Joystick am PC zur Kontrolle eines Roboters

Was braucht man hierfür?

• RN-Control Board
• USB -> COM-port Adapter (wenn man keinen COM port mehr am PC hat)
• ISP Programmierkabel (wenn man nicht den Bootloader nutzt)
• PC
• USB-Joystick
• Netzgerät (+-12V)
• Evtl. 2 kleine Motörchem um das ganze zu testen

Einleitung

Ein Roboter (auf Basis eines RN-Control Boards) kann über einen am PC angeschlossenen Joystick sehr einfach kontrolliert werden. In diesem Beispiel benutzen wir SharpDevelop als Entwicklungsumgebung (SharpDevelop OpenSource Webseite) für eine Windows VB.Net Applikation (ein Computerprogramm). Die Positionsdaten des Joysticks werden schliesslich über die RS232 Schnittstelle an den µC übertragen. Auch wenn du totaler Programmierneuling sein solltest kann dir diese Anleitung helfen. Einfach den Code kopieren und wie beschrieben einfügen. Dann sollte dein RN-Control Board auf Joystick-Befehle hören. Es wird Directinput benutzt um den Joystick zu erkennen und abzufragen. Deswegen muss das .NET Framework installiert sein .NET Framework @ Microsoft. Die Kommunikation zwischen PC und µC findet - wie bereits erwähnt - über die RS232 Schnittstelle statt. Das Programm auf dem PC sendet alle 100 ms (oder schneller/ langsamer, je nach Wunsch) die aktuelle Joystick Position an den µC. Dieser liest die Werte für X und Y Achse ein und kann dann entsprechend darauf reagieren.

Beispielhafter Quellcode für BASCOM

In folgendem Beispiel wartet der µC ganz einfach darauf dass die Variablen X und Y nacheinander per RS232 an ihn gesendet werden. Sobald er Werte empfangen hat skaliert er die so wie er soll und gibt einen Ton entsprechend der Joystick Position aus. Sofort danach wartet er wieder darauf eine neue Joystick Position zu empfangen.

 $regfile = "m32def.dat"
 $framesize = 32
 $swstack = 32
 $hwstack = 64
 $crystal = 16000000
 $baud = 9600

 Dim X As Integer
 Dim Y As Integer
 Dim X1 As Word
 Dim X2 As Word
 Dim Y1 As Word
 Dim Y2 As Word

 Do
 'Darauf warten dass irgendwas gesendet wird
 Input "" , X
 Input "" , Y

 'Die Variablen umskalieren
 X1 = X + 20
 X2 = X1 * 40

 Y1 = Y + 20
 Y2 = Y1 * 40
'Einen Ton (Tonhöhe = Joystick Position) ausgeben
Sound Portd.7 , 10 , X2
Sound Portd.7 , 10 , Y2
Loop

Quellcode in VB.NET (SharpDevelop)

Da sich dieser Artikel wieder einmal an Anfänger richtet, gebe ich auch hier eine Schritt für Schritt Anleitung für SharpDevelop. Als erstes klickt man auf Datei -> Neu -> Projektmappe -> VBNet -> Windowsanwendungen -> Windows-Anwendung.

Nun muss man unserem Programm zwei Verweise zu DirectX und DirectInput hinzufügen. Dazu wählt man im Menü Projekt -> Referenz hinzufügen und fügt Microsoft.DirectX und Microsoft.DirectX.Directinput hinzu.

Unter dem Code-Fenster klickt man auf "Design". Links bei den Tools klickt man auf "Components" und zieht dann den Serialport in sein Programmfenster. Rechts öffnen sich dann die Eigenschaften des Serialport1, hier gibt man den COM-Port etc ein. Falls die ganzen Daten nicht zur Hand sind kann man einfach die Daten seines (funktionierenden) Terminalprogramms übernehmen. Ich musste nur den richtigen COM Port auswählen, der Rest stimmte. Jetzt klickt man nochmal auf "Quellcode" um den Code des Programms zu bearbeiten. Ganz oben, als erste Befehle schreiben wir

Imports System
Imports System.Windows.Forms
Imports Microsoft.DirectX.DirectInput
Imports Microsoft.DirectX

Damit erklären wir unserem Programm dass wir u.a. DirectX und Directinput benutzen wollen.

Unter die Zeile Me.InitializeComponent() schreibt man einfach serialport1.open. Dadurch wird eine Verbindung zum serialport hergestellt sobald man sein eigenes Programm öffnet.

Unter das End Sub vom Public Sub New() schreiben wir folgenden Code um den Joystick einzubinden:

Private applicationDevice As Device = Nothing
Public Shared state As New JoystickState()

Public Function InitDirectInput() As Boolean 'wir erstellen eine Funktion die die Verbindung zum Joystick herstellt


	dim instance As DeviceInstance
	For Each instance In Manager.GetDevices(DeviceClass.GameControl, EnumDevicesFlags.AttachedOnly)
		applicationDevice = New Device(instance.InstanceGuid)
		Exit For
	Next instance

	applicationDevice.SetDataFormat(DeviceDataFormat.Joystick)
	applicationDevice.SetCooperativeLevel(Me, CooperativeLevelFlags.Exclusive Or CooperativeLevelFlags.Foreground)
	Dim d As DeviceObjectInstance
	For Each d In applicationDevice.Objects
		If 0 <> (d.ObjectId And CInt(DeviceObjectTypeFlags.Axis)) Then
			' Set the range for the axis.
			applicationDevice.Properties.SetRange(ParameterHow.ById, d.ObjectId, New InputRange(-10, +10)) 'hier kann man die Auflösung des Joysticks beliebig einstellen
		End If
	Next d
	Return True
End Function 'InitDirectInput

Damit weiß unser Programm schonmal mit wem es zu tun hat. Jetzt schreiben wir noch ein Sub mit dem der Status des Joysticks abgefragt werden kann (einfach unter dem eben eingefügten Text einfügen):

Public Sub GetData()
	If Nothing Is applicationDevice Then
		Return
	End If
	Try
		applicationDevice.Poll()
		Catch inputex As InputException
	If TypeOf inputex Is NotAcquiredException Or TypeOf inputex Is InputLostException Then
		Try
			applicationDevice.Acquire()
			Catch
			Return
		End Try
	End If
	End Try
	Try
		state = applicationDevice.CurrentJoystickState
		Catch
		Return
	End Try
End Sub 'GetData	

Wir wollen unseren Joystick periodisch alle 100 ms abfragen, deswegen fügen wir unserem Programm jetzt einen Timer hinzu (Tools -> Windows Forms -> Timer). Bei den Eigenschaften des Timers stellt man "Enabled" auf True, und den Intervall auf 100ms. Außerdem wollen wir uns die Joystickposition noch schriftlich anzeigen lassen, also fügen wir ein Label ein (Tools -> Windows Forms -> Label).

Im Design-Modus fügen wir außerdem jetzt noch einen Button hinzu (Tools -> Windows Forms -> Button). Wenn man auf den Button doppelt klickt kann man einstellen was passieren soll. Wir legen die Aktion InitDirectInput auf den Button. Sobald er geklickt wird, sucht unser Programm nach einem Joystick und stellt eine Verbindung zu ihm her.

Wir gehen zurück in den Designmodus und klicken doppelt auf den Timer. Der Timer soll folgenden Code ausführen:

GetData() 'Joystick Position erfassen
label1.Text="Joystick: X = "+state.X.ToString()+" Y = "+state.Y.ToString() ' Anzeigen wo der Joystick grad ist
if serialport1.IsOpen then 'folgenden Code nur ausführen wenn auch eine Verbindung besteht
	SerialPort1.Write(state.X) 'per RS232 die aktuelle Joystick X Position senden
	serialPort1.Write(chr(13)) ' "Enter drücken"
	SerialPort1.Write(state.Y) 'per RS232 die aktuelle Joystick Y Position senden
	serialPort1.Write(chr(13)) ' "Enter drücken"
end if

Jetzt ist unser Programm erstmal fertig und kann per Joystick mit dem RN-Control Board kommunizieren.

Beispielprogramm

Ein Beispielprogramm kann hier herunter geladen werden: Joystick -> RS232 Test Programm
Ich übernehme keinerlei Haftung für Schäden oder Probleme die das Programm verursacht!
Viel Spaß!

Variante 2: Verbesserter Signal-Empfang

In dem oben erläuterten Programm kann evtl. ein Chaos passieren wenn der PC mal einen RS232 Befehl verschluckt. Dann wird nämlich das X und Y Signal des Joysticks dauerhaft vertauscht. Dieses "Verschlucken" kann passieren wenn man z.B. ein Funkmodul zur Übertragung der Daten benutzt. Deswegen hier eine andere Version des Signal-Empfangs. Die Daten für die Joystickposition werden markiert. Euer Windows Programm sollte folgendes senden:

• Für die Joystick X-Position -20 bis 20 sendet es den String "X-20" bis "X20"
• Für die Joystick Y-Position -20 bis 20 sendet es den String "Y-20" bis "Y20"

Das geht z.B. in SharpDevelop so:

serialport1.Write ("X" + (state.X).tostring + Chr(13))
serialport1.Write ("Y" + (state.Y).tostring + Chr(13))

Und so könnte dann der Code im Controller aussehen:

$regfile = "m32def.dat"
$framesize = 32
$swstack = 32
$hwstack = 32
$crystal = 16000000
$baud = 9600

'Config Serialin = Buffered , Size = 20     ' Je nachdem wie komplex der Rest eures Programms ist
'Enable Interrupts                          ' kann es nötig sein einen Buffer einzurichten.


Dim Inputstring As String * 5
Dim Data_available As Byte
Dim X_empfangen As Byte
Dim Y_empfangen As Byte
Dim Joystick_x_wert_string As String * 5
Dim Joystick_x_wert_integer As Integer
Dim Joystick_y_wert_string As String * 5
Dim Joystick_y_wert_integer As Integer

Do
  Data_available = Ischarwaiting()
  If Data_available > 0 Then                      'wenn Daten da sind, dann...
    Input "" , Inputstring
    X_empfangen = Instr(inputstring , "X")          'Gibt die Position des Substrings "X" aus oder null wenn nicht gefunden
    Y_empfangen = Instr(inputstring , "Y")          'Gibt die Position des Substrings "Y" aus oder null wenn nicht gefunden

    If X_empfangen = 1 Then
       Joystick_x_wert_string = Mid(inputstring , 2)       'die erste Stelle des Strings (das "X") abscheiden
       Joystick_x_wert_integer = Val(joystick_x_wert_string)       'string in integer konvertieren
    End If
    If Y_empfangen = 1 Then
       Joystick_y_wert_string = Mid(inputstring , 2)       'die erste Stelle des Strings (das "Y") abscheiden
       Joystick_y_wert_integer = Val(joystick_y_wert_string)       'string in integer konvertieren
    End If
  End If
  'Daten verarbeiten, z.B. so (Pseudocode):
  'Motor1 = Joystick_X_wert_integer
  'Motor2 = Joystick_Y_wert_integer
  'Rest des Codes hier hin
Loop
End

Mit den Variablen "Joystick_X_wert_integer" und "Joystick_Y_wert_integer" könnt ihr jetzt eure Motoren oder ähnliches ansteuern. Ihr könnt das Ganze auch erweitern und auch noch die Button Positionen senden etc...

Probleme mit Windows 7

Anscheinend hat Microsoft irgendwas mit dem DirectX geändert. Damit es trotzdem funktioniert müsst ihr so vorgehen: In Sharp Develop muss man im Menü auf Projekt -> Referenz hinzufügen klicken und dann in der GAC Liste Microsoft.DirectX und Microsoft.DirectX.DirectInput markieren (mit gedrückter STRG Taste) und dann auf "Wählen" klicken. Wenn man jetzt das Projekt neu kompiliert funktioniert es ohne Fehlermeldung. Das Beispielprogramm wurde noch ohne diese Änderung kompiliert, daher funktioniert es unter Win7 nicht.

Autoren

• Willa