ماژول جوی استیک چیست؟

ماژول جوی استیک که معادل فارسی آن اهرمک یا دسته کنترل یک دستگاه ورودی است که به کاربران اجازه می دهد یک کاراکتر یا وسیله را در برنامه کامپیوتری مانند یک هواپیما در یک شبیه سازی پرواز کنترل کنند. جوی استیک ها شبیه به دستگاه کنترل بازی ها هستند، اما تقریبا همیشه شامل دکمه های اضافی برای قابلیت های مخصوص تعیین شده هستند.

جوی استیک تشکیل شده از دسته‌ای که در یک انتهای خود گِرد نقطه‌ای حرکت می‌کند و اطلاعات زاویهٔ خود را به‌صورت دوبعدی یا سه‌بعدی به رایانه می‌فرستد. جوی استیک ها معمولاً برای کنترل حرکت و فرمان در بازی‌های رایانه‌ای به‌کار می‌روند و بر روی بسیاری از آن‌ها دکمه‌هایی نیز برای فرمان‌های گوناگون جاسازی شده‌است.

در واقع ماژول جوی استیک یک قطعه الکترونیکی است که با بهره‌گیری از پتانسیومتر دو محوره، امکان حرکت و کنترل را در دو محور X و Y فراهم می‌کند. این دسته از ماژول‌ها از دو خروجی آنالوگ برای محورهای X و Y و یک خروجی برای سوئیچ بهره می‌برند. هنگامی که سوئیچ فشار داده شود، این خروجی سوئیچ فعال می‌گردد.

در بسیاری از پروژه های الکترونیکی و رباتیکی کنترل کردن اجزای پروژه مانند موتورها امری مهم و ضروری است، روش های بسیار متنوعی برای کنترل وجود دارد از جمله استفاده از کامپیوتر، گوشی های تلفن هوشمند، ماژول های کنترلی رادیویی، کلیدهای فشاری، جوی استیک و …. در این آموزش با ماژول جوی استیک آشنا می شوید.

یک دهه پیش وجه تمایز گیمر های کنسول و کامپیوتری کنترل های بازی(شامل کیبورد و موس و دسته بازی) بود.در حالی که pc gamer ها از کیبورد و console gamerها از جوی استیک(joystick) استفاده می کردند . با این حال، امروزه همه چیز تغییر پیدا کرده به طوری که حالا خیلی از بازی ها با تمرکز بر کنسول طراحی و سپس برای کامپیوتر منتشر می شوند.

 اگرچه همیشه اولویت انتخاب ما در کامپیوتر بازی با موس و کیبورد بوده (برخی بازی ها بهتر است با جوی استیک بازی شوند) و از طرفی بیشتر بازی های کنسول که به بازار معرفی شده، بایستی جوی استیک مناسبی در دست داشته باشید، با این حال چگونه کار با جوی استیک ها را در کامپوتر بهبود ببخشیم؟

انواع جوی استیک ها در اصل برای شبیه سازی حرکت و کنترل پرواز که در تعدادی از سیستم های صنعتی و بازی های ویدئویی طراحی و مورد قبول واقع شدند که از مزایای آن ها می توان به راحتی، رابط کاربری مناسب و سادگی آنان نام برد.

سال ها پیش رایانه ها از یک پورت آنالوگ جهت متصل شدن جوی استیک استفاده میکردند، اما با تکامل و پیشرفت دنیای کامپیوتر و محبوب شدن خروجی های USB، تولید کنندگان این وسیله نیز از USB به عنوان رابط استفاده کردند.

امروزه این دستگاه به راحتی و با قیمت ارزان در دسترس است.در برخی از مواقع زندگی، شما بایستی دستگاه یا شخصیتی را در برنامه ی کامپیوتر کنترل کنید، این دقیقا همان کار جوی استیک است، یک دستگاه ورودی که کامپیوتر را قادر می سازد تا یک دستگاه یا شخصیت همچون شبیه ساز پرواز را کنترل کند.درست حدس زدید، جوی استیک وسیله ای برای تبدیل حرکات فیزیکی دستانتان به سیگنال های الکتریکی است که حرکاتتان به واحد های محاسباتی ریاضی(زبان اسمبلی) تبدیل میکند.

اولین جوی استیک چه زمانی اختراع شد؟

اولین جوی استیک توسط C. B. Mirick در آزمایشگاه تحقیقات دریای ایلات متحده اختراع شد و در سال 1926 ثبت شد. اولین جوی استیک به صورت الکترونیکی و دومحور بود، شبیه به جوی استیک های در حال استفاده امروزی و هدف اصلی طراحی آن برای کنترل از راه دور هواپیما بود.

امروزه انواع دیگر جوی استیک ها در بازار میتواند با رایانه شخصی سازگار باشد و بسیاری از جوی استیک ها به کامپیوتر با پورت USB متصل میشوند . به دلیل ماهیت صوری و حساسیت بالای جوی استیک ها، گزینه ی مناسبی برای برنامه های با دقت بالا، مثل کنترل دوربین های مداربسته هستند.تولیدکنندگان جوی استیک ویژگی های بیشتری را برای دستگاه های تخصصی درنظر میگیرند.

جوی استیک دارای برخی دکمه ها و یک دسته است.این دسته به پایه متصل و قابلیت چرخش دارد. با چرخش دسته موقعیت آن نسبت به پایه تغییر میکند.اقدامات کنترلی مناسب با جهت و زاویه دسته انجام می شود.

بیشتر جوی استیک ها دو بعدی هستند، اگرچه تک بعدی و سه بعدی آنان نیز وجود دارد.جوی‌استیک‌های مخصوصی وجود دارد که جز فناوری‌های کمکی هستند و می‌توانند برای افراد ناتوان جسمی جایگزین ماوس رایانه شود. همچنین برای افراد ناتوان جسمی که در کنترل دست و بازوی خود مشکل دارند استفاده از گوشی‌های هوشمند و لمسی بسیار سخت است.

این افراد با کمک یک جوی استیک که با دهان و لب‌ها و بدون کمک دست کنترل می‌شود قادر خواهند بود از گوشی‌های هوشمند استفاده کنند. فرد ناتوان با مکش مختصر هوا به داخل عمل کلیک‌کردن و با بازدم عمل برگشت را انجام دهند. با توجه به نیاز کاربر می‌توان کارکردهای دیگر به دستگاه افزوده شود. برخی از روش‌های ساخت اینگونه دستگاه‌های کمکی به صورت متن‌باز در اختیار افراد قرار می‌گیرد تا با هزینه کم بتوان این وسیله را برای افراد ناتوان که در به‌کارگیری گوشی‌های لمسی ناتوان هستند ساخت.

جوی استیک احتمالا بیشترین وسیله است که گیمر ها با آن سرو کار دارند، به زبان ساده جوی استیک وسیله ای است که حرکات دست شما را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. راحتی استفاده از جوی استیک باعث شده هنگام کار با آن واقعا حس کنید درون بازی یا درون رباتی که کنترل می کنید هستید.

ساختار ماژول جوی استیک درست مانند جوی استیک های دسته PS2 می باشد، به صورت عادی قسمت سر ماژول در وسط قرار دارد و وقتی آنرا جا به جا می کنید و سپس رها می کنید مجددا با استفاده از فنر مرکزی (self-centering spring)، به حالت وسط باز می گردد، حرکت جوی استیک بسیار نرم بوده و یک کلید نیز روی ماژول تعبیه شده است.

اساس کار جوی استیک بر تغییر مقاومت دو پتانسیومتر معمولا 10 کیلویی استوار است، دو پتانسیومتر برای محور x و y قرار داده شده که با تغییر مقاومت این پتانسیومتر ها و تبدیل این مقاومت به ولتاژ الکتریکی و خواندن ولتاژ توسط آردوینو (یا هر پردازنده دیگری) می توان موقعیت x و y را تخمین زد. برای این کار، پردازنده باید واحد ADC داشته باشد تا مقدار آنالوگ خوانده شده توسط جوی استیک را به مقدار دیجیتال تبدیل کند و بر اساس این مقدار دیجیتال عملیات مورد نظر را انجام دهد.

برد آردوینو 6 کانال ADC ده بیتی دارد، یعنی 5 ولت مرجع را به 1024 بخش تقسیم می کند، وقتی جوی استیک را مثلا در محور x از ابتدا به انتهای مسیر خود می بریم مقدار ADC آن از 0 تا 1023 تغییر می کند و وقتی در موقعیت رها در مرکز قرار دارد مقدار آن 512 خواهد بود.

جوستیک چیست؟

جوستیک، اهرمکی است که به­منظور تبدیل حرکات فیزیکی دست به سیگنال­های الکتریکی، مورد استفاده قرار می­گیرد. اولین جوستیک ­ها دو محوره بودند و برای کنترل هواپیما از راه دور به­کار گرفته می­شدند. در حال حاضر جوی استیک­ها دارای انواع و مدل­های مختلفی هستند که معمولا با رایانه­های شخصی سازگار می­باشند و از طریق پورت USB به کامپیوتر متصل می­شوند. ماهیت صوری و حساسیت بالای این ابزار باعث شده است که از آن برای برنامه­های دیگری مثل کنترل دوربین­های مداربسته نیز استفاده شود. هر جوی استیک دارای تعدادی دکمه و یک دسته است که برروی آن تعبیه شده است؛ این دسته به یک پایه متصل است و قابلیت چرخش دارد. همچنین با چرخش دسته می­توان موقعیت آن را نسبت به پایه تغییر داد. بیشتر جوی استیک­ها دو بعدی هستند؛ البته مدل­های تک بعدی و سه بعدی آن­ها نیز در بازار موجود است.

مشخصات فیزیکی جوی استیک

عملکرد فوق ­العاده جوستیک­ها باعث شده است بسیاری از فعالیت­های روزمره افراد به­طرز چشمگیری آسان­تر شوند. از همین ­رو ویژگی­ها و مشخصات این وسیله را می­توان به ­عنوان مزیت­های آن نیز در نظر گرفت. برخی از این مشخصات عبارتند از:

• دارای وزن بسیار پایین و حجم کم
• سهولت در نصب و سیم­کشی
• مقاومت بالا در برابر عوامل خارجی
• قابلیت سفارشی سازی در تعداد پلاتین­ها
• طول عمر بسیار زیاد
• قابلیت حرکت کردن در جهت­های مختلف
• دارای مدل­های مختلف با عملکردی متفاوت

نحوه کار جوی استیک ها چگونه است؟

اساسا جوی استیک حرکات دست شما را به صورت دیجیتال تبدیل میکند و به کامپیوتر جهت تحلیل و انجام اقدام لازم ارسال میکند.جوی استیک احتمالا بیشترین وسیله ای ایست که گیمر ها با آن در بازی های ویدئویی مواجه می شوند و میتوانند در راه های مختلفی از محاسبات، کنترل ویلچرها و پهباد ها استفاده شوند.

جوی استیک ها به صورت فوق العاده جادویی عمل کرده چون حرکات دستانتان را به زبان ماشین ترجمه میکنند.باور داشته باشید که اگر جوی استیک شما درجه یک و بی عیب و نقص باشد، شما احساس میکنید که با دنیای مجازی به طور مستقیم در ارتباط هستید.

پایانه ها هنگامی که در حالت ساکن(حالتی که دسته اتصالی را با فشار یا حرکت به مکانی وارد نمیکند) قرار دارند نمیتوانند مدار الکتریکی را کامل کنند.هنگامی که ترمینال ها بر روی شکاف در مدار قرار می گیرند، دیسک فلزی را بر روی پایه قرار می دهد.کنسول به سرعت اقدام کنترلی مناسبی را از طریق سیم متصل به کنسول تشخیص میدهد.

جوی استیک همچنین دارای دکمه هایی شبیه آنچه در بالا ذکر شد دارد.دکمه ها میتوانند برای فعالیت ها واقدامات کنترلی به جز حرکت استفاده شوند.جوی استیک ها قدیمی(آنالوگی)بجای دکمه ها، از شفت استفاده میکنند.دو شفت در پایین میله قرار دارند که یکی برای محور Y و دیگری برای محور X استفاده میشوند.طبیعتا جوی استیک های آنالوگی از دیجیتالی ارزانتر و به عبارتی برای بازی هایی که دامنه حرکات وسیع تری دارند مناسبتر هستند.

نصب جوی استیک در رایانه شخصی

قبل ازنصب جوی استیک، به برنامه ای که با آن کار میکند را نصب کنید.معمولا همراه جوی استیک، CD وجود دارد تا بتوان درایور های ضروری آنرا نصب کرد.درصورتی که CD همراه جوی استیک وجود نداشت، میتوانید وبسایت کارخانه سازنده جوی استیک را برای دانلود درایور های آن بررسی کنید.

مراحل زیر را برای تنظیم جوی استیک و نصب نرم افزار بایستی دنبال کنید:

جوی استیک را با کابل USB متصل کنید.
  CD تهیه شده را وارد کنید.CD به صورت اتوماتیک شروع میشود، در غیر این صورت به my computer بروید و درایورCD را بیابید و محتویات داخل آن را نصب کنید.
پس از نصب آن بایستی ببینید که آیا به درستی نصب شده است یا خیر.برای اینکار نرم افزار جوی استیک خود را باز کرده و دکمه ها را نیز میتوانید سفارشی سازی کنید.

پورت های جوی استیک کامپیوتر

امروزه اکثر جوی استیک های کامپیوتری با استفاده از یک پورت (درگاه) یو اس بی (USB) به کامپیوتر وصل می شوند. در زیر فهرستی از انواع پورت هایی که جوی استیک از آنها پشتیبانی می کند را مطالعه می کنید:

- بلوتوث
- گیم پورت (درگاه بازی)
- پورت سریال (درگاه سریال)
- یو اس بی (USB)

چگونه داده های جوی استیک را بهینه کنیم؟

یکی از بزرگترین مشکلات ماژول های جوی استیک غیر خطی بودن آن است، یعنی مقدار ADC بصورت خطی با حرکت سر جوی اسیتک تغییر نمی کند، این موضوع می تواند در پروژه هایی که به دقت بالا نیاز دارد، مانند کنترل ربات های پرنده ، کمی آزار دهنده باشد.

می توان با روش های میانگین گیری، داده های جوی استیک را نرم تر کرد تا این میزان غیرخطی بودن زیاد آزاردهنده نباشد.کد زیر را روی آردوینو خود آپلود کنید و با مشاهده خروجی در Serial Monitor، داده ها را با حالت راه اندازی ساده مقایسه کنید.

متغیر MaxReading تعداد دفعات میانگین گیری را مشخص می کند، هر چه این مقدار بیشتر باشد داده ها بصورت نرم تر و خطی تر تغییر می کنند اما درعوض سرعت پاسخ دهی ماژول افت می کند، بنابراین با توجه به دقت مورد نیاز برای پروژه خود باید بین پارامتر سرعت و دقت مصالحه برقرار (trade off) کنید.

این محصول جزو ماژول‌هایی است که در محدوده وسیعی از پروژه‌ها می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. با خرید ماژول جوی استیک می‌توانید از آن در موارد زیر استفاده کنید:با توجه به سازگاری این ماژول با بردهای آردوینو، از این محصول می‌توانید در پروژه‌های مبتنی بر آردوینو استفاده کنید

با توجه به این که ماژول جوی استیک عمر طولانی دارد و عملکرد آن نیز پایدار و ثابت است، با خرید ماژول جوی استیک می‌توانید از این محصول در پروژه‌هایی که تعمیر و نگهداری آن‌ها دشوار است استفاده کنید
از این ماژول می‌توانید در کنار میکروکنترلرها نیز استفاده کنید. البته در این صورت، میکروکنترلر انتخاب شده باید مجهز به ADC باشد

قابلیت کنترلی این محصول، آن را به گزینه‌ای مناسب برای استفاده در انواع پروژه‌های رباتیک تبدیل کرده استبه طور معمول از ماژول جوی استیک در دسته‌های کنسول‌های بازی مختلف استفاده می‌شودبا استفاده از این ماژول، امکان کنترل انواع دوربین‌های مداربسته و چرخاندن آن به موقعیت مناسب فراهم می‌شودبا به کارگیری ماژول جوی استیک می‌توانید امکان کنترل از راه دور را در انواع پروژه‌های صنعتی فراهم کنید.