Mesin Latihan USB Pengawal Permainan: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Untuk mendorong senaman dalam diri dan keluarga, saya membuat adaptor yang meniru adaptor pengawal permainan USB standard tetapi mengawal kelajuan pergerakan permainan dengan mengayuh mesin elips atau basikal latihan. Ia sangat bagus untuk permainan lumba. Ini tentu mendorong seseorang untuk mengayuh dengan pantas ketika bermain permainan lumba.

Perkakasan utama adalah papan pengembangan STM32F103C8 $ 2 "pil hitam" dengan teras stm32duino Arduino dan perpustakaan USB HID yang saya kembangkan berdasarkan garpu inti libarra111. STM32F1 cepat dan murah dan mempunyai sokongan USB berkelajuan penuh, jadi sangat sesuai untuk projek ini.

Untuk menggunakan, anda perlu memasukkan sensor putaran pada basikal elips atau senaman (jika sensor putaran anda berfungsi berbeza daripada yang ada pada mesin kami - kira-kira 3v, rendah aktif - anda mungkin perlu mengubah suai litar dan / atau kod).

Kelajuan putaran elips / basikal mengawal gelangsar pengawal. Selain itu, anda pasangkan pengawal Wii Nunchuck atau Gamecube standard ke dalam penyesuai untuk pergerakan joystick, butang dan lain-lain. Terdapat banyak mod kawalan yang berbeza. Sebagai contoh, anak-anak yang lebih kecil mungkin perlu meningkatkan kecepatan mereka, dan beberapa permainan mungkin menggunakan skema kawalan yang berbeda. Terdapat sejumlah skema kawalan bawaan dalam perisian, dan yang lain dapat dengan mudah ditambahkan dalam kod. Peranti boleh meniru pengawal permainan USB, papan kekunci, tetikus, pengawal XBox 360, atau beberapa kombinasi dari tiga yang pertama.

Arah gerakan saat ini tidak dikesan: untuk beralih antara gerakan maju dan mundur, penyesuai mempunyai suis togol. (Sebagai gantinya, seseorang dapat menggunakan sensor magnet kesan-seperti seperti alat ini, dan mengubah litar dan perisian.)

Penyesuai berfungsi sebagai pengawal USB standard, jadi anda dapat menggunakannya dengan Windows, Linux, OS X, Android, dll.

Sebagai bonus, penyesuai mempunyai semua fungsi projek ini, berfungsi sebagai penyesuai Gamecube fungsi penuh, yang membolehkan anda menggunakan pengawal Gamecube di komputer, termasuk mengendalikan permainan dengan tarian tarian Dance Dance Revolution yang serasi dengan Gamecube / Wii.

Kosnya di bawah sekitar $ 10, ditambah kes (saya mempunyai reka bentuk yang boleh dicetak 3D), wayar dan solder. Bahagian:

• Papan pengembangan stm32f103c8 "Black Pill" ($ 2 di Aliexpress)
• Soket Gamecube ($ 1,60 di Aliexpress, untuk kabel sambungan Gamecube yang dapat ditebang)
• Nunchuck socket breakout board ($ 0.51 di Aliexpress; cari Wiichuck)
• Suis togol dua kedudukan kecil (di bawah $ 1 di Aliexpress)
• Pilihan penyambung lelaki dan wanita dua konduktor anda (sekitar $ 1 di Aliexpress jika anda menggunakan penyambung tong kuasa 5.5mm); anda memerlukan satu penyambung wanita setiap mesin senaman
• 2 suis taktil (di bawah $ 0,50 di Aliexpress)
• 4 LED merah (di bawah $ 0,50 di Aliexpress; anda juga dapat menggunakan layar LCD Nokia kecil)
• kapasitor: 10uF elektrolitik, dan 100nF pilihan
• perintang: 1 x 100K, 2 x 10K, 1 x 1K, 4 x 220ohm
• papan proto kecil (di bawah $ 1 di Aliexpress).

Nunchuck bagus untuk penggunaan satu tangan dengan mesin elips. Dengan basikal senaman, anda boleh menggunakan penyesuai dua tangan seperti Gamecube. Sekiranya anda hanya mahu menggunakan salah satu daripada dua pilihan kawalan ini, anda boleh menggunakan lebih sedikit sambungan.

Anda juga memerlukan komputer, solder, dan multimeter. Anda juga memerlukan jambatan UART-ke-USB (saya menggunakan Arduino Mega yang saya ada untuk projek lain; atau anda boleh membeli modul CP2102 di Aliexpress dengan harga satu dolar) untuk memasang bootloader pada pil hitam anda untuk menggunakannya dengan Persekitaran Arduino, atau anda boleh menghabiskan beberapa dolar lagi dan mendapatkan papan pengembangan RobotDyn dengan pemuat boot Arduino yang dimuatkan terlebih dahulu.

Mari saya tambahkan bahawa saya memasukkan ini ke dalam pertandingan Wheels, kerana ini adalah cara untuk menghubungkan roda maya dalam permainan perlumbaan kereta di komputer dengan roda fizikal basikal latihan dan elips.

Langkah 1: Ketuk Ke Sensor Putaran

Kedua-dua mesin latihan yang saya hack itu mempunyai konsol yang menunjukkan kelajuan. Terdapat wayar yang berjalan di antara konsol dan badan mesin. Anda perlu menggunakan kabel ini untuk mengakses data. Sekiranya mesin anda seperti milik saya, konsol boleh dikeluarkan, dan anda di sana menjumpai sama ada kabel pita (elips) atau dua wayar (basikal). Saya memanfaatkannya dengan memutuskan wayar dan memasangkannya dengan jumper lelaki-ke-wanita individu yang boleh saya gunakan.

Gunakan percubaan dan ralat dan multimeter untuk mengenal pasti sepasang wayar di antara yang mempunyai nadi voltan semasa putaran penuh.

Pada dasarnya, gerudi adalah ini: sambungkan multimeter ke sepasang wayar (berhati-hati untuk tidak memotong apa-apa) dengan mesin berjalan, dan putar pedal dengan perlahan. Di kedua-dua mesin kami, ada sepasang wayar di antara yang biasanya voltan sekitar + 3V, tetapi semasa bahagian putaran pendek jatuh ke tanah: ini adalah skema rendah aktif. Anda mungkin mendapati mesin anda mempunyai skema tinggi aktif di mana sebahagian besar putarannya tanah, dan nadi positif, dan kemudian anda perlu mengedit lakaran Arduino.

Sekiranya anda fikir ada kemungkinan wayar ke dalam konsol yang anda hadapi adalah AC utama, saya cadangkan berhenti kecuali anda benar-benar tahu apa yang anda lakukan. Nasib baik, basikal senaman kami berkuasa bateri dan elips kami menyambung ke kutil dinding sehingga hanya terdapat sekitar 12V DC di sekitar konsol.

Bagi basikal latihan, ia sangat mudah. Terdapat hanya empat wayar. Dua untuk monitor denyut jantung dan dua lagi untuk sensor putaran.

Elips mempunyai lebih banyak wayar, jadi lebih banyak kerja. Kaedah brute-force adalah ini. Pasang multimeter pada sepasang wayar. Perlahan-lahan lakukan putaran penuh (atau sedikit tambahan untuk berjaga-jaga) pada pedal dan lihat apakah ada penurunan voltan atau lompatan. Sekiranya ya, anda sudah berjaya. Sekiranya tidak, ulangi untuk pasangan lain. Itu banyak percubaan dan ralat: untuk 13 wayar, 78 putaran.

Inilah trik yang mungkin dapat membantu anda mempercepat pencarian pasangan wayar yang betul. Anda mungkin berharap mesin anda, seperti mesin saya, mempunyai voltan pengesan yang biasanya tinggi dengan nadi rendah. Sekiranya demikian, maka jika anda meninggalkan pedal di lokasi rawak, anda berpeluang kedua-dua wayar pengesan mempunyai sekitar + 3V atau + 5V di antara mereka. Oleh itu, hanya lakukan ujian putaran pedal untuk pasangan wayar yang mempunyai + 3V atau + 5V di antara mereka.

Muslihat lain. Anda mungkin dapat mengenal pasti di mana pada putaran pedal pemicu sensor putaran. Contohnya, mesin anda mungkin memancarkan sesuatu di layar, atau mengemas kini paparan kelajuan, atau mengaktifkan dari mod tidur, atau bip. Sekiranya demikian, gerakkan pedal sekitar 1/3 putaran, dan kemudian cari pasangan wayar yang mempunyai 3-5V di antara mereka, dan uji dengan menggerakkan pedal ke posisi di mana sensor dipicu.

Sekiranya anda dapat mengenal pasti wayar pembumian, anda dapat mempercepat prosesnya, kerana anda hanya perlu pergi ke antara tanah dan setiap wayar yang tidak diketahui. Anehnya, di elips kita, bekalan elektrik tidak kelihatan sama dengan tanah pengesan putaran.

Sebaik sahaja anda mengenal pasti wayar, catatlah. Pastikan anda perhatikan:

• tahap voltan tinggi: jika lebih daripada 3.3V tetapi tidak lebih daripada 5V, anda mahu menukar litar untuk menggunakan pin A9 dan bukan A7 untuk pengesanan putaran kerana pin A9 bertoleransi 5V dan A7 tidak, dan edit satu baris dalam lakaran saya; jika melebihi 5V, anda perlu menambahkan pembahagi voltan
• sama ada nadi pengesanan putaran rendah atau tinggi: jika nadi tinggi, anda perlu mengedit garis dalam lakaran Arduino saya.

Sekiranya anda mempunyai osiloskop, dan mesin latihan menggunakan bateri, anda juga boleh menggunakan osiloskop dan bukannya multimeter. (Sekiranya mesin latihan dipasang ke AC dan juga osiloskop anda, anda perlu mengetahui tentang gelung tanah dan cara menghindarinya. Berhati-hati!)

Langkah 2: Siapkan Lembaga Pembangunan

Pasangkan enam pin pelompat tengah ke pil hitam anda.

Sekiranya anda mempunyai papan RobotDyn dengan bootloader Arduino, sambungkan B0- dan B1- ke pin tengah, dan anda sudah selesai dengan langkahnya.

Jika tidak, anda kini perlu memasang bootloader. Anda memerlukan jambatan UART ke USB yang tersendiri atau anda boleh menggunakan Arduino Uno atau Mega untuk tujuan ini. Walaupun pil hitam berjalan pada 3.3V, pin UART tahan 5V, jadi jangan risau sama ada penyambung anda berjalan pada 3.3V atau 5V.

Sekiranya anda mempunyai Uno atau Mega, pasang kabel pelompat antara RESET dan GROUND. Ini menjadikan Arduino menjadi jambatan UART ke USB khusus, kecuali bahawa pin TX / RX adalah kebalikan dari bagaimana mereka biasanya menggunakan penyambung.

Muat turun binari pemuat but. Anda mahu generic_boot20_pb12.bin. Di Windows, pasang Demonstrator Flash Loader ST. Pada Linux (dan mungkin OS X dan bahkan Windows jika anda lebih suka alat baris perintah), gunakan skrip python ini, tetapi arahan saya adalah untuk Windows.

Buat sambungan berikut:

• PA9 ke UART bridge RX ("TX" jika anda menggunakan helah Arduino)
• Jambatan PA10 ke UART TX ("RX" jika anda menggunakan helah Arduino)
• Tanah jambatan G ke UART

Saya suka menggunakan petua siasatan logik untuk membuat sambungan di sisi STM32, tetapi anda juga boleh menyolder pada beberapa wayar yang kemudian anda boleh memotong (atau menghilangkan solder jika anda mahu kemas).

Sambungkan jambatan UART anda ke komputer anda. Hidupkan Black Pill melalui port USB-nya (paling baik jika anda menyambungkannya ke pengecas dan bukannya komputer, kerana komputer mungkin akan mengadu tentang peranti USB yang tidak dikenali). Mulakan Demonstrator Pemuat Flash. Pilih port COM untuk jambatan UART anda. Pilih "Keluarkan perlindungan" jika ada. Pilih versi flash 64kb dan bukan 128kb. Dan muat naik binari pemuat but.

Tanggalkan semua dan kemudian pindahkan pelompat dari B0 + / pusat ke B0- / tengah. Anda kini mempunyai bootloader yang boleh anda gunakan dengan Arduino IDE.

Langkah 3: Sediakan Stm32duino di Arduino IDE

Saya menganggap anda memasang Arduino IDE terbaru.

Dalam Alat | Papan | Pengurus Papan, pasang sokongan untuk Arduino Zero (masukkan Zero dalam carian, klik pada entri yang dijumpai, dan kemudian Pasang). Ya, anda tidak bekerja dengan Zero, tetapi ini akan memasang penyusun gcc yang betul.

Seterusnya, muat turun teras stm32duino. Di Windows, saya cadangkan memuat turun fail zip, kerana ketika saya memeriksa fail (diakui, dengan svn), saya mempunyai beberapa masalah kebenaran dengan fail di direktori alat Windows yang perlu diperbaiki. Letakkan cawangan di Arduino / Hardware / Arduino_STM32 (jadi anda akan mempunyai folder seperti Arduino / Hardware / Arduino_STM32 / STM32F1, dll.) Pada Windows, pasang pemacu dengan menjalankan pemacu / win / install_drivers.bat.

Pasang pustaka USBHID saya: Pergi ke Sketsa | Sertakan Perpustakaan | Urus Perpustakaan, dan cari USBHID. Klik di atasnya dan klik Pasang.

Pasang pustaka GameControllersSTM32 saya: Pergi ke Sketsa | Sertakan Perpustakaan | Urus Perpustakaan, dan cari GameControllers. Klik di atasnya dan klik Pasang.

Langkah 4: Litar

Persediaan saya menggunakan empat LED untuk menunjukkan mod emulasi semasa dalam binari (ya, satu boleh menggunakan paparan LCD, tetapi saya mempunyai LED yang terbaring ketika saya membina ini), dua butang tekan untuk menukar mod ke atas dan ke bawah (dan lakukan yang lain trik), dan suis togol untuk menukar arah pergerakan.

Selain itu, terdapat input I2C dari Nunchuck dan penyambung ke pengawal Gamecube. Sekiranya anda hanya mahu menyokong salah satu daripada kedua-duanya, anda hanya boleh mengedit gamecube.h dalam lakaran dan menyimpan sendiri pematerian.

Saya menggunakan sebilangan kecil protoboard untuk memasang LED empat mod dan dua butang suis mod (atas dan bawah), serta perintang tarik satu untuk data Gamecube. Saya mengeluarkan 3.3V ke protoboard, tetapi saya tidak perlu mengeluarkannya, walaupun anda boleh jika anda suka. Saya menggunakan sebilangan kecil protoboard untuk memasang penyambung Nunchuck.

Potong kabel Gamecube. Anda mahu bekerjasama dengan bahagian soket, yang akan dipasang oleh pengawal anda. Kabel jalur untuk menyambung.

Sekarang buat sambungan ini mengikut rajah litar:

• Kapasitor 10uF antara 3.3v dan tanah (dengan sisi tolak mana-mana elektrolitik di tanah). Ini semestinya sedekat mungkin dengan cip, jadi saya menyoldernya tepat di papan pengembangan dan bukannya pada papan pelindung. Untuk ukuran yang baik, anda boleh menambahkan 100nF seperti yang saya lakukan, tetapi saya tidak pasti itu diperlukan.
• Soket Gamecube # 2 - A6 di papan stm32
• Perintang 1 Kohm antara soket Gamecube # 2 dan 3.3V pada papan stm32 (atau pada protoboard)
• Soket Gamecube # 3 dan # 4 - tanah di papan stm32
• Soket Gamecube # 6 - 3.3V pada papan stm32 (atau di protoboard)
• LED bersiri dengan perintang 220ohm (atau lebih besar) antara A0 pada papan stm32 dan 3.3V (hujung negatif (rata) hingga PA0; hujung positif hingga 3.3V)
• Ulangi dengan perintang LED + antara A1 dan 3.3V, A2 dan 3.3V, dan A3 dan 3.3V
• Tukar sesaat antara A5 pada papan stm32 (mod kenaikan) dan 3.3V dan yang lain antara A4 dan 3.3V (mod penurunan); suis ini menambah nombor mod
• Togol beralih antara A8 dan 3.3V
• tanah mesin senaman - tanah stm32
• isyarat positif mesin latihan - papan stm32 A7 (perhatikan bahawa A7 hanya baik untuk 3.3V; jika mesin senaman anda 5V, gunakan A9, dan edit gamecube.h)
• Nunchuck ground (berlabel - pada papan penyesuai saya) - tanah stm32
• Nunchuck + 3.3V (dilabel +) - stm32 3.3V
• Nunchuck SDA (berlabel D) - stm32 B7
• Nunchuck SCL (berlabel C) - stm32 B6
• Perintang 10Kohm antara Nunchuck SDA dan 3.3V pada papan stm32
• Perintang 10Kohm antara Nunchuck SCL dan 3.3V pada papan stm32.

Langkah 5: Pasang Lakaran

Muat turun lakaran Adaptor Gamecube USB saya dan muatkan ke dalam Arduino IDE. Terdapat beberapa pilihan untuk dikawal di gamecubecontroller.h:

• alih keluar // di hadapan #define ENABLE_EXERCISE_MACHINE (semua orang perlu melakukan ini)
• jika anda perlu memindahkan sambungan mesin latihan ke A9, ubah PA7 ke PA9 dalam putaran konstanta_tet_Detector = garis PA7
• jika nadi pengesanan putaran mesin latihan anda tinggi, ubah #define ROTATION_DETECTOR_CHANGE_TO_MONITOR FALLING menjadi #define ROTATION_DETECTOR_CHANGE_TO_MONITOR RISING
• jika anda tidak mahu menggunakan Nunchuck, letakkan // di hadapan #define ENABLE_NUNCHUCK
• jika anda tidak mahu menggunakan pengawal Gamecube, letakkan // di hadapan #define ENABLE_GAMECUBE.

Di Arduino IDE, pilih Alat | Papan | Siri STM32F103C generik.

Tekan butang muat naik anak panah kanan. Perhatikan bahawa anda mungkin perlu menekan butang reset (atau cabut / pasang) papan pada waktu yang tepat jika anda mendapat mesej bahawa papan tidak dikenali.

Langkah 6: Latihan Sambungan Mesin

Sambungkan ke soket untuk sambungan mesin senaman anda. Pada mesin elips kami, saya menyoldernya, semasa menggunakan basikal senaman, saya dapat menggunakan penyambung dupont lelaki dan wanita. Pada elips, saya membuat lubang di sisi konsol agar sesuai dengan sambungannya. Di mesin latihan, saya hanya mempunyai kabel yang terpasang di dalamnya, dan sedikit kotak cetak 3D (fail OpenSCAD) di bahagian luar.

Langkah 7: Kes Projek

Seseorang boleh memasukkan projek itu dalam kotak kadbod kecil, bekas tupperware, atau kandang cetak 3D khusus. Oleh kerana saya mempunyai pencetak 3D, saya memilih penutup khas. Fail OpenSCAD dan STL ada di sini.

Kaki dirancang untuk merekatkan (superglue berfungsi) ke bahagian bawah, dan agar kaki getah melekit menempel di dalamnya.

Saya juga memasangkan beberapa pengikat cangkuk dan gelung pada kes projek dan mesin senaman.

Langkah 8: Gunakan

Kedua-dua butang boleh beralih antara 16 mod emulasi yang berbeza (sebenarnya anda boleh mempunyai lebih banyak, tetapi hanya ada empat LED dalam projek untuk menunjukkan nombor mod). Mod emulasi ditentukan dalam gamecubecontroller.h dalam lakaran. Untuk kebanyakan permainan, anda boleh menggunakan mod 1, kayu bedik gelangsar bersatu pada kelajuan 100%. Joystick yang ditiru mempunyai slider (sebenarnya dua slider, tetapi kedua-duanya melakukan perkara yang sama) yang dikawal oleh putaran mesin latihan. Butang dan kayu bedik itu sendiri dikendalikan oleh pengawal Gamecube atau Nunchuck. Di Windows, beberapa permainan menyokong pengawal XBox 360 tetapi bukan Joystick USB. Bagi mereka, gunakan mod 13 (tekan butang bawah dari mod 1).

Mod 9 dan 10 membolehkan anda mengayuh lebih perlahan dan masih mengalami kemerosotan slaid penuh, yang bagus untuk kanak-kanak, atau untuk mesin senaman yang mempunyai daya tahan yang lebih tinggi. Anda juga boleh menyesuaikan kelajuan dalam latihan.

Terdapat banyak mod peniruan lain. Rujukan yang boleh dicetak dimasukkan dalam modelist.pdf dengan lakaran.

Semasa anda mengayuh mesin latihan, LED pada projek beralih dari memaparkan nombor mod semasa ke kelajuan. Apabila keempat-empat lampu menyala, kelajuan anda maksimum (slaid yang ditiru mempunyai lanjutan maksimum) - pada ketika itu, anda tidak mendapat kelebihan dalam permainan daripada berjalan lebih cepat. Selain itu, LED biru pada papan STM32F1 menyala apabila semuanya berfungsi, tetapi berkelip apabila sensor putaran mencetuskan.

Untuk membalikkan pergerakan, balikkan suis togol arah pada kotak penyesuai.

Pada Windows, jalankan joy.cpl untuk menentukur dan melihat bagaimana semuanya berfungsi. Kerana mengganggu untuk mengayuh dengan cepat untuk menentukur kayu bedik yang ditiru, ada cara untuk menipu untuk menentukur. Pada alat kawalan Gamecube, jika anda masih diam selama kira-kira 10 saat, anda boleh mula menggunakan butang bahu untuk mengawal slaid joystick yang ditiru. Dengan Nunchuck, semasa anda menahan butang modus-tolak, anda boleh menggunakan joystick ke atas / bawah untuk mengawal slider yang ditiru.

Sekiranya anda mahukan GUI untuk menukar mod emulasi, pada Windows sketsa termasuk mode.py, skrip python dengan GUI untuk menukar mod. Anda juga boleh memanggil mode.py dalam fail kumpulan yang melancarkan permainan.

Dua permainan yang saya dapati berfungsi sangat hebat dengan mesin latihan adalah Toybox Turbos dan SuperTuxCart (percuma).

Penyesuai juga merangkumi banyak ciri emulasi lain. Sebagai contoh, anda boleh menggunakannya sebagai penyesuai Nunchuck atau Gamecube Controller yang mudah, mencontohi kayu bedik, papan kekunci (mis., Anak panah / WASD) dan / atau tetikus. Terdapat banyak mod yang disenaraikan dalam gamecubecontroller.h. Anda juga boleh memasang pad yang sesuai dengan Dance Dance Revolution Gamecube / Wii, dan menggunakannya untuk bermain permainan yang tidak dirancang untuknya, seperti Tetris, untuk keseronokan dan senaman tambahan.