FPV гонки на симуляторе (делаем USB джойстик из пульта радиоуправления)07.01.2016 01:37

Returns the number of microseconds since the Arduino board began running the current program. This number will overflow (go back to zero), after approximately 70 minutes. On 16 MHz Arduino boards (e.g. Duemilanove and Nano), this function has a resolution of four microseconds (i.e. the value returned is always a multiple of four). On 8 MHz Arduino boards (e.g. the LilyPad), this function has a resolution of eight microseconds.

То есть мало того, что функция не отличается особой точностью и всегда возвращает значения кратные 4 мкс, так она еще и переполнится через 70 минут, выдав нам какое-нибудь кривое значение замеренного интервала. Не годится. Лучше будет использовать таймер и его прерывания по захвату внешних сигналов.

Смотрим дальше: большая часть данных о положении джойстика искусственно ограничены одним байтом (0–255):

// Convert a value in the range 1000-2000 to 0-255
byte stickValue(int rcVal) {
  return map( constrain(rcVal - 1000, 0, 1000), 0, 1000, 0, 255);
}

Хм, хотелось бы поточнее. Но для этого придется перепилить HID дескриптор и поправить все сопутствующие типы данных.

Сказано — сделано!
Форкаем репозиторий, переписываем код на использование таймера для отсчета PPM интервалов:

void initTimer(void) { 
        // Input Capture setup
        // ICNC1: =0 Disable Input Capture Noise Canceler to prevent delay in reading
        // ICES1: =1 for trigger on rising edge
        // CS11: =1 set prescaler to 1/8 system clock (F_CPU)
        TCCR1A = 0;
        TCCR1B = (0< (NEWFRAME_PULSE_WIDTH * TIMER_COUNT_DIVIDER)) {
                chan = 0;  // new data frame detected, start again
        }
        else {
                if(diff > (MIN_PULSE_WIDTH * TIMER_COUNT_DIVIDER - THRESHOLD) 
                        && diff < (MAX_PULSE_WIDTH * TIMER_COUNT_DIVIDER + THRESHOLD) 
                        && chan < RC_CHANNELS_COUNT) 
                {
                        rcValue[chan] = adjust(diff, chan); //store detected value
                }
                chan++; //no value detected within expected range, move to next channel
        }
}

Увеличиваем интервалы отклонения стиков до 0–1000 в HID descriptor:

 // Joystick
        0x05, 0x01,                     // USAGE_PAGE (Generic Desktop)
        0x09, 0x04,                     // USAGE (Joystick)
        0xa1, 0x01,                     // COLLECTION (Application)
        0x85, JOYSTICK_REPORT_ID,       //   REPORT_ID (3)
        ...
        0xA1, 0x00,                 //   COLLECTION (Physical)
        0x09, 0x30,                 //     USAGE (x)
        0x09, 0x31,                 //     USAGE (y)
        0x09, 0x33,                 //     USAGE (rx)
        0x09, 0x34,                 //     USAGE (ry)
        0x15, 0x00,                 //     LOGICAL_MINIMUM (0)
        0x26, 0xE8, 0x03,           //     LOGICAL_MAXIMUM (1000)
        0x75, 0x10,                 //     REPORT_SIZE (16)
        0x95, 0x04,                 //     REPORT_COUNT (4)
        0x81, 0x02,                 //     INPUT (Data,Var,Abs)
        0xc0,                       //   END_COLLECTION

        0xc0                            // END_COLLECTION

Попутно меняем uint8_t на uint16_t везде где передаются значения отклонений стиков.
Убираем лишний код, добавляем десяток #define и получается неплохой скетч, заточенный на работу в качестве адаптера PPM-USB.

Результат работы доступен в гитхабе: github.com/voroshkov/Leonardo-USB-RC-Adapter

Настройки скетча:
Имеет смысл убрать дефайн для футабы, если у вас другая аппаратура:

#define FUTABA

и по-необходимости подстроить значения микросекунд в параметрах, если ваша аппаратура выдает другие тайминги:

#define STICK_HALFWAY 500
#define STICK_CENTER 1500
#define THRESHOLD 100

Компиляция:
Чтобы скомпилировать и залить скетч, нужно подменить библиотеки работы с USB в самой среде Arduino, предварительно сделав бэкапы.
Для этого идем в недра Arduino по пути …\Arduino\hardware\arduino\cores\arduino\, бэкапим usbapi.h и hid.cpp, после чего перезаписываем их одноименными файлами из папки ArduinoLibs репозитория. Далее открываем скетч, подключаем Arduino Leonardo и заливаем.Подключение:
Все до безобразия просто: с одной стороны вставляем USB, c другой — паяем два провода (на Digital Pin 4 и землю) и втыкаем соответственно в PPM и землю разъема передатчика. Получается как-то так:

В Windows 7 устройство распознается как составное (клавиатура, мышь, джойстик) с именем Arduino Leonardo.

Отдельного упоминания заслуживает разъем в аппаратуре. Где-то это обычный аудио-джек, а где-то (как в моей Futaba 7C) — нечто похитрее:

Для сборки различных «папа»-разъемов я уже давно успешно использую горячий клей. Для этого кладем на «маму» бумагу, или полиэтилен, протыкаем эту подложку пинами, чтобы они воткнулись в разъем с другой стороны, а затем постепенно заливаем между пинами клей, попутно придавая ему форму мокрыми пальцами. Провода, конечно, нужно припаять заранее, чтобы не расплавить застывший клей при пайке. Получается не всегда эстетично, но весьма функционально:

(Здесь в разъеме 4 штырька нужны для однозначного позиционирования, рабочих только два.)

Вот и все. Качаем симулятор, подключаем аппаратуру и тренируем навыки пилотирования, попивая горячий чай перед камином темными зимними вечерами.

P.S.
Что делать если нет Arduino Leonardo, но есть вот такая Minimum Development Board на STM32F103C8T6?

Не волнуйтесь, все путем. Для вас, а также для собственного развития, я портировал уже упомянутый проект Алексея Станкевича.
Исходники и скомпилированные бинарники для заливки в этот контроллер можно найти здесь: github.com/voroshkov/STM32-RC-USB-Adapter.

На все вопросы с удовольствием отвечу в комментах.

Приятных полетов!

© Geektimes