Arduino как подключить джойстик

Джойстик Ардуино – подключение и скетч

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.

Принцип работы джойстика

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 функции analogRead() – 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;

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.

Источник

Как подключить джойстик к Arduino

Инструкция по подключению аналогового джойстика к Arduino

Для проекта нам понадобится:

1 Принцип действия аналогового джойстика

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.

Принципиальная схема аналогового джойстика

Здесь outX, outY – выходы для снятия показаний по осям X и Y; outSw – вывод тактовой кнопки. Vcc и GND – питание и земля, соответственно.

2 Схема подключения аналогового джойстика к Arduino

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.

Схема подключения аналогового джойстика к Arduino

В результате должно получиться примерно так, как на фотографии.

Аналоговый джойстик, подключённый к Arduino

3 Считывание показаний с аналогового джойстика

Для того чтобы наглядно увидеть, как работает джойстик, напишем такой скетч.

Значения X и Y с аналогового джойстика,
выведенные в монитор последовательного порта

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.

Обратите внимание, что показания по осям X и Y в нейтральном положении ручки джойстика могут быть разные, и не равняться ровно 512.

4 Управление яркостью и цветом светодиодас помощью аналогового джойстика и Arduino

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.

Подключение RGB светодиода и джойстика к Arduino

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 варьироваться в диапазоне примерно 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.

Диаграмма распределения яркости красного, синего и зелёного каналов светодиода в зависимости от положения ручки джойстика

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() очень полезна и удобна в применении. Она переносит измеренные значения (отНижнего, отВерхнего) по осям джойстика в желаемый диапазон яркости (кНижнему, кВерхнему). Можно то же самое сделать обычными арифметическими действиями, но запись с помощью функции map() 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.

В результате получился фонарик из трёхцветного RGB светодиода, яркость свечения каждого цвета которого задаётся с помощью джойстика. А при нажатии на кнопку происходит включение режима «цветомузыка». Я сделал специальную печатную плату с Arduino Pro Mini и джойстиком, и у меня он используется в качестве ночника для ребёнка 🙂

Управление яркостью и цветом RGB светодиода с помощью аналогового джойстика, подключённого к Arduino

Таким образом, мы научились подключать к Arduino аналоговый двухосевой джойстик с кнопкой и считывать с него показания. Вы можете придумать и реализовать более интересное применение джойстику, чем наш пример.

Источник

Джойстик

Товары

Обзор тактильного Джойстика

Джойстик является одним из устройств для удобной передачи информации от человека к компьютеру или микроконтроллеру. Джойстики используются для управления движением роботов, мобильных платформ и прочих механизмов.

Модуль двухосевого джойстик (рис. 1) имеет две степени свободы, представляет собой ручку, закреплённую на шаровом шарнире с двумя взаимно перпендикулярными осями.

Рисунок 1. Джойстик.

При наклоне ручки вращаются подвижные контакты каждого из двух потенциометров номиналом 10 кОм, которые определяют положение осей X и Y. Средний контакт каждого потенциометра выведен на контакты VRX и VRY разъема, а крайние подключены к питанию и земле. Также джойстик оснащен тактовой кнопкой, которая срабатывает при вертикальном нажатии на ручку, показания снимаются с контакта SW. После отпускания джойстик возвращается в первоначальное центральное состояние.

Технические характеристики

Напряжение питания: номинальное 3.0…5,5 В;

Выходной сигнал: цифровой (кнопка) и аналоговый (оси X и Y);

Размеры: 26 мм x 40 мм x 22 мм.

Подключение к плате Arduino

Для подключения модуля джойстика к плате Arduino будем использовать два аналоговых и один цифровой вывод Arduino, а также с платы Arduino подаем питание на контакты джойстика GND и +5V. Схема подключения показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема подключения модуля джойстика к плате Arduino.

Напишем скетч получения данных с джойстика. Данные с потенциометров по осям X и Y могут принимать значения от 0 до 1023. Неподвижному положению джойстика соответствуют значение 511 для каждого потенциометра. При нажатии на кнопку на входе 3 Arduino будет появляться 0. Чтобы не было наводок, вывод кнопки необходимо подтянуть к +5 В. Данные выводим в последовательный порт.

Содержимое скетча показано в листинге 1.

Загружаем скетч на плату Arduino, открываем монитор последовательного порта и видим вывод данных при изменении положения джойстика (рис. 3).

Рисунок 3. Вывод данных с джойстика в монитор последовательного порта.

Пример использования

Рассмотрим пример использования джойстика для управления подвесом для камеры на сервоприводах. Нам потребуются следующие детали:

плата Arduino Uno – 1 шт;

плата прототипирования – 1 шт;

модуль джойстика – 1 шт;

подвес для камеры – 1 шт;

блок питания 5В – 1 шт;

Схема подключения показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема подключения модуля джойстика и подвеса на сервоприводах к плате Arduino.

Считываем показания джойстика для каждой из осей X, Y и переводим их в значение угла поворота соответствующего сервопривода. Чтобы убрать дрожание сервопривода не реагируем на маленькие изменения положения джойстика.

Содержимое скетча показано в листинге 2.

Загружаем скетч на плату Arduino, и управляем подвесом с помощью джойстика.

Рисунок 5-6. Схема в сборе.

Часто задаваемые вопросы

2. Значение кнопки джойстика принимает случайные значения или не изменяется тока отрицательное

Проверьте правильность подключения джойстика к плате Arduino.

Подтяните вывод кнопки к питанию через резистор 4.7 кОм.

Источник