بلاگ

روش های بسیار متنوعی برای کنترل کردن اجزای پروژه های الکترونیکی و رباتیکی مانند موتورها وجود دارد و کنترل آن امری واجب و ضروری به حساب می آید، از جمله این روش ها استفاده از کامپیوتر، گوشی های تلفن هوشمند، ماژول های کنترلی رادیویی، کلیدهای فشاری و جوی استیک است. بسیاری از افراد هر روز با انواع جوی استیک‌ها کار می‌کنند. ازجوی استیک  JoyStick  مکانیکی گرفته تا مدل مجازی که معمولاً در موبایل و دیگر دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند.

جوی استیک  (joystick)چیست؟

جوی استیک وسیله ورودی است که از یک پایه و یک اهرم اصلی تشکیل شده است. یک دستگاه ورودی که کامپیوتر را قادر می سازد تا یک دستگاه یا شخصیت همچون شبیه ساز پرواز را کنترل کند، جوی استیک وسیله ای برای تبدیل حرکات فیزیکی دستها به سیگنال های الکتریکی است و حرکات دستها را به واحدهای محاسباتی ریاضی (زبان اسمبلی) تبدیل می کند.

همچنین از اهرم های کنترل برای کنترل ماشین هایی همانند جرثقیل، کامیون، روبات های زیر آب و مورس چمن زنی با شعاع صفر استفاده می شود. اهرم انگشت کوچک به عنوان وسیله ی ورودی برای دستگاه های الکترونیکی کوچک مانند تلفن های همراه عبور کرده است. ماهیت تمامی جوی استیک‌ها یکسان است، همگی دارای چهار جهت اصلی هستند و در برخی موارد یک دکمه مرکزی هم دارند.

*اولین جوی استیک چه زمانی اختراع شد؟*

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

ساختار ماژول جوی استیک درست مانند جوی استیک های دسته PS2 است، به صورت عادی قسمت سر ماژول در وسط قرار دارد و وقتی که آن را جا به جا شده و سپس رها می شود، مجدداً 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 معمولاً 10 کیلویی استوار است، دو پتانسیومتر برای محور x و y قرار داده شده که با تغییر مقاومت این پتانسیومترها 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.

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.

تاریخچه تولید جوی استیک ها

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.

جوی استیک چه کارایی دارد؟

در حال حاضر، دنیای بازی های کامپیوتری دنیایی پر از تنوع است که همواره تمامی افراد را از سنین کوچک تا بزرگ مجذوب خود کرده است. باید به این موضوع هم دقت داشت که این دنیای پر از تنوع، همواره دارای لوازم جانبی مختلفی هم است که برای استفاده از آنها نیازمند بودجه و دانش کافی است. یکی از پرکاربردترین لوازم بازی جوی استیک است.

جوی استیک بیشترین وسیله ی است که گیمرها با آن سر و کار دارند، جوی استیک وسیله ای است که حرکات دست ما را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. راحتی استفاده از جوی استیک باعث شده هنگام کار با آن واقعاً حس کنیم درون بازی یا درون رباتی که کنترل می کنیم هستیم.

انواع جوی استیک

جوی استیک های اشنایدر الکتریک در دو نوع 2 جهته و 4 جهته در بازار عرضه می گردد.

جوی استیک XD2 :

XD2GA8221 جوی استیک دو جهته بازگشت فنری به وضعیت صفر
XD2GA8441 جوی استیک چهار جهته بازگشت فنری به وضعیت صفر

جوی استیک XD4 :

XD4PA12 جوی استیک دو جهته ماندگار
XD4PA22 جوی استیک دو جهته بازگشت فنری به وضعیت صفر
XD4PA14 جوی استیک چهار جهته ماندگار
XD4PA24 جوی استیک چهار جهته بازگشت فنری به وضعیت صفر

جوی استیک XD2 :

XD2GA8221 جوی استیک دو جهته بازگشت فنری به وضعیت صفر
XD2GA8441 جوی استیک چهار جهته بازگشت فنری به وضعیت صفر

.

مزایای جوی استیک مدل XD4PA24:

1- قابلیت کنترل در چهار جهت و ایجاد فرمان‌های متعدد
2- نصب و سیم‌بندی سریع‌ و آسان نسبت به شستی‌ها
3- اشغال فضای کمتر نسبت به شستی‌ها
4- ۱ تا 4 حالت عملکرد با بازگشت فنری به مرکز.
5- تعداد 4 عدد کنتاکت کمکی باز (NO)
6- دوام و طول عمر مکانیکی و الکتریکی بالا
7- مقاومت در برابر عوامل خارجی مانند ضربه و برخوردار از در جه حفاظت IP66

چگونه می توان داده های جوی استیک را بهینه کرد؟

یکی از بزرگترین مشکلات ماژول های جوی استیک غیر خطی بودن آن است، یعنی مقدار ADC  به صورت 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 آزاردهنده باشد. می توان با روش های میانگین گیری، داده های جوی استیک را نرم تر کرد تا این میزان غیرخطی بودن، زیاد آزاردهنده نباشد.

متغیر MaxReading  تعداد دفعات میانگین گیری را مشخص می کند، هر چه این مقدار بیشتر باشد داده ها به صورت نرم تر و خطی تر تغییر می کنند، اما در عوض 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 کنید.

راه اندازی جوی استیک با آردوینو

استفاده از ماژول جوی استیک و آردوینو کار ساده ای است، فقط کافیست مقدار ADC را از پایه های VRx و VRy بخوانید.

سیم بندی جوی استیک

ماژول را طبق سیم بندی به آردوینو متصل کنید

کد

برای برنامه نویسی ماژول جوی استیک نیازی به کتابخانه ندارید، کافیست کد زیر را روی آردوینو خود آپلود کنید و خروجی را در Serial monitor مشاهده کنید.

/*

  Joystick and Arduino

  modified on 21 Jul 2019

  by Saeed Hosseini @ Electropeak

  https://electropeak.com/learn

*/

const int SW = 2; // SW

const int X = 0; // VRx

const int Y = 1; // VRy

void setup() {

  pinMode(SW, INPUT_PULLUP);

  Serial.begin(9600);

}

void loop() {

  Serial.print("Switch:  ");

  Serial.print(digitalRead(SW));

  Serial.print("\t\t");

  Serial.print("VRx: ");

  Serial.print(analogRead(X));

  Serial.print("\t\t");

  Serial.print("VRy: ");

  Serial.println(analogRead(Y));

  Serial.println("____________________________________________________________");

  delay(500);

}

Arduino

Copy

فقط کافیست با دستور analogRead(Pin) مقدار آنالوگ را خوانده و از آن استفاده کنید.

.ویژگی های جوی استیک موبایل و تبلت Logitech :

– سرعت عکس العمل بالا در لمس چندگانه

– طراحی شده برای انگشت شصت دست

– تعداد دو عدد جوی استیک در هر بسته

– دارای گیره باد کش دار جهت استحکام

– قابل اسـتفاده برای اندروید و آیفون

– قابل استفاده در انواع بازی

– جنس پلاستیک ABS

نحوه ی کار جوی استیک ها چگونه است؟

اساساً جوی استیک حرکات دست را به صورت دیجیتال تبدیل می کند و به کامپیوتر جهت تحلیل و انجام اقدام لازم ارسال می کند. همانطور که ذکر شد جوی استیک احتمالاً بیشترین وسیله ای است که گیمرها با آن در بازی های ویدئویی مواجه می شوند. جوی استیک ها به صورت فوق العاده جادویی عمل کرده چون حرکات دست ها را به زبان ماشین ترجمه می کنند.

پایانه ها هنگامی که در حالت ساکن (حالتی که دسته اتصالی را با فشار یا حرکت به مکانی وارد نمی کند) قرار دارند نمی توانند 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 می دهد و نیز می توانند در راه های مختلفی از محاسبات، کنترل ویلچرها و پهبادها استفاده شوند..

جوی استیک دارای دکمه است. دکمه ها می توانند برای فعالیت ها و اقدام های کنترلی به جز حرکت استفاده شوند. در جوی استیک های قدیمی (آنالوگی) به جای دکمه ها، از شفت استفاده می شود. دو شفت در پایین میله قرار دارند که یکی برای محور Y و دیگری برای محور X استفاده می شوند. طبیعتاً جوی استیک های آنالوگی از دیجیتالی ارزانتر و به عبارتی برای بازی هایی که دامنه حرکات وسیع تری دارند مناسب تر است.

نصب و سیم بندی جوی استیک :

برای نصب جوی استیک تنها یک سوراخ کافی است، با توجه به نوع جوی استیک و تعداد پلاتین های آن، قطر سوراخ و عمق محل نصب مشخص می شود و نصب جوی استیک ساده و سریع صورت می گیرد و در مقایسه با شستی ها توانایی صدور فرمان بیشتری را دارد. پس ازانتخاب جوی استیک از نظر تعداد جهت ها، تعداد و نوع خروجی ها، شرایط محیطی و ... باید آن را نصب و سیم بندی کرد. نوع سیم بندی، با توجه به نوع و تعداد خروجی های این دستگاه مشخص می شود. مثلاً اگر جوی استیک از نوع آنالوگ باشد، باید خروجی آن به کنترلرها متصل شود.

جهت اتصال جوی استیک های آنالوگ با توجه به طول مسیر، نوع خروجی ولتاژی یا جریانی، نویزهای موجود و ... بعد از اتصال سیم ها، باید تنظیمات مورد نیاز روی کنترلر و جوی استیک انجام شده و سیستم کالیبره شود. سیم بندی در نوع دیجیتال، شبیه شستی ها یا عملکردهای لحظه ای دیگر است

برخی از مزایا و خصوصیات جوی استیک عبارت‌اند از:

- راحتی در کنترل جهت و حرکت‌های متعدد

-  نصب و سیم‌بندی سریع‌تر نسبت به شستی‌ها

-  اشغال فضای بسیار کمتر نسبت به شستی‌ها

-  یک تا هشت حالت کاری مختلف با برگشت فنری به حالت خنثی

-  خروجی الکتریکی در حالت‌های خنثی، فشردن اهرم به داخل و یا کشیدن آن رو به بیرون

-  قابلیت سفارشی سازی در نوع و تعداد پلاتین‌ها

-  خروجی‌های مختلف دیجیتال و آنالوگ با تعداد متفاوت در هر جهت

-  طول عمر مکانیکی و الکتریکی بسیار بالا

-  مدل‌های بسیار متنوع از نظر عملکرد حفاظتی، اینترلاک و ...

نکته ی مهم در انتخاب جوی استیک  :

جوی استیک یکی از ابزارهای بسیار مهم برای برخی از بازی های خاص محسوب می شود. این بازی ها با دقت خاصی در شبیه سازی یک محیط تلاش نموده اند. شما با قرار گرفتن در یک بازی همانند فردی خواهید بود که در حالت واقعی قرار دارد و در حال بازی کردن است. پس بازی هایی که شبیه سازی یک محیط دیگر هستند جوی استیک را برای خود برمی گزینند.

اما برای انتخاب جوی استیک به بازی خود توجه داشته باشید. برخی از بازی ها شبیه سازی است اما از کیفیت زیادی برخوردار نمی باشند، در نتیجه وقت گذاشتن برای این وسیله چندان ارزشمند نخواهد بود. در مقابل بازی هایی وجود دارند که واقعیت عجیبی را در خود نگه می دارند و بازی کننده با حضور در آن فضا، حضور در یک فضای بازی را با واقعیت تشخیص نخواهد داد، بنابراین جوی استیک در چنین مواردی کمک کننده می باشد

چگونگی اتصال جوی استیک به پی سی :

با مرور زمان خیلی از وسایل و نحوه ی استفاده از آنها تغییر کرده است و به نوعی  استفاده از آنها آسانتر شده است. یکی از مهم ترین وسایلی که در این راستا می توان به آنها اشاره کرد جوی استیک است. از نظر اتصال در گذشته کمی اختلال و مشکل وجود داشت، به عنوان مثال سیم ها حتماً از پشت به پی سی متصل بودند و کاربر فاصله ی بسیار نزدیکی با کامپیوتر خود داشت.

ولی  امروزه با حضور پورت های متفاوت از نوع یو اس بی این ارتباط آسان تر شده و حتی در همان قسمت بیرونی پی سی می توان اتصال را برقرار نمود و در فاصله ی دورتری از کامپیوتر قرار گرفت. علاوه بر آن جوی استیک در گذر زمان بسیاری از تغییرات را تجربه کرده و هم اکنون با دکمه های مختلفی طراحی شده است. برخی از آنها حتی در حد ۳ بعدی هم طراحی شده اند که بازی کردن با آن هیجان وصف ناپذیری دارد.

برای نصب کردن هر نوع سخت افزار و یا نرم افزاری بر روی سیستم خود یک سی دی وجود دارد که گام به گام مراحل را آموزش می دهد. در جوی استیک نیاز است تا برنامه ای را بر روی drive مربوطه نصب  کرد و پس از آن به بازی پرداخت.