Как устроен и работает джойстик

Используйте 3D-Джойстик (Troyka-модуль) для управления роботом, видеоигрой и даже домашним питомцем. Модуль комбинирует в себе аналоговый двухосный джойстик и тактовую кнопку.
Как устроен и работает джойстик

3D-Джойстик (Troyka-модуль) — сенсор с двумя аналоговыми выходами X и Y, и одним цифровым — Z. В нейтральном положении аналоговый сигнал соответствует половине напряжения питания, нажатие — бинарный цифровой сигнал.

При перемещении джойстика в одну сторону напряжение будет нарастать, а при движении джойстика в другую сторону — падать.

Таким образом управляющее устройство будет получать данные о точном положении ручки джойстика и реагировать на угол наклона, а не только на сам факт наклона ручки.

Модуль общается с управляющей электроникой по 5 проводам. Для подключения используется два 3-проводных шлейфа. Для быстрого подключения модуля к Arduino используйте Troyka Shield.
Как устроен и работает джойстик

В качестве примера выведем в Serial-порт текущее значение отклонения джойстика по двум осям и состояние нажатия кнопки.

joystick_test.ino
// даём разумное имя пинам, к которым подключён джойстик
#define X A0
#define Y A1
#define Z A2
 
void setup()
{ // открываем последовательный порт для мониторинга действий в программе Serial.begin(9600);
}
 
void loop()
{ // переменные для хранения значений // отклонения джойстика по осям X и Y // и состояния кнопки Z int x, y, z;
  // считываем текущее значение джойстика x = analogRead(X); y = analogRead(Y); z = digitalRead(Z);
  // выводим результаты в serial-порт Serial.print(x); Serial.print(«,»); Serial.print(y); Serial.print(«,»); Serial.println(z); delay(100);
}
Как устроен и работает джойстик

Содержит два переменных резистора с возвратными пружинами, кнопку и прорезиненный колпачок — «грибок».

1 группа

  • Земля (G) — Чёрный провод. Соедините с пином GND микроконтроллера.
  • Питание (V) — Красный провод. Соедините с пином 5V микроконтроллера.
  • Сигнальный (X) — Подключите к аналоговому входу микроконтроллера.

2 группа

  • Сигнальный (Y) — Подключите к аналоговому входу микроконтроллера.
  • Сигнальный (Z) — Подключите к аналоговому/цифровому входу микроконтроллера.
  • Не используется.

Как устроен и работает джойстик

  • Напряжение внешнего питания: 3–5 В
  • Интерфейс по осям X, Y: аналоговый, линейный
  • Интерфейс кнопки: цифровой, бинарный
  • Габариты: 25×25 мм

Универсальное руководство по изготовлению джойстика

Доброго времени суток! Я приветствую Вас. Если Вы добрались до сюда, Вы, наверное, уже решили делать джойстик или хотя бы подумываете об этом. Небольшое лирическое отступление.

На данный момент на Российском рынке представлено широкое разнообразие некачественных китайских джойстиков средним сроком службы 3 месяца.

Более дорогие модели в основном, не уступают китайским, при этом далеко не являются лидерами по соотношению цена-качество, более того, половина «дорогих» моделей отправляется к нам как брак.

Именно это, а точнее нежелание в свое время тратить даже небольшую сумму на ненужную игровую безделушку, подвигло меня к сооружению моего первого джойстика.

Он был построен на НЕЛИНЕЙНЫХ (поройтесь в архивах сервера, поймете, почему я написал это слово большими буквами) потенциометрах емкостью 800 КИЛООМ (теперь, стряхивая пыль с моей старой погибшей звуковухи, я понимаю что дешевле было купить тестер, с ним вообще удобнее. Стоит он 100-200 рублей а спасти может и жизнь и технику). Но, несмотря на весь этот негатив, мой первый джойстик был скачком вперед по сравнению с обычной мышкой или клавиатурой. Построен он был по схеме, которая показана в одной из статей на моем сервере.

Но не будем на этом долго останавливаться. Сейчас, я твердо уверен, что если и брать на себя хлопоты по конструированию джойстика, то лучше делать его оптическим, этим вы избавитесь от дрожания и получите более высокий класс точности. Хотя, например, в РУДe (throttle) я до сих пор использую потенциометр. Итак, вы решили делать оптический джойстик.

Если вы хотите сделать более четырех кнопок, вам следует обратиться к архивам сервера. Также вам понадобится оптопара, например, подойдет старая мышка. Сразу откройте ее. Открыли. Поднесите к экрану. Нет, другой стороной. А теперь слушайте, как это все вообще работает.

У компьютера есть геймпорт, в которой джойстики и подрубаются. Там есть контакты. (Внимательно изучите распайку, опять в архив). Рассмотрим на примере как формируется координата по оси X. Напряжение имеется на контакте 1. На контакте 3 имеется вход канала Х.

Если ничего не подключено, джойстик находится в неподключенном состоянии. Это логично.

Чтобы проверить свои идеи придется подключить минимум 2 оси и 1 кнопку. Иначе Windows не сможет определить джойстик.

Читайте также:  Требования к электропроводке в квартире и доме

Если подключить между контактами сопротивление, например 50 кОм (какой стороной подключать сопротивление или потенциометр безразлично), джойстик станет примерно посередине.

Значит, наша задача сделать джойстик – обеспечить плавное изменение сопротивления между выходами и входами осей.

Можно использовать любые системы, если их номиналы будут в диапазоне 0-100кОм (резисторы, оптику, магнисторы, реостаты). Можно использовать и большее сопротивление. Но будьте аккуратными. Хотя конечно сразу вы ничего не сожгете.

Хотя нет. Может и сожгете. Замкните 5 вольт на кнопки, и, возможно, у вас сгорит материнская плата. Хотя вряд ли. Скорее всего просто произойдет перезагрузка. Сработает защита в блоке питания.

Да, мой компьютер прощал еще более суровые ошибки.

Старайтесь не паять схемы, если они подключены в работающий компьютер. Опасности как таковой нет, но вот статический заряд от ваших рук может повредить саунд бластер.

Черт, я увлекся, можете опустить мышку, я ее уже посмотрел, у вас, должно быть, уже руки затекли. Так вот, в вашей мышке я увидел такие черные колесики. Они стоят между двумя фигульками. Одна прозрачная, а другая черная. Так вот, черная это фототранзистор который изменяет свое сопротивление в зависимости от освещенности. А прозрачная это «лампочка» к нему.

Аккуратно выпаяйте обе пары. Будьте осторожны, не перегрейте детали. Возьмите тестер и найдите где на черной фиговине «вход», где «выходы». Обычно средняя нога «вход», остальные «выходы». Подключите черные фигни в гейм порт. «Входом» на 5 воль, «выходом на» X, вторую «Входом» на те же 5 воль «выходом» на Y.

Теперь если вы добавите в систему джойстик с двумя осями, то при свете лампы вы увидите надпись джойстик подключен, а может и нет, зависит от деталей и от падающего света, например при естественном освещении ничего не произойдет, тогда подключайте светодиоды (прозрачные фиговины). Они полярные, то есть если подключите их не той стороной, светить они не будут, хотя света от светодиода вы и так и так не увидите – он излучает в невидимом спектре. (Используйте тестер, или меняйте полярности).

Светодиоду нужно напряжение и земля. Чтобы он не сгорел ему нужно еще и сопротивление (у меня стоит около 500 ом, вешается от пяти вольт к светодиоду).После этого если поместить систему в непрозрачный цилиндр, джойстик должен остаться подключенным. Теперь мы имеем главное. Сопротивление, которое меняется от расстояния между фототранзистором и светодиодом. Осталось подключить механику.

Я использовал трубки, на одном конце закрепив фототранзистор, а по принципу шприца в этом цилиндре приближался-отдалялся светодиод. Разность хода у меня, например, около двух сантиметров.

Ниже привожу таблицу расчетов составленную Виктором Линником

Расстояние между фотодиодом и светодиодом, см 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Cопротивление, в кОм 4,8 37,4 66,5 80,2 91,3 103,4 114,2 123,6 134,7 145,3 159,2 171,7 184,8 199,5

Собрал схему на одну ось, запитал ее от трех батареек (около 4.5 V), закрепил фотодиод на торце трубки, на второй трубке из такого-же материала, но меньшего диаметра (входит с зазором меньше 1мм), закрепил светодиод и провел замеры.

Трубки внутри глянцевые, светло-бежевые, хотя по идее надо-бы их зачернить (не обязательно, у меня вообще поверхности чуть ли не зеркальные).

По моему мнению сильные отклонения от линейности при малых расстояниях обусловлены осевым несовпадением диодов, которое при увеличении расстояния нивелируется.

Исходя из этого минимальное расстояние в оптопаре следует брать от 2 до 3 см, ну а ход – чем больше, тем лучше (лучше точность), но не более 10см, что при пересчете плеч рычага дает нам полноразмерную самолетную ручку управления, что будет неплохо гармонировать с полноразмерными педалями.

Как устроен и работает джойстик

Относительно возвращения ручки в нейтральное положение. Мне лично удобно когда ручка перемещается абсолютно свободно, но можно поставить пружинки или натянуть резинки для создания противодействия.

Чтобы не работать параллельно с двумя цилиндрами просто подключите на ось Y потенциометр и играйтесь только с одной осью Х. Собственно все. Придумайте механику, например такую.

Как устроен и работает джойстик

Размещайте поршни по схеме «слева» и «на себя». И еще одно. Если что-либо не работает или работает, но не так, как нужно, отключите подумайте раз и все проверьте заново два раза. Кабель и папу купите, или сделайте иголочки и втыкайте по одной.. или переделайте старую «маму» порта.

Читайте также:  Как делают светодиоды

Да, и еще автор не несет ответственности за последствия воплощения данного материала в жизнь.

Гербов Алексей Борисович он же Ranger

Джойстик

Конструкция джойстика:1 Рукоять2 Основание3 Кнопка «Огонь» (гашетка)4 Дополнительные кнопки5 Переключатель автоматического огня6 Газ/тяга7 Миниджойстик (hat switch, «хатка»)8 Присоски (крепление)
Это статья о джойстике — конкретном типе игровых устройств. О других устройствах см. Игровой контроллер.

Эта статья или раздел нуждается в переработке.Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

Джо́йстик (англ. joystick, дословно «палочка радости») — устройство ввода информации в персональный компьютер, которое представляет собой качающуюся в двух плоскостях вертикальную ручку.

Джойстик позволяет управлять виртуальным объектом в двух- или трёхмерном пространстве.

Помимо координатных осей «X» и «Y», некоторые джойстики способны предоставлять координаты оси «Z», посредством вращения ручки джойстика вокруг её оси, либо с помощью дополнительного управляющего элемента на основании джойстика.

Программное обеспечение, получив информацию о координатах «X-Y-Z», позволяет пользователю управлять неким виртуальным объектом, отображаемым на мониторе. На ручке джойстика и на его основании обычно располагаются кнопки, переключатели, слайдеры, крестовина и другие управляющие элементы различного назначения.

Широкое применение джойстик получил в компьютерных играх, мобильных телефонах. В английском языке словом «joystick» называют любую качающуюся ручку управления, в русском языке значение более узкое: помимо компьютерного контроллера, «джойстиком» называют в разговорной речи миниатюрную электрическую ручку — в отличие от традиционной механической.

Типы джойстиков

По количеству степеней свободы и, соответственно, плоскостей, в которых возможно изменение положения контролируемого объекта, джойстики подразделяются на:

  • одномерные (управление перемещением объекта либо вверх-вниз, либо влево-вправо)
  • двухмерные (управление объектом в двух плоскостях)
  • трёхмерные (управление объектом во всех трёх плоскостях)

Игровой однокнопочный джойстик 1980-х
Мобильный телефон Siemens CX75. Круг под надписью «CX75» — джойстик

Устройство джойстиков

Оптический джойстик (Microsoft SideWinder Precision Pro) Изнутри:1. Оптический сенсор2. Два лазера на ручке (X, Y и вращение)3. Лазер колёсика (газ/тяга)
Педали для автогонок, входящие в комплект с джойстиком

По принципу анализа положения ручки джойстики можно разделить на следующие виды:

  • дискретные — сенсоры таких джойстиков могут принимать два значения: «0» или «1», включён/выключен. Перемещение ручки в крайние положения выдает один информационный код, соответствующего направления. Удержание ручки в крайнем положении повторяет код бесконечно. Джойстики такого типа практически не применяются в ПК, но широко встречаются в простых игровых приставках, игровых автоматах и мобильных телефонах.
  • аналоговые — сенсоры таких джойстиков выдают информационные коды со значением от нуля до максимума в зависимости от угла отклонения ручки: чем больше рукоять отклонена, тем больше цифровое значение кода. Диапазон цифрового значения кода ограничен ходом ручки джойстика и разрешением применённых сенсоров. После калибровки подобные джойстики можно применять для указания абсолютной позиции курсора.Существует несколько технологий аналоговых джойстиков.
    • Потенциометр и аналогово-цифровой преобразователь. Преимущества: нет особых требований к механике. Недостатки: требователен к качеству питания и АЦП, сам датчик недолговечен. Интересно, что в интерфейсе типа игровой порт использовался аналогово-цифровой преобразователь персонального компьютера, а не джойстика.
    • Энкодер — оптический датчик, часто применяемый в манипуляторах типа «мышь» (зубчатое колесо, при вращении, прерывающее луч от светодиода к фотодиоду). Преимущества: точность, надежность. Недостатки: малое количество шагов дискретности (примерно 500 шагов на оборот руля, или 150 на движение джойстика от края до края, или 100 на ход педали), для повышения дискретности необходимо применение высокоточного энкодера или редуктора (мультипликатора).
    • Тензометрические датчики. Применяются в ноутбуках, в некоторых самолётах. В игровых устройствах распространены слабо: тензодатчики практичны, только когда джойстик надёжно прикручен к столу. Известно применение тензодатчиков в комплекте HOTAS X-65 CCS от компании Saitek.
    • Оптическая матрица. Такие джойстики действуют аналогично оптической мыши и совмещают высокую точность с высокой надёжностью. Главный недостаток — невозможен большой ход.
    • Магнитные датчики — магниторезистивные и на эффекте Холла. Очень надёжны и долговечны, распространение получили после начала массового применения схем компенсации огрехов сборки и производства.

Долгое время джойстики не имели стандартизированного разъёма подключения, несколько поколений игровых приставок подключали джойстик через специализированный разъём, специфичный для каждой фирмы-производителя, что приводило к несовместимости как между приставками, так и с ПК. На ПК уже в 80-е годы выработался интерфейс «игровой порт», дававший предельно простую конструкцию джойстика. В настоящее время большинство джойстиков имеют стандартный интерфейс USB и совместимы с игровыми приставками и с персональным компьютером.

Читайте также:  Контроллер и усилитель для rgb-ленты: расчет, схемы подключения

Устройство качающегося узла

Аналоговые датчики бывают одноосными и двухосными. Если датчик одноосный, ручка крепится на карданном подвесе: например, каретка качается влево-вправо, а ручка на ней — вверх-вниз. Качание ручки относительно каретки и каретки относительно основания фиксируется датчиками.

Двухосные датчики (обычно магнитные и оптические) состоят из закреплённого на ручке магнита (лазера) и неподвижной следящей микросхемы. Помимо карданного подвеса, может применяться шаровой шарнир.

У дискретных джойстиков шарнирно закреплённая ручка в четырёх крайних положениях замыкает контакты. Шарнир может быть любым: карданным, шаровым и даже — в наиболее дешёвых моделях — комбинацией выступов и вырезов.

Дополнительные органы управления

  • Тумблер автоматического огня — позволяет фиксировать кнопку стрельбы (как правило, находящаяся под указательным пальцем) в нажатом состоянии. Применяется в основном в скролл-леталках.
  • Мини-джойстик (hat switch, в просторечии «хатка», «шляпа») — позволяет компактно разместить 4—8 редко используемых кнопок; также удобен для управления меню или переключения видов (вперёд, назад, вбок).
  • Ползунок, колесо или отдельный рычаг газа — управляет работой двигателей.
  • Педали или поворотная ручка — для управления рулём направления. Педали удобнее; ручка, поворачивающаяся вокруг своей оси — дешёвый заменитель педалей. В некоторых дорогих джойстиках (часть моделей Saitek) игрок, докупив педали, может зафиксировать поворотную ручку.
  • Дополнительные колёса/ползунки, встречающиеся в дорогих джойстиках и предназначенные для управления различными дополнительными параметрами авиасимуляторов (например, шаг винта)

Трёхмерные джойстики

Данные устройства позволяют осуществлять управление перемещением контролируемого объекта в трёх плоскостях. Наибольшее применение нашли в системах автоматизированного проектирования и трёхмерного моделирования, однако сейчас проникают и в игровую сферу.

Имеется много разнообразных прототипов, но коммерческие продукты выпускают лишь несколько фирм, в частности:
Force Dimension http://www.forcedimension.com/
Novint Technologies https://web.archive.org/web/20150418060755/http://home.novint.com/
к их числу можно отнести и манипуляторы фирмы 3Dconnexion http://www.3dconnexion.com/

HOTAS

Полноценный джойстик с РУС (справа) и РУД(в комплекте идут также педали, которые не показаны)

HOTAS (аббревиатура от англ. Hands on Throttle and Stick) — комплект игровых манипуляторов, состоящий из:

  • игрового манипулятора типа педаль (опционален)
  • джойстика в качестве ручки управления самолетом
  • специального манипулятора в качестве рычага управления двигателем самолета.

Предназначен для игр типа симулятор, в частности, в авиасимуляторах позволяет полностью имитировать средства управления настоящего летательного объекта. На рынке присутствуют комплекты HOTAS, полностью повторяющие рычаги реальных самолётов, например, Thrustmaster Cougar, Thrustmaster Warthog.

Этот раздел не завершён.Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Происхождение

Слово joystick применительно к качающейся ручке управления встречается уже у первых авиаторов: так, Роберт Лорен (1910) пишет:[1]

Чтобы он случайно не поднялся в воздух, центральный рычаг — по-другому «колпак» или «джойстик» — подвинут вперёд и привязан.

Откуда это слово произошло — остаётся загадкой[1]. Одна из версий: ручка получила имя George stick, по имени одного из изобретателей Артура Джорджа (англ.)[2], впоследствии пилоты переименовали её в joystick. По другой версии, ручку назвали Joyce stick, в честь американца Джеймса Генри Джойса[1].

По третьей — просто от радости полёта[3] (примерно в то же время появилось слово joyride). Различные субкультуры называли «джойстиком» «косяк» с марихуаной[4] и пенис[3][4]. Но первое упоминание «джойстика» в значении «пенис» датируется 1916 годом[3] — так что, вероятно, истоки у слова чисто авиационные.

В 2001 году близ Чарльстона (Южная Каролина) подняли подлодку конфедератов, в которой для управления рулями использовалась качающаяся ручка.[1] Это считается первым применением качающегося узла; достоверно неизвестно, как эта ручка называлась.

Первый электрический джойстик приписывается нацистам — в 1943 году на вооружение поставлена ракета Henschel Hs 293, управлявшаяся джойстиком («кнюппель», knüppel).

Массовое применение джойстиков началось в 1960-е годы — в радиоуправляемых авиамоделях и электрических инвалидных колясках.

См. также

  • Аналоговый стик
  • Игровой ПК
  • Игровая приставка
  • Игровой контроллер
  • Мышь (компьютерная)
  • Геймпад
  • Тачпад
  • Джойкон

Примечания

  1. 1 2 3 4 A Great Idea That’s All in the Wrist — New York Times
  2. ↑ Page 8 Архивировано 10 июля 2012 года.
  3. 1 2 3 World Wide Words: Joystick
  4. 1 2 Urban Dictionary: joystick

Ссылки

  • Медиафайлы на Викискладе
  • Советский джойстик КП4-2, 380 В, 5 А, фото

Тематические сайты

  • Джойстики и другие игровые манипуляторы
  • Обзоры игровых манипуляторов
  • Устройства управления
  • Самодельные устройства управления

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector