Управление сервоприводом джойстиком. Джойстик Ардуино – подключение и скетч
Подключение джойстика к Arduino позволит сделать дистанционное управление с помощью джойстика машинкой или роботом на Ардуино. Рассмотрим в статье, как подключить джойстик шилд самостоятельно и сделать управление сервоприводом с помощью джойстика на Ардуино. Представим несколько скетчей и дадим схему подключения джойстика к микроконтроллеру Arduino Nano или Arduino Uno.
Джойстик схема подключения к Ардуино
Аналоговый джойстик представляет собой ручку, которая крепится на шарнире с двумя потенциометрами, определяющими положение джойстика по оси X и Y, и кнопкой Z. Наклон ручки вращает потенциометры и изменяет выходное напряжение, позволяя отследить степень отклонения ручки от центральной точки. При отпускании ручки джойстика, она плавно возвращается в центральное (нулевое) положение.
Как подключить джойстик к Arduino Nano и Arduino Uno
У модуля джойстика KY-023 есть свои недостатки. Дело в том, что ручка джойстика не всегда точно возвращается в центральное положение, поэтому следует учитывать в программе центральное положение ручки, как некоторый диапазон значений, а не точное значение. То есть, при положении ручки джойстика в центре, значение X и Y координат может находиться в диапазоне от 490 до 530, вместо 512.
Подключение джойстика к Arduino UNO
Для занятия нам понадобятся следующие детали:
- плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
- модуль джойстика ky-023;
- 2 светодиода и 2 резистора;
- макетная плата;
- провода «папа-мама», «папа-папа».
После подключения к Ардуино джойстика, загрузите следующий скетч. В данном примере на монитор порта будут выводиться данные с джойстика, а при нажатии кнопки будет выключаться светодиод на плате, подключенный параллельно к Pin 13. Соберите схему с джойстиком, как показано на схеме выше, загрузите скетч и откройте монитор порта программы Arduino IDE.
Скетч. Подключение джойстика к Ардуино
#define pinX A2 // ось X джойстика #define pinY A1 // ось Y джойстика #define swPin 2 // кнопка джойстика #define ledPin 13 // светодиод на Pin 13 void setup () { Serial .begin (9600); pinMode (ledPin, OUTPUT ); pinMode (pinX, INPUT ); pinMode (pinY, INPUT ); pinMode (swPin, INPUT ); digitalWrite (swPin, HIGH ); } void loop () { boolean ledState = digitalRead (swPin); // вкл./выкл. светодиод // считываем значение оси Х // считываем значение оси Y Serial .print (X); // выводим в Serial Monitor Serial .print ("\t" ); // табуляция Serial .println (Y); }Скетч. Управление джойстиком светодиодами
Теперь можно усложнить схему, сделав плавное включение светодиода , управляемое от джойстика. Для этого подключите два светодиода через резистор к аналоговым портам 5 и 6. В следующем скетче, с помощью функции map() , переменные X и Y преобразуются из диапазона чисел от 0 до 1023 в диапазон чисел от 0 до 255. Подключите светодиоды к пинам 5 и 6 Ардуино и загрузите следующий скетч.
#define pinX A2 // ось X джойстика #define pinY A1 // ось Y джойстика #define swPin 2 // кнопка джойстика #define ledPin 13 // светодиод на Pin 13 #define ledX 5 // светодиод на Pin 5 #define ledY 6 // светодиод на Pin 6 void setup () { pinMode (ledX, OUTPUT ); pinMode (ledY, OUTPUT ); pinMode (ledPin, OUTPUT ); pinMode (pinX, INPUT ); pinMode (pinY, INPUT ); pinMode (swPin, INPUT ); digitalWrite (swPin, HIGH ); } void loop () { boolean ledState = digitalRead (swPin); // считываем состояние кнопки digitalWrite (ledPin, ledState); // вкл./выкл. светодиод int X = analogRead (pinX); // считываем значение оси Х int Y = analogRead (pinY); // считываем значение оси Y X = map (X, 0, 1023, 0, 255); // преобразуем значение X в другой диапазон Y = map (Y, 0, 1023, 0, 255); // преобразуем значение Y в другой диапазон analogWrite (ledX, X); // включаем светодиоды с разной яркостью analogWrite (ledY, Y); }Пояснения к коду:
- с помощью функции map() можно задать любой, в том числе, обратный диапазон чисел. Также можно использовать отрицательные значения.
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.
Сегодня я решил попробовать управлять сервоприводом при помощи джойстика, собрав простую схемку на базе Arduino Uno.
Что нам потребуется
- Соединительные провода;
Исходный код
#include
int joyX=0;
int angl=0;
Servo myservo;
void setup()
{
myservo.attach(9);
pinMode(joyX,INPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
int val = (analogRead(joyX)/64)-8;
if (val > 0) {
angl=angl+abs(val);
}
else {
if (val < 0) {
angl=angl-abs(val);}
}
if (angl < 0) angl = 0;
if (angl > 180) angl = 180;
Serial.print("Power: ");
Serial.println(val);
Serial.print("Angle: ");
Serial.println(angl);
myservo.write(angl);
int spd = 500;
if (val != 0) {
spd = 600/abs(val);
}
Serial.print("Speed: ");
Serial.println(spd);
Serial.println("-----------");
delay(spd);
}
Как это работает
Управлять сервоприводом оказалось просто (с использованием библиотеки). Мы просто вызываем функцию write и значение угла поворота в градусах. А вот само значение угла мы будем изменять динамически с помощью джойстика.
В цикле считывается значение с аналогового входа (изменяется от 0 до 1023 в зависимости от положения джойстика), я делю это значение, чтобы уменьшить шаг на 64 и вычитаю 8, чтобы усреднить. Теперь мы будем иметь значение от 7 до -8. Затем на это значение я изменяю переменную, хранящую угол поворота. Также изменяю задержку в зависимости от этого значения. Чем больше отклонение, тем меньше задержка (быстрее происходит вращение).
- С Arduino берём +5 В на одну сторону бредборда (красный првоод);
- Чёрный провод идёт с GND на другую сторону бредборда;
- Сигнальный пин – девятый, зелёный провод, идёт на сервомотор (жёлтый шлейф);
- Так же на аналоговый вход a0 подаётся синий провод от джойстика (пин S-X);
- С джойстика VCC стороны X идёт красным проводом на +5 В бредборда;
- С джойстика GND стороны X идёт белым проводом на GND общее бредборда;
- Ну и соответственно белый провод GND бредборда в чёрный шлейф сервомотора;
- Оранжевый провод +5 В бредборда в красный шлейф сервомотора;
Что получилось
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
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.
