Arduino 入門 Lesson 14 【ジョイスティック編】（２）

「Arduino」を使ったマイコンプログラミングを子供と一緒に学習するブログ。

少しずつ、子供と一緒に楽しみながら気長にアップしてく予定です。

本日はLesson １４ ジョイスティック編２です。
※Lesson １３ ジョイスティック編の続編です。

Lesson １３でジョイスティックの基本を学習しました。

Lesson １４では、ジョイスティックから得られる値を利用することを学習します。

 

本Lesson解説で使用しているのはArduino互換品です。

互換品とは言え、Arduinoはオープンソースであり複製して販売するのもライセンス的に問題なし。

そのため互換品の品質も悪くなく、それでいて値段は安いです。

正規品本体の値段程度で豊富な部品が多数ついています。

 

はじめに

今回はジョイスティックから得られる値を利用します。

Lesson１３に続いての第２弾となります。

 

前回同様に、ジョイスティックは基板がついたものを使用します。

「２軸 ジョイスティック モジュール」として売られています。

 

Lesson 1４目標

Lesson １３では「２軸ジョイスティックの基本動作」を学習しました。

Lesson １４では、「ジョイスティックから得られる値を利用する」ことを理解します。

 

また、「得られる値を利用して、4色のLEDを制御する」ことを理解します。

Lesson １４で学習したことを応用すれば、何かをジョイスティックで動かすといったことができるようになります！

 

最後に、本Lessonも、遊ぶというところが一番大事なところです。

 

準備

ではLessonの準備に取り掛かりましょう。

今回も多少部品が多いですが、ぜひ挑戦してみてください！

今回も楽しめるはずです。

 

必要なもの

• USB接続用のPC（IDE統合環境がインストールされたPC）
  →管理人が勝手に比較したBTOメーカーを紹介しています。
• UNO R3(以下UNO)、おすすめUNO互換品（ELEGOO）
• PCとUNOを接続するUSBケーブル
• ブレッドボード安価（大）、ブレッドボード安価（中）
  ※おすすめブレッドボード（大）、おすすめブレッドボード（中）
• 2軸 ジョイスティックモジュール
• LED（4色）
• 抵抗 220Ω 1本
• F-M Jumper wire
• M-M Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）

 

ジョイスティックがすぐに欲しい場合はこちら。

 

Jumper wire、抵抗は今後も頻繁に利用します。

Jumper wireはできれば、「オス-メス オス-オス メス –メス」の３種類を揃えておくことをお勧めします。

短めが使いやすい場合も。

 

抵抗も単品で揃えるよりはセットをおすすめします。

 

抵抗、LEDなどを個別でセット品を購入しても、そんなに使わない！

という方は、「電子工作基本部品セット」が使い勝手が良い。

 

使用部品説明

２軸 ジョイスティック モジュールの詳細はLesson １３を確認してください。

Arduino 入門 Lesson 13 【ジョイスティック編】（１）

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２軸ジョイスティック　復習

復習を兼ねて、写真のみ載せておきます。
※詳細はLesson １３にて説明しています。

 

こちらも復習として端子表を記載しておきます。

上から、GND、５V、VRｘ、VRｙ、SWとなります。

項目	内容
GND	GNDに接続
5V	５Vに接続
VRx	X軸方向の読み取り※1※2
VRy	Y軸方向の読み取り※1※2
SW	センタークリック プッシュ時ＧＮＤに接続、非プッシュ時はオープン

※１　可変抵抗：１０ｋΩ×２（Ｘ－Ｙ軸は並列接続されています）
※２　出力（ＶＲｘ／ＶＲｙ）：センターポジションで電源電圧の２分の１の電圧

 

こちらも復習。

analogRead()によって２軸ジョイスティックから取得できる座標軸を示します。

 

手持ちがない方は以下からどうぞ。

Arduino用として販売されていますので問題なく使用できます。

 

アナログ入力に関しては下記で詳しく説明しています。

 

次に、LEDと抵抗についても復習しておきましょう。

LED、抵抗についてはLesson ０３で詳しく解説しています。

Arduino 入門 Lesson 03 【ダイオードの輝度変更編】

本Lessonでは、抵抗とLEDを使いLEDの輝度を変更する。作業を通してUNOの５V電源ポートの存在と、ブレッドボードの使い方を覚える。子供には、抵抗の大きさが変わることにより回路に流れる電流の大きさが変わるということを、LEDの輝度の変…

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LED　復習

本Lessonでは、４色のLEDをジョイススティックで制御する目的で使用します。

LEDは長い方が「＋」、短い方が「－」となります。

向きを間違えて接続すると点灯しません。

 

 

抵抗　復習

LEDに流す電流を制限するために抵抗を使います。

LEDが焼き切れないようにするためです。

抵抗にはLEDと違って向きはありません。

抵抗には色がついたストライプがついています。

そのストライプの色によって抵抗値を知ることができます。

 

実践 回路作成とコード作成

最初に回路図を確認してください。

次に、回路図に合わせて部品を接続します。

最後にコードを書いて、ジョイスティックを動かしていきましょう。

 

Arduinoのピン配置を確認したい方は番外編02を参照してください。

 

回路図

下に回路図を示します。

LEDの「－」端子と「GND」の間に２２０Ωの抵抗があることに注目してください。

この抵抗でLEDが焼き切れないように電流を制限しています。

電流値は最大でも「５V÷２２０Ω＝約２３mA」となります。

また、UNOの端子は最大電流の規格が決まっています。

「番外編０２」で確認してみてください。

 

こちらがブレッドボード図。

 

回路図は「fritzing」を利用しています。

「fritzing」の使い方は下記を参照してください。

 

接続

下図に示すように、用意した部品を使用して接続しましょう。

部品は「２軸ジョイスティック」、「LED」、「抵抗」です。
※右端にある抵抗を忘れないでください！！

 

■接続部分を拡大

 

 

使用するポートは、アナログ入力ピンの「A0」,「A１」。

デジタル入出力ピン「２」、「３」、「４」、「５」、「７」。

電源の「５V」、「GND」です。

穴に挿入しづらいときは、ラジオペンチなどを使用してください。

 

コードの書き込み

接続が終わったら、USBケーブルを使用してUNOにプログラムを書き込んで行きましょう。

本記事のコードを参考に書いてみてください。

実際書いてみた方が慣れるのに良いです。

コードを書き終えたら、いつでも利用できるように「ファイル」⇒「名前を付けて保存」で保存しておきましょう。

 

コマンド説明

何度も書くことで覚えることができます。

復習を兼ねて前回説明したコマンド＋新しいコマンドの説明をします。

コマンド	説明
const	変数を読み取り専用にします。 これを設定した変数は値を変更することはできません。 例：const int sw_pin = 7; sw_pin変数を7で固定。
int	-32768から32767の値の範囲を取る整数型を意味します。 例：int val; valを上記値の範囲での整数型と定義するということです。
float	浮動小数点を持つ数値のためのデータ型。 ※小数が扱えます。 整数よりも分解能が高いアナログ的な値が必要なときに使用。 使用可能な値の範囲：3.4028235E+38～-3.4028235E+38 ※32ビット(4バイト)のサイズ 例：float val; val変数を不動小数点のデータ型にする。
Serial.begin(speed)	シリアル通信のデータ転送レートをbpsで指定。 ※bpsはビット/秒 speed：転送レート（int）
pinMode(pin,mode)	指定したピンが入力なのか出力なのかを指定します。 mode：INPUT指定で入力、内部プルアップ無効 mode：INPUT_PULLUP指定で入力、内部プルアップ有効 mode：OUTPUT指定で出力
digitalWrite(pin,value)	HighまたはLowを指定したピンに出力します。 電源が５Vの場合 value：High指定で５V出力 value：Low指定で０V（GND）出力 ※指定したピンがINPUT指定されている場合 High指定で内部プルアップが有効 Low指定で内部プルアップが無効
digitalRead(pin)	指定したピンの値を読み取ります。 その結果はHIGHまたはLOWとなります。 例：val = deitalRead(pin) 変数valに入力ピンの状態が入ります。
analogRead(pin)	アナログ値を読み取るアナログ入力ピンを指定。 pin：０，１，２，３，４，５のいずれかを指定 ※A0,A1,A2,A3,A4,A5と指定してもOK 例：analogRead(3) アナログ入力ピンに３番を指定する。
if(判定式){ 動作A; }else{ 動作B; }	判定式 a==b：aとｂは等しい a!=b：aとbは等しくない a<ｂ：aはbより小さい a>b：aはbより大きい a<=b：aはb以下 a>=b：aはb以上動作A：判定式が真なら実行 動作B：判定式が偽なら実行
A && B	AとBが両方が真の場合にTrue（真）を戻り値として返す。 AとBのいずれかでも偽の場合はfalse（偽）を戻り値として返す。

 

サンプルコード

サンプルコードを下記に示します。

今までより、少し長いです。

なるべく、簡略化せずわかりやすく書いたつもりです。
※もっと短く書くことも可能です。

コードの説明を読んで理解してみましょう！

//Lesson 14 2軸ジョイスティック編(2)
//X軸,Y軸,電圧の読み取り＋LED点灯
//https://omoroya.com/

const int sw_pin = 7; //SWピンをデジタルIOの7へ接続
const int x_pin = A0; //X軸の出力をアナログA0へ接続。0でもOK
const int y_pin = A1; //Y軸の出力をアナログA1へ接続。1でもOK

const int led_R = 2;  //右側LEDをデジタルIOピン2に割りあてる変数
const int led_U = 3;  //上側LEDをデジタルIOピン3に割りあてる変数
const int led_L = 4;  //左側LEDをデジタルIOピン4に割りあてる変数
const int led_D = 5;  //下側LEDをデジタルIOピン５に割りあてる変数

int sw_state = 0;     //初期状態設定。
int x_pos = 511;      //初期状態設定。
int y_pos = 511;      //初期状態設定。

float x_convert = 0.0f; //計算値の変数設定、オーバーフローしないようにflaot設定
float y_convert = 0.0f; //計算値の変数設定、オーバーフローしないようにflaot設定

void setup() {
  pinMode(sw_pin, INPUT_PULLUP); //デジタルIOピン7をinput指定とプルアップ
  //上記の１行は下記２行でも置き換え可能です。
  //pinMode(sw_pin, INPUT);      //デジタルIOピン7をinput指定
  //digitalWrite(sw_pin, HIGH);  //デジタルIOピン7からHighを出力、プルアップが機能します。

  pinMode(led_R, OUTPUT); //デジタルIOピン2をOUTPUT設定
  pinMode(led_U, OUTPUT); //デジタルIOピン3をOUTPUT設定
  pinMode(led_L, OUTPUT); //デジタルIOピン4をOUTPUT設定
  pinMode(led_D, OUTPUT); //デジタルIOピン5をOUTPUT設定

  Serial.begin(9600);     //シリアル通信のデータ転送レートを9600bpsで指定。bpsはビット/秒。
}

void loop() {
  sw_state = digitalRead(sw_pin); //ジョイスティックのセンタークリックの状態の読み出し
  x_pos = analogRead(x_pin);      //X軸の読み出し
  y_pos = analogRead(y_pin);      //Y軸の読み出し
  x_convert = (float)x_pos / 1023.0f * 5.0f; //読み取った値を電圧に変換、floatで計算
  y_convert = (float)y_pos / 1023.0f * 5.0f; //読み取った値を電圧に変換、floatで計算

  //センタークリックを押さないでジョイスティックを倒すことに限定
  //ジョイスティックを右に倒すと点灯
  if ( sw_state == 1 && x_pos >= 766 ) {
    digitalWrite(led_R, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(led_R, LOW);
  }

  //ジョイスティックを上に倒すと点灯
  if ( sw_state == 1 && y_pos <= 255) {
    digitalWrite(led_U, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(led_U, LOW);
  }
  
  //ジョイスティックを左に倒すと点灯
  if ( sw_state == 1 && x_pos <= 255 ) {
    digitalWrite(led_L, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(led_L, LOW);
  }
  
  //ジョイスティックを下に倒すと点灯
  if ( sw_state == 1 && y_pos >= 766) {
    digitalWrite(led_D, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(led_D, LOW);
  }
  
  // 以下シリアルモニタ表示
  Serial.print("Switch:  ");
  Serial.print(sw_state);
  Serial.println();

  Serial.print("X / Voltage: ");
  Serial.print(x_pos);
  Serial.print(" / ");
  Serial.print(x_convert);
  Serial.println();

  Serial.print("Y / Voltage: ");
  Serial.print(y_pos);
  Serial.print(" / ");
  Serial.print(y_convert);
  Serial.println();

  delay(100); //0.1秒の遅延,ジョイスティックの反応時間調整
}

遅延は、ジョイスティックの反応を感じながら調整してみてください。

 

動作確認

では、さっそく動作を確認していきます。

2軸ジョイスティックを動かしてLEDの点灯を確認します。

結果はこちら。
※値の確認はIDEの「ツール」⇒「シリアルモニタ」を開いて確認してください。

ジョイ スティック (X軸,Y軸) Switch状態	測定値	LED点灯位置 スジョイスティック位置
センター (511,511) Switch = 1
← (0,511) Switch = 1
↑ (511,0) Switch = 1
→ (1023,511) Switch = 1
↓ (511,1023) Switch = 1
センター クリック 押す Switch = 0		LEDは消灯したままです。

 

ジョイスティックでLEDの点灯を制御できているのがわかりましたでしょうか？

ジョイスティックの動きで、LEDが点灯しています。

LEDの点灯によって、斜めを認識しているのがわかるはずです。

 

 

ジョイスティックで制御することができれば、色んなことができそうですね。

LED以外のものをつなげば・・・。

今度は「何をしようか？」、ますます楽しくなってきましたね。

 

まとめ

今回は以下の内容について理解してもらいました。

今回も項目３の遊ぶことが一番の目標でした。

最後に、本Lessonも、遊ぶというところが一番大事なところです。

 

Lesson １４ ジョイスティック編（２）はここまで。

本Lessonで学習したことを応用して色んなことを試してみてください。

「何かをジョイスティックで動かす」といったことができるようになります！

 

ぜひ、みなさんも子供と一緒にやられてみることをお勧めします。

色々とできるようになると、想像力が膨らんで楽しみが増えます！

 

次回Lesson １５は赤外線受信モジュールで遊んでみたいと考えています。

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疑問点、質問などありましたら気軽にコメントください。

 

 

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