Простой руль для ПК своими руками
ОПИСАНИЕ
ПО вашим многочисленным просьбам делаю простой руль для компьютера, из сантеха и китайских компонентов. Руль без отдачи, просто баранка + педали + ручник. В проект можно без проблем добавить коробку передач и вообще любые другие кнопки или крутилки. Фишки:
- Энкодер в оси руля
- Педали-потенциометры
- Функция калибровки
- Сброс позиции руля кнопкой
ВИДЕО
КОМПОНЕНТЫ
Каталоги ссылок на Алиэкспресс на этом сайте:
Стараюсь оставлять ссылки только на проверенные крупные магазины, из которых заказываю сам. Также по первые ссылки ведут по возможности на минимальное количество магазинов, чтобы минимально платить за доставку. Если какие-то ссылки не работают, можно поискать аналогичную железку в каталоге Ардуино модулей . Также проект можно попробовать собрать из компонентов моего набора GyverKIT .
СХЕМЫ
ПРОШИВКА
ОШИБКИ И FAQ
Отладка
- Поставить DEBUG 1, прошить
- Открыть монитор порта
- Дёргать за дёргалки, тыкать тыкалки, смотреть на значения. Должны меняться
- Если всё ок, поставить DEBUG 0 и прошить
Калибровка
- Установить руль и педали в “минимальное” положение
- Зажать кнопку на D3
- Подключить питание
- Подождать пару секунд
- Отпустить кнопку на D3
- Вжать педали в пол, держать
- Повернуть руль вбок на свой угол, держать
- Кликнуть по кнопке
- Можно отпускать руль/педали
Сброс позиции руля
Во время работы клик по кнопке на D3 сбрасывает позицию руля в 0 (если вдруг он “уплыл”)
ПОДДЕРЖАТЬ
Вы можете поддержать меня за создание доступных проектов с открытым исходным кодом, полный список реквизитов есть вот здесь .
Источник
Игровой руль на Arduino с напечатанной механикой
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Данная история взяла свое начало с прочтения статьи ‘Классный игровой руль за копейки’ http://3dtoday.ru/blogs/mell2010/a-cool-gaming-steering-wheel-for-peanuts/ нашего коллеги MELL2000. Имея такой же, руль загорелся я идеей тоже его переделать. Списался с MELL2000 и оказалось что модели утрачены в виду гибели жесткого диска. Ну думаю, ладно, смоделирую сам, хотя стоп, а может сделать полностью с нуля?
По принятию решения сделать руль собственной конструкции встали два основных вопроса:
Методом научного гугления достаточно быстро нашел простую схему изготовления механической части, которая при наличии 3D-принтера упрощается до предела. А вот мозги для проекта с ходу найти не удалось. Изначально я понимал, что надо искать проект на Arduino, а точнее даже на Arduino Leonardo так как она определяется как HID устройство (вроде клавиатуры или мыши), пришлось прочитать несколько десятков страниц разных форумов пока я не нашел то что нужно. Проект MMJoy Виталия “mega_mozg” Найденцева. Это бесплатное ПО для не коммерческого использования. https://sites.google.com/site/mmjoyproject/ работает как раз на чипах компании ATMEL at90usb646, at90usb1286, atmega32u4 (в развязке 5 вольт питания и 16 МГц кварц) к которым как раз и относятся Arduino Leonardo и pro-micro. Поддерживается до 8 осей и до 128 кнопок. Не буду углубляться в возможности прошивки MMJoy, кому интересно тот сам все прочитает, скажу лишь что поддерживается куча всякой всячины. Единственный минус проекта – это скудная информация на его страничке. Вся информация раскрыта на страницах форумов и там мне пришлось провести не мало времени, прежде чем найти требуемые мне схемы подключения.
Прошу прощения за длинную преамбулу, далее постараюсь более кратко и по делу.
Что было приобретено:
— плата Arduino pro-micro 350 руб.
— Датчик Холла 5в 1150 руб. Вместо него можно использовать потенциометр на 10 кОм, но у него ограниченный срок службы и малая точность позиционирования. Или можно купить датчик Холла без корпуса и магнит, но я решил не заморачиваться и сделать максимально быстро пока есть запал.
— Б/У «спортивный» руль от Жигулей на Avito за 400 руб.
— Шпилька М12 х 1000, плюс куча болтиков, гаечек и шайб в общей сложности на 150-200 руб.
— 2 Подшипника с внутренним диаметром 12мм по 50 руб. за штуку
— 2 подшипника 626z 6 мм x 19 мм x 6 мм, были в загашнике, а так стоят рублей по 10.
— Б/У левый подрулевой переключатель от приоры на Avito за 200 руб.
Итого: имеющаяся на настоящий момент конфигурация обошлась мне в 2420 рублей, но повторюсь можно уложиться и в ощутимо меньшую сумму при использовании другого датчика.
— ступица крепления руля на шпильке. Дырка под гайку со стороны руля, смоделирована чуть меньшего размера и гайка вплавляется в нее намертво, чтобы было удобно накручивать руль вместе с прикрученной ступицей.
Крепление pro-micro и соединительная муфта напечатано из черного ABS от FD-plast, все остальные детали печатались белым PET-G от АБС Мейкер. Все детали распечатаны соплом 0,4 слоем от 0,1 (шестерни) до 0,3 (крепления подшипников) со 100% заполнением на скорости 65мм/сек, слайсер Simplify 3D.
К столу вся конструкция крепится обычными струбцинами через распечатанные подкладки.
Сборка механической части.
Во время изготовления фотографий я не делал, но тут в общем-то все открыто, все и так видно.
1. В качестве основы я взял обрезок 18мм мебельного щита размерами 11х22 см. Посередине него закрепил 2 крепления для подшипников.
2. Собрал и установил рулевую ось с ведущей шестерней на место.
3. Собрал приемную шестерню и датчик Холла на креплении, установил ограничители поворота. Ось крепления ведомой шестерни вращается на подшипниках и соединена с валом датчика муфтой.
4. Плотно прижал крепление приемной шестерни к шестерне рулевого вала, разметил отверстия, просверлил и закрепил.
5. Выставил ведомою шестерню в ноль (ограничитель поворота вверх) и прикрутил руль также выставив его ровно.
Сборка электронной части.
На данной схеме (взято с сайта MMJoy) показано какие ноги для каких целей могут использоваться.
Для подключения 8 кнопок мы использовали 9 контактов
Во втором варианте мы подключим те же 8 кнопок, но уже в 4 столбца и 2 строки.
Здесь для подключения 8 кнопок мы использовали не 9, а всего 6 контактов.
Если подключить 4 оси для подключения руля и трех педалей, то у нас останется 14 контактов для подключения кнопочной матрицы, а это ТА-ДАМ 7х7 целых 49 кнопок. Но пока в моем проекте только руль и подрулевой переключатель с четырьмя «кнопками», поэтому подключаю его в 4 столбца и 1 строку.
Не буду останавливаться на прошивке pro-micro поскольку подробная инструкция есть на сайте проекта, а вот на настройке подключенных кнопок и датчика остановлюсь подробнее.
Запускаем MMJoySetup. В списке контроллеров выбираем MMJoy и считываем настройки из контроллера. Выбираем настройку осей. В качестве источника выбираем внутренний датчик, порт МК в моем случае будет F4 (см. по схеме подключения и маркировке MMJoy), так как это руль выбираем в качестве назначения ось X. Точность в битах выбираем эмпирически исходя из чувствительности датчика, в моем случае более 12 бит выставлять оказалось бессмысленно. Автокалибровку поставил сохранять с центром. Остальное не трогал.
После этого переходим к настройке джойстика через Панель управления WINDOWS, калибруем как обычный джойстик и запускаем игру.
C этим рулем я уже намотал не один десяток тысяч виртуальных километров в Euro Truck Simulator 2, руль работает на отлично. Педали пока от старого руля, скоро их тоже переключу на MMjoy.
Если хватит душевного порыва хотелось бы все это дело окультурить и еще реализовать педальный блок на 3 педали и КПП 8+1 с переключателем демультипликатора и прочие плюшки, но а пока наслаждаюсь тем что уже есть.
Если кому-то будет интересно, модели выложу или скину на почту.
Всем спасибо за внимание, жмем палец вверх. На все вопросы с удовольствием отвечу в комментариях.
Подпишитесь на автора
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Источник
Руль, джойстик и геймпад с обратной связью (Force Feedback)
Поводом для этой статьи явился, принесенный мне на ремонт, руль GW21-FB китайского производства. Обычно в устройствах такого происхождения ужасная механика, дешевые электролитические конденсаторы, не качественная пайка и ремонт не вызывает проблем. Иногда выходит из строя контроллер (как правило бескорпусный, залитый компаундом), в этом случае приходится менять всю плату, т.е. создавать ее заново, т.к. купить ее негде. Если руль (джойстик, геймпад) без обратной связи, то схема получается небольшая и что-либо изобретать нет необходимости — примеров реализации таких устройств в сети предостаточно. Например: Mjoy16 , Analog Joystick
В данном случае обратная связь должна быть, и я, походив по Интернету, с удивлением обнаружил, что ни одной реализации с открытым кодом нет! Многие самодельщики (в основном англо- и немецкоязычные) брались за это, но безрезультатно. Ну, что же, попробуем восполнить этот пробел. И попытаемся сделать это дешево, иначе ремонт может стать просто нерентабельным.
Далее последуют нудные разъяснения, кому это скучно, могут сразу перейти в конец статьи и скачать архив с готовыми схемами, платой, исходниками и прошивками.
Итак, для начала, как же работает «обратная связь»или точнее FFB (Force feedback)? Есть два ее вида — Вибрационная и Активная. В первом случае в устройство просто встроен вибромотор, такой же как в сотовом телефоне, только немного помощнее. В определенные моменты игры, например при столкновении, наезде на препятствие, этот мотор включается и руль (джойстик, геймпад) начинает вибрировать.
На этом фото показан вибромотор в ручке джойстика. На ось мотора напрессован груз со смещенным центром тяжести. При вращении груза мотор вместе с ручкой начинает вибрировать. Достоверность тактильных ощущений при этом, естественно, не велика, поэтому чаще ставят два мотора. Они одинаковые, но грузы на них разные, поэтому у одного частота вибрации выше, но амплитуда ниже, у другого наоборот — частота ниже, а амплитуда выше. Кроме того, моторы расположены под углом друг к другу, поэтому и направление вибрации различно. Комбинируя одновременное и раздельное включение моторов можно несколько разнообразить тактильные ощущения.
Однако, частоту, амплитуду и, главное, направление вибраций, при таком подходе, варьировать крайне сложно, поэтому в устройствах более высокого класса применяется Активная система FFB. В рулях это мотор, соединенный с колесом руля зубчатой или ременной передачей:
В джойстиках применяют два мотора — по осям X и Y:
Я не для красоты привожу эти картинки. Возможно кто-то захочет доработать свой «безответный» аппарат системой FFB и они могут послужить наглядным пособием для этого. Как видите, ничего заумно-хитрого здесь нет.
Итак, с механикой все понятно, управление моторами не представляет особой сложности, но нужно знать как и когда их включать/выключать. Требуется получить по шине USB информацию от компьютера. Обычный руль, джойстик, геймпад это HID-устройство, даже не требующее драйвера, они есть в системе, но для FFB все сложнее. Нужно либо представиться системе устройством, способным самостоятельно формировать сигнал управления мотором, получая от компьютера все данные (длина волны, амплитуда, фаза и т.д.), либо использовать драйвер-преобразователь.
В первом случае потребуется постоянно принимать большие объемы информации и иметь контроллер с функциями DSP. Кроме того, нужно глубоко изучить систему формирования сигнала для написания управляющей прошивки при том, что для выставления правильных коэффициентов для DSP потребуется оригинал для сравнения.
Во втором случае можно использовать драйвер готового устройства. Он сам выполнит все нужные преобразования, а нам останется только принимать мгновенные значения силы и направления вращения и подавать их на мотор.
Собственно изначально задача была недорого и без головной боли отремонтировать (переделать) сабж, поэтому выбираем второй вариант. И без стеснений берем драйвер от фирмы Logitech. К концу повествования мы создадим несколько рулей, но начнем с самой сложной модели — G25:
Модель топовая, имеет три педали и 22 кнопки управления. Точнее говоря, из-за рычага переключения передач их кажется меньше, но информация о его положении передается как отдельные кнопки, а нам для выбора схемы важно знать их максимальное число, поэтому запомним — 22 кнопки + 3 педали.
Вот мы и подошли к схемной реализации. Сначала определимся с контроллером:
В современных рулях, джойстиках применяют высокоскоростной протокол USB 2.0, но мы попробуем обойтись низкоскоростным 1.1. Во первых принимаемый/передаваемый объем информации не столь уж велик, а во вторых микроконтроллеры с аппаратным USB довольно дороги, да и конвертеры USB/RS232 тоже. Попробуем применить «ширпотреб» — ATmega8 с программным вариантом реализации USB.
Прежде чем составить схему управления мотором FFB, требуется выяснить, в каком виде драйвер выдает эту информацию. Естественно, никакой документации на него нигде нет, обращение в службу поддержки завершилось отказом — протокол обмена секрет фирмы. Пришлось создать макет устройства, пытаться передавать драйверу данные и изучать его ответы. После нескольких дней мучений удалось выяснить, что комбинация
11 08 ХХ 80 00 00 00
означает включение мотора FFB, при этом ХХ определяет силу и направление вращения. ХХ принимает значение от 0 до 255, при этом 128 — «начало координат», все, что меньше — вращение влево, больше- вращение вправо. Т.е. данные можно сразу подавать на 8-битный ШИМ с мостовой схемой включения мотора. Комбинация
13 00 00 00 00 00 00
означает выключение мотора. Это тоже важно, т.к. при ШИМ=128 мотор, конечно, не крутится, но ток через него идет и, если уж компьютер разрешает, то лучше ток отключать.
Итак со схемой теперь все понятно:
Чтобы меньше сверлить отверстий в плате, применим SMD резисторы и конденсаторы:
Прошивку контроллера напишем в среде Bascom-AVR . Для программной реализации USB воспользуемся библиотекой SWUSB.LBX . Для удобства работы оформим дескрипторы и константы USB отдельными файлами, соответственно Descriptors.inc и USB_config.inc .
Сразу зададим начальное состояние портов ввода/вывода:
Назначим выводы D+ и D- для USB (D+ должна быть на INT0):
Зададим PID и VID, соответствующие Logitech G25:
В нашем распоряжении всего 8 байт для передачи хосту, а устройство имеет , как мы помним, 22 кнопки, руль и три педали. Плюс к этому нужно еще передать байт «Combined Pedals» — как выяснилось, при активации/деактивации этой опции драйвер не передает никаких управляющих сигналов устройству и даже не пытается скомбинировать этот режим из имеющейся информации о педалях. Оригинального дескриптора достать не удалось, да он нам и не помог бы, ведь настоящий G25 работает в USB 2.0 и не ограничен пространством — может передавать до 64 байт за раз. Поэтому пришлось ограничить разрядность данных для педалей до 7 бит, а для руля до 12 бит, и репорт-дескриптор в финале получился таким:
Т.е. получилась дискретность педалей 0,78% , а руля 0,024% . Не так уж и плохо.
Для составления репорт-дескриптора можно воспользоваться справочником HID Usage Tables или специальной программой HID Descriptor tool.
Дескриптор продукта и изготовителя не важны, можно поставить любые — драйвер все равно вместо них подставит в систему название «Logitech G25».
В основной программе принимаем данные от хоста и по первому байту сортируем: если $11 (dec 17), то включаем мотор и выставляем ШИМ, если $13 (dec 19) — выключаем мотор:
Частоту ШИМ задаем 375кГц (12МГц/32), т.о. частота на выходе будет около1,5кГц (375/256):
Выше частоту выставлять не рекомендую — транзисторы моста начнут греться, т.к. для их раскачки применен самый примитивный вариант (для удешевления конструкции). При этом в близи среднего положения руля мотор воспроизводит частоту 1,5кГц и для борьбы с этим эффектом последовательно с мотором включен дроссель, а параллельно конденсатор. Если имеются в наличии, то лучше для раскачки применить стандартные драйверы верхнего и нижнего плеч CMOS, тогда частоту ШИМ можно повысить до максимума (47кГц), не опасаясь перегрева и исключить дроссель.
АЦП в ATmega8 10-разрядный, поэтому для получения 12-разрядного значения сложим 4 последовательных значения с потенциометра колеса руля, заодно таким образом уменьшив флуктуации сигнала:
Состояние кнопок определим, выставляя поочередно на линиях Row0. Row3 низкий уровень. Резисторы, включенные в линии кнопок, защищают порты контроллера от короткого замыкания при одновременном нажатии двух и более кнопок. Программно для этого так же предусмотрены защитные временные интервалы.
Разъем GEAR дублирует кнопки S1 и S2 — его наличие необязательно.
На вторую ножку разъема кнопок выведен порт С3 — сюда можно будет подключить светодиод (пока не задействовано).
Данные переключателя видов «HAT» перед передачей хосту нужно перевести в градусы. Дискретность — 45°, при этом отжатое состояние соответствует 360°. Кроме того, эти данные нужно вписать в свободный верхний нибл старшего байта колеса руля, т.к. мы так задали в дескрипторе:
Потенциометры педалей опрашиваем аналогично колесу руля, так же 4 раза для снижения флуктуаций, затем делим на 32 (сдвигом на 5 разрядов вправо). В результате получаем данные в масштабе 7 бит. Далее создаем «Combined Pedals» — если не нажата педаль «тормоза», то она равна данным педали «газа». Если нажат «тормоз», то равна его инверсии — так требует драйвер.
Далее следует пересортировать биты данных в соответствии с заданной очередностью в репорт-дескрипторе. Обычно такого делать не требуется, но в данном случае мы вынужденно пошли на такие сложности из-за стесненных условий. Зато мы уместили в пакете большой объем информации. После пересортировки передаем данные хосту:
Программа закончена, можно ее скомпилировать и зашить в контроллер.
Скачиваем драйвер с сайта Logitech, устанавливаем его и подключаем наше устройство. Драйвер определит его как G25, заходим в свойства, здесь можно протестировать поворот руля, нажатие педалей — все сразу отразится на экране. Кроме того, нажимая на кнопки, можно протестировать FFB — «езда по деревянному мосту», «лопнувшая покрышка», «взрыв».
Второй руль, который мы будем создавать — Logitech Driving Force™ Pro:
Это престижная модель с двумя педалями и переключателем передач на встроенной консоли. Передачи переключаются только «вперед/назад». На консоли руля больше кнопок, чем на G25, но их суммарное число меньше — 18. Такая конфигурация очень распространена среди рулей с FFB, поэтому прошивка под нее будет наиболее востребована для ремонта или апгрейда.
Схема остается прежняя, вместо отсутствующей педали сцепления подключим потенциометр чувствительности. С его помощью можно будет, не заходя в настройки, прямо во время игры подстроить силу воздействия FFB:
У нас освободились 11 бит, поэтому мы можем установить на педали разрядность в 8 бит, а на колесо руля — 14. Это повысило точность и плавность управления. Изменения в дескрипторе и программе здесь приводить не буду — их можно посмотреть в прилагаемых исходниках.
Теперь попробуем сделать геймпад. За основу возьмем Logitech Rumblepad 2 :
Здесь FFB вибрационного типа, т.е. установлены два вибромотора, направление вращения которых не регулируется, только скорость. Поэтому вместо мостовой схемы применяются просто ключевые транзисторы и два выхода ШИМ. В ATmega8 два выхода имеет Таймер1, они уже выведены на разъем. Кроме того, для одномоторного случая можно задействовать освободившийся выход Таймера2 и подавать на него мажоритарный уровень левого и правого моторов FFB:
Теперь, не меняя схему и прошивку, можно подключить либо один, либо два мотора, в зависимости от конструкции устройства.
Съем данных с потенциометров и кнопок аналогичен предыдущим. Репорт-дескриптор имеет незначительные изменения.
Пакет для отправки хосту имеет следующий вид:
Последний байт всегда равен 64, таково требование драйвера — это своеобразный пароль.
Вот теперь, собственно, и все. По аналогии с вышеизложенным можно сделать джойстик, самолетный штурвал и проч. В приложении все схемы, пример платы в формате Cadsoft Eagle , исходники и откомпилированные коды. Библиотеку SWUSB.LBX перед компиляцией следует поместить в каталог Lib.
P.S. Использование драйвера не противозаконно, у меня были сомнения на этот счет, поэтому я испросил разрешение у фирмы Logitech и ответ был таков: мы не можем запретить Вам такое использование, однако, в этом случае мы не несем никакой ответственности за . и т.д.
Последнюю версию драйвера можно скачать здесь.
Источник
