arduino-projects

Pohjois-Tapiolan lukion elektroniikkakurssien materiaalit

View project on GitHub

Gamepad

Raspberry Pi-osuuden löydät täältä!

Jos Microbitin ohjelmointi kiinnostaa enemmän, voit sillä korvata Arduinon https://github.com/Pohjois-Tapiolan-lukio/microbit-projects/tree/master/gamepad

Yhteenveto

Tämä on Arduino-peliohjaimen Arduino-osuus ja dokumentaatio sellaisen rakentamiselle.

Tämän projektin tarkoitus on opettaa yksinkertaisen sarjaliikenteen perusteet.

Samanlaista gamepadia olisi epäkäytännöllistä rakentaa suoraan Raspberry Pi:hin, sillä se vaatisi ADC (Analog to Digital Converetr) -laitteistoa. Jotta analogista dataa saadaan ylipäätään Raspberry Pi:lle, täytyy olla sopiva ulkoinen laite ja laitteiden välinen keskusteluprotokolla.

Tässä kansiossa on vain ohjeet ja valmiit esimerkkikoodit. Tarvitset myös sarjaliikenteen kuuntelijan, joka lukee ja tulkitsee Arduinon syötettä.

Tarvittavat osat

  • Arduino & USB-johto
  • Kytkentäalusta
  • Jotain seuraavista:
    • Nappeja
    • Joystickeja
  • 1KΩ – 1MΩ vastuksia (ei niin väliä, kunhan ei kuumene)
  • Hyppylankoja

Ohjeet

Huomaa: ohjeet eivät ole tarkasti tiettyä konfiguraatiota varten, vaan ohjeet pääosin selittävät yleisesti miten osia yhdistetään ja miten sarjaliikenteeseen kirjoitetaan.

Hyödynnä ohjeita osiesi ja osaamisesi mukaan!

Napin kytkentä

Digitaalisia kaksiasentoisia nappeja

4-jalkainen nappi Kun painat 4 tai 2 -jalkaisesta napista, niin kaikki napin jalat muodostavat yhteisen kytkennän

4-jalkaisen napin kytkentäkaavio nappi kytketään alustaan keskelle

Vaaleansininen ja keltainen johto kuljettavat identtistä signaalia!

Napeille on oleellista olla alasvetovastus, jotta napin mittauskannan (jossa kaaviossa on vaaleansininen johto) potentiaali on aina joko 5V (päällä) tai 0V (pois päältä) eikä jää ns. kellumaan välille. Jos vastus on liian pieni tai vastuksen tilalla on johto, niin napin painallus aiheuttaa oikosulun Arduinon virtalähteeseen.

Tällainen oikosulku ei vaurioita itse Arduinoa eikä luultavasti virtalähdettä

Arduinon ohjelmointi

4-jalkaiset ja 2-jalkaiset napit käyttäytyvät identtisesti Arduinon näkökulmasta

Määritellään napin mittauskannan pinni

#define NAPPI1 [napin pinnin numero]

Rivi ei ole arduino-koodia vaan macro-määritelmä, sen takia rivin loppuun ei tule ;-merkkiä

Yleensä macroissa käytetään vain isoja kirjaimia

Määritellään napin pinnin numero Arduinon setup-rutiinissa syötteeksi

pinMode(NAPPI1, INPUT);

Digitaalisen signaalin syötettä voidaan hakea funktiolla digitalRead(), joka palauttaa int (kokonaisluku) -arvon 0 tai 1

Vaikka palautusarvo on int, voit tallentaa sen bool (binääri) -arvona, koska Arduino tekee automaattisen tyyppimuunnoksen int ja bool välillä, jos niiden arvona on 0 tai 1

digitalRead(NAPPI1);

Syötettä voidaan hakea jatkuvasti loop-rutiinin sisällä

Joystickin kytkentä

Joystick, jossa on kaksi potentiometriä ja yksi nappi

Joystickin kytkentäkaavio Johtojen värit:

  • Punainen: VCC (5V)
  • Sininen: Vertikaalisen asennon potentiometri (ylöspäin -> VCC)
  • Vihreä: Horisontaalisen asennon potentiometri (vasemmalle -> VCC)
  • Valkoinen: Tattinappi (painettu -> `0V`)
  • Musta: GND (0V)

Joystickin napille tarvitset ylösvetovastuksen (1KΩ – 1MΩ), jotta napin arvo on 5V silloin kun siitä ei paineta ja 0V kun siitä painetaan

Määritellään joystickin ja napin mittauskantojen pinnit

#define JOYSTICK_X [joystickin horisontaalisen potentiometrin pinni]
#define JOYSTICK_Y [joystickin vertikaalisen potentiometrin pinni]
#define JOYSTICK_THUMB [joystickin napin pinni]

Määritellään joystickin napin pinnin numero Arduinon setup-rutiinissa syötteeksi

Analogisia pinnejä ei tarvitse määritellä, koska ne on jo valmiiksi syötteitä

pinMode(JOYSTICK_THUMB, INPUT);

Signaalien syötettä voidaan hakea funktioilla analogRead(), joka palauttaa int (kokonaisluku) -arvon välillä 0 – 1023

analogRead(JOYSTICK_X);
analogRead(JOYSTICK_Y);
digitalRead(JOYSTICK_THUMB);

Sarjaliikenteen ohjelmointi

Tätä varten tarvitaan Serial, joka initialisoidaan setup:ssa

Serial.begin(9600);

9600 tarkoittaa sarjaliikenteen symbolinopeutta. Sen muuttamiselle ei ole tarvetta yksinkertaisessa kommunikoinnissa

Arvot voidaan kirjoittaa sarjaliikenteeseen \r\n (rivinvaihto) -merkkijonolla erotettuina funktiolla Serial.println

Serial.println(arvo);

Esim:

int joystick1X = analogRead(JOYSTICK1_X);
Serial.println(joystick1X);

Esimerkkikoodi, joka lukee yhtä joystickin akselia löydät täältä

Kun olet lähettänyt ohjelman Arduinolle, voit avata sarjaliikennemonitorin Tools-valikon alta nähdäksesi sarjaliikenteessä tulevat viestit.

Datan koodaus

Jotta sarjaliikenteen data voidaan lukea, sillä täytyy olla jonkinlainen formaatti eli koodi

Formaatti voi olla esimerkiksi:

  • [luku1],[luku2],[luku3], eli luvut peräkkäin pilkulla erotettuna

    Tämä on yksinkertaisin toimiva ratkaisu

  • luku1:[luku1],luku2:[luku2],luku2:[luku2], eli avain-arvo pareja pilkulla erotettuna

    Tämän etuna on se, että ihmisen on helpompi lukea dataa

  • [luku1hex{N}][luku2hex{N}][luku3hex{N}], eli luvut muutettuina heksadesimaaliin ja padättyinä nollilla merkkijonojen maksimipituuteen N

    esim luvut 123, 4095, 515, N=3 -> 07BFFF203
    Tämän informaatiotiheys on suurempi

    Haastetta haluaville suosittelen keksimään jonkun oman formaatin

Koodaus toteutetaan itse Arduino-koodissa String-objekteja lisäämällä (helppo) tai manuaalisesti manipuloimalla muistia (vaikeampi)

Yllä olevat formaatit voidaan toteuttaa esimerkiksi koodeilla:

[luku1],[luku2],[luku3], eli luvut peräkkäin pilkulla erotettuna

int luku1, luku2, luku3;
/* lukujen asettaminen... */
Serial.println(
    String(luku1) + "," +
    String(luku2) + "," +
    String(luku3));

luku1:[luku1],luku2:[luku2],luku2:[luku2], eli avain-arvo pareja pilkulla erotettuna

int luku1, luku2, luku3;
/* lukujen asettaminen... */
Serial.println(
    "luku1:" + String(luku1) + "," +
    "luku2:" + String(luku2) + "," +
    "luku3:" + String(luku3));

[luku1hex{N}][luku2hex{N}][luku3hex{N}], eli luvut muutettuina heksadesimaaliin ja täytettynä (padded) nollilla lukujen maksimipituuteen N

int arvot[] = {123,4095,515};

int const len = 3;
char tmp[len+1], tmp2[10];
for (int i=0; i<sizeof(arvot)/sizeof(arvot[0]); ++i){
    sprintf(tmp2, "%%.%dX", len);
    sprintf(tmp, tmp2, arvot[i]);
    Serial.print(tmp);
}
Serial.println();


Huomaa: Serial.println tulostaa merkkijonon loppuun \r\n, joka tarkoittaa, että rivin loppuun tulee rivinvaihto. Sillä on merkitystä kuuntelijan puolen dekoodauksessa

Esimerkkiohjelmat

Esimerkkiohelmassa gamepad.ino on kahden joystickin ja 3 napin ohjelma.

Esimerkkiohjelmassa joystick.ino on yksinkertainen yhden joystickin akselin ohjelma.