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2.11 Joystick

Einführung

Ein Joystick ist ein Eingabegerät, das häufig in Spielen, Robotik und Navigationssystemen verwendet wird. Er verfügt typischerweise über zwei Achsen (X und Y) zur Richtungssteuerung sowie eine Taste (Btn oder SW) für zusätzliche Eingaben. In diesem Projekt lernen Sie, wie ein Joystick funktioniert, indem Sie ihn bewegen und die entsprechenden Werte der X-, Y- und Tastenzustände auf dem Bildschirm anzeigen lassen.

Benötigte Komponenten

Die folgenden Komponenten werden für dieses Projekt benötigt:

KOMPONENTE	KAUFLINK
Joystick-Modul	-
Jumper-Kabel	BUY
Fusion HAT+	-
Raspberry Pi	-

Schaltplan

Verdrahtungsdiagramm

Bauen Sie die Schaltung gemäß der folgenden Abbildung auf:

Stellen Sie sicher, dass:

Die Pins VRX und VRY des Joysticks mit ADC-Pins verbunden sind.
Der SW-Pin des Joysticks mit GPIO-Pin 17 verbunden ist.
Stromversorgung und Masse korrekt angeschlossen sind.

Beispiel ausführen

Der gesamte Beispielcode für dieses Tutorial befindet sich im Verzeichnis ai-lab-kit. Führen Sie die folgenden Schritte aus, um das Beispiel zu starten:

cd ~/ai-lab-kit/python/
sudo python3 2.11_Joystick.py

Dieses Python-Skript liest und zeigt Joystick-Daten in Echtzeit über das Fusion HAT+ an. Nach dem Start geschieht Folgendes:

Das Skript liest kontinuierlich die X- und Y-Werte vom Fusion HAT+.
Es überwacht die Taste, die mit GPIO-Pin 17 verbunden ist, um festzustellen, ob sie gedrückt wurde.
Die Werte für X, Y und den Tastenzustand werden im Format X: <value> Y: <value> Btn: <value> in der Konsole ausgegeben, wobei:
- X und Y die analogen ADC-Messwerte darstellen.
- Btn den Wert 1 hat, wenn die Taste nicht gedrückt ist, und 0, wenn sie gedrückt ist.
Das Skript aktualisiert die Werte alle 0,2 Sekunden und läuft kontinuierlich, bis es mit Ctrl+C beendet wird.

Code

Unten finden Sie den Python-Code, der in diesem Projekt verwendet wird:

#!/usr/bin/env python3
from fusion_hat.adc import ADC
from fusion_hat.pin import Pin, Mode, Pull
import time

# Initialize the Joystick
BtnPin = Pin(17, mode=Mode.IN, pull=Pull.UP)
xAxis = ADC('A1')
yAxis = ADC('A0')

def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
   return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

try:
   # Main loop to read and print ADC values and button state
   while True:
      # Read X and Y values from ADC channels
      x_val = MAP(xAxis.read(),0,4095,-100,100)
      y_val = MAP(yAxis.read(),0,4095,-100,100)

      # Read the state of the button (pressed or not)
      Btn_val = BtnPin.value()

      # Print the X, Y, and button values
      print('X: %d  Y: %d  Btn: %d' % (x_val, y_val, Btn_val))

      # Delay of 0.2 seconds before the next read
      time.sleep(0.2)

# Gracefully handle script termination (e.g., via KeyboardInterrupt)
except KeyboardInterrupt:
   pass

Den Code verstehen

Importe:
```
from fusion_hat.adc import ADC
from fusion_hat.pin import Pin, Mode, Pull
import time
```
Das Skript importiert die notwendigen Module: fusion_hat für GPIO-Funktionen sowie time zum Einfügen von Verzögerungen.
Initialisierung:
```
# Joystick initialisieren
BtnPin = Pin(17, mode=Mode.IN, pull=Pull.UP)
xAxis = ADC('A1')
yAxis = ADC('A0')
```
Das Skript initialisiert den Joystick, indem Instanzen der Klassen Pin und ADC erstellt werden. Die Taste wird als Eingang mit aktiviertem internem Pull-up-Widerstand konfiguriert, während die X- und Y-Achsen so eingerichtet werden, dass sie analoge Werte von den ADC-Kanälen A0 und A1 lesen.

Hauptschleife:

try:
   # Hauptschleife zum Lesen und Ausgeben der ADC-Werte und des Tastenzustands
   while True:
      # X- und Y-Werte von den ADC-Kanälen lesen
      x_val = MAP(xAxis.read(),0,4095,-100,100)
      y_val = MAP(yAxis.read(),0,4095,-100,100)

      # Zustand der Taste lesen (gedrückt oder nicht)
      Btn_val = BtnPin.value()

      # X-, Y- und Tastenzustand ausgeben
      print('X: %d  Y: %d  Btn: %d' % (x_val, y_val, Btn_val))

      # 0,2 Sekunden warten bis zur nächsten Messung
      time.sleep(0.2)

# Skript sauber beenden (z. B. bei KeyboardInterrupt)
except KeyboardInterrupt:
   pass

Liest die X- und Y-Werte von den ADC-Kanälen 0 und 1.
Liest den Zustand der Taste (gedrückt oder nicht) vom SW-Pin.
Gibt die X-, Y- und Tastenzustände alle 0,2 Sekunden auf dem Bildschirm aus.

Fehlerbehebung

ADC-Werte liegen nicht im erwarteten Bereich:
- Ursache: Falsche ADC-Kanal-Konfiguration oder Verdrahtungsfehler.
- Lösung: Überprüfen Sie die ADC-Kanal-Konfiguration und die Verkabelung. Stellen Sie sicher, dass der Joystick mit den richtigen ADC-Kanälen verbunden ist.
Tastenzustand ist immer 0:
- Ursache: Falsche Verdrahtung der Taste oder falsche Pull-up/Pull-down-Konfiguration.
- Lösung: Überprüfen Sie die Verkabelung der Taste. Kontrollieren Sie die Pull-up/Pull-down-Einstellung, damit die Taste korrekt mit dem SW-Pin verbunden ist.
ADC-Werte bleiben konstant:
- Ursache: Die ADC-Kanäle sind mit keiner Eingabe verbunden.
- Lösung: Verbinden Sie den Joystick mit den ADC-Kanälen 0 und 1, damit variable Eingangswerte gelesen werden können.

Erweiterungsideen

Joystick-Steuerung: Verwenden Sie die X- und Y-Werte, um einen virtuellen Joystick oder ein Spielelement zu steuern.

Datenprotokollierung: Speichern Sie die X-, Y- und Tastenzustände zur Analyse in einer Datei:

with open("sensor_log.txt", "a") as log_file:
      log_file.write(f"X: {x_val}, Y: {y_val}, Btn: {Btn_val}\n")

Fazit

Dieses Experiment zeigt, wie ein Joystick mit dem Fusion HAT+ zur Analog-Digital-Umwandlung verbunden wird. Wenn Sie verstehen, wie Joystick-Eingaben gelesen und interpretiert werden, können Sie interaktive Systeme für Spiele, Robotik oder andere Anwendungen entwickeln.