страшненько)

Схема получившегося геймпада:

Быстро накидав пример я убедился что он не работает… Не понял?! Пример то простейший. Подумав, сообразил, что цифровому пину не хватает того сопротивления, что дают резиновые токопроводящие кнопки, немного изменил схему, теперь читается аналоговый сигнал и сравнивается с половиной максимума. Перепаиваю контакты, переписываю программу и… ничего не работает, совсем. Контроллер не определяется, все пропало. Код проверен, и перепроверен, все должно работать! А контроллер не видится ни в какую. Мотивация падает, делаем перерыв.

Через некоторое время безуспешно поигравшись с Beetle, ну все, убил контроллер своим паяльником, с сожалением достаю из закромов Arduino Micro, прошиваю прошивку и снова тишина! Становится понятно, что-то не так с кодом, в конце концов нахожу банальную причину - бесконечный цикл в loop(), исправляю, но зашить то не могу! Оказывается проблема, когда контроллер не видится решается нажатием на резет во время прошивания (или замыканием пинов в моем случае)

В итоге получился сеговский геймпад, проверен, работает, я счастлив: поиграл в Metal Gear, Felix The Cat, Super Mario.

P. S. «Трюк со светодиодом». Конечно не обязательно использовать светодиод, обычный диод лучше подходит, суть простая, вместо двух выводов использовать один, соединенный с разными кнопками через 2 диода: