мастерская

Электроника для игровых манипуляторов, подключаемых к gameport компьютера.

Результаты лазаний по интернету и домашних изысканий вирпила "боРада".

Начнем с того, что вариантов изготовления электроники для джойстика и педалей не так уж и много. USB-port сразу откидываем, так как далеко не каждый сможет купить специализированные микросхемы и/или рассчитать/запрограммировать их. Значит gameport. Схема подключения джойстика к нему на рис.1

рис.1

Из простых схем для gameport выделим две наиболее распространеных:

1. на переменных сопротивлениях (рис.2)
2. на оптопаре (рис.3)

Я решил остановится на оптопаре, т.к. мне они достаточно хорошо известны. Я постараюсь достаточно подробно и доходчиво написать об изготовлении оптопарной конструкции, чтоб вирпил даже со слабой электронной подготовкой смог сделать себе игровой манипулятор.

Плюсы по сравнению с переменными резисторами: при правильной эксплуатации практически отсутствует фактор износа, больше вариантов установки(передачи и преобразование движения в электрический сигнал), меньшая дефецитность. Минус - нелинейность, особенно при простом способе включения (рис.3)

Минимуму сопротивлению соответствует максимум показаний. На примере рис.4 показан USB джой, но на gameport то же самое.

рис.4

рис.2

рис.3

Для более ясной картины и для тех, кто понимает вопрос не так как я :-)), я сделал соответствующие замеры по рисунку 3. Фотодиод нагрузил сопротивлением R=10 кОм и на нем мерял напряжение. Замеры производились при перемещении светодиода с шагом 0.5 см в диапазоне 0.5 - 6 см.

  • Rфд - расчитанное по замерам сопротивление фотодиода, кОм. При выключенном светодиоде Rфд > 1.5 мОм
  • Ряды 1 и 3 замерялись при помещении оптопары в коробочку из луженой жести.
  • Ряд 3 - параллельно фотодиоду включалось сопротивление на 100 кОм.

В результате я пришел к выводу, что наилучшим вариантом является ряд 2, ход оптопары от 0.5 до 3.5 см, закрытой темным матовым материалом. А вы как хотите :-)).

 

cm 1 2 3 (100k) Rфд(кОм)
0,5 4,5 4,7 4,8 1,111
1 2,78 3,2 2,98 7,986
1,5 2,02 2,45 2,23 14,75
2 1,64 1,98 1,925 20,49
2,5 1,42 1,55 1,692 25,21
3 1,24 1,2 1,51 30,32
3,5 1,08 1 1,392 36,3
4 0,97 0,88 1,3 41,55
4,5 0,85 0,8 1,217 48,82
5 0,77 0,74 1,15 54,94
5,5 0,7 0,7 1,083 61,43
6 0,63 0,68 1 69,37


.

 

По поводу фотодиодов - в мышках стоят, как правило, сдвоенные фотодиоды. Там так надо. Можно использовать как одиночное, так и параллельное включение. Эксперементируйте!

Способы изменения уровня принимаемого сигнала:

Расстоянием между
излучателем и приемником
Управляемой шторкой
Поворотом приемника или излучателя.

Однонаправленное

Переменного сечения
Этот способ я пока не исследовал,
Двухнаправленное, схема на рис.6.
Переменной прозрачности
но убедился что он работает.
Думаю, можно применить еще один способ - комбинированный (рис.10). Конденсатор С1 добавлен для сглаживания шума регулирования резистора R2.
рис.5

Результат попытки создать линейный оптопарный датчик для педалей можно увидеть на рис.6. Использовано двухнаправленное движение светодиодов. Прямой линейности добится не удалось, но от среднего положения изменения симметричны. Изменением R3=R4 (от 5 до 20 кОм) можно в небольших пределах регулировать линейность преобразования. Подбором R нужно добится одинаковой чувствительности оптопар, так как при калибровке стандартный драйвер делит пополам изменение тока на входе и поэтому центр, при несовпадении параметров оптопар, будет смещен. Проверка нескольких разных светодиодов и фотодиодов показала, что параметры однотипных фотодиодов приблизительно равны, тогда как однотипные светодиоды существенно различаются светоотдачей при одном токе.

рис.6

R5 можно регулировать для конкретного компьютера по показанию калибровочной панели джойстика. Если планируется педали подключать только дома, можно поставить постоянное сопротивление.

У знакомых электроников, как и у меня, возникло желание R3 и R4 заменить "триммером" R (рис.7), но я не пробовал, надо еще продумать конструкцию.

...рис. 7


При экспериментах было замеченено до боли знакомое многим дрожжание (даже иногда скакание) столбика (крестика) на панели настройки джойстика в компьютере. Причем столбик дергался сильнее в нижней части регулировки. Рефлекторная попытка сгладить это конденсатором на выходе управления, моментально приводила к слепоте компьютера :-)), т.е. он преставал видеть джойстик. Такой же результат вызывает замыкание переменного резистора накоротко (именно поэтому, кстати, я на рис.1 включил последовательно переменному резистору постоянный на 1кОм.).
Это заставило меня почесать лоб и взять осциллограф. На нем я увидел неожиданную для себя картинку. На входе осей gameporta постоянно присутствуют импульсы частотой следования примерно 15 Гц., при изменении сопротивления от 1кОм до 100кОм ширина импульса пропорционально увеличивается (от a до b). Отсюда напрашивается простое предположение - на входе присутствует конденсатор, шунтируемый на общий провод через ключ, что сразу объясняет мои неудачи с дополнительным кондером. Значит мы регулируем не напряжение на входе gameport, а время зарядки конденсатора (так называемую "постоянную RC цепи") путем изменения сопротивления R. Затем видимо компаратор и всякая фигня, которая нам, в данном случае, побоку!

рис.8

Ну и что теперь? Подключая постоянное сопротивление(около 100кОм) вместо переменного, я убедился что дрожжание практически не уменьшилось, значит качество переменника не всегда имеет такую большую зависимость, как об этом часто пишут. Повторюсь, что наиболе сильно этот эффект проявляется в положении переменного резистора на максимуме сопротивления. Где ж собака порылась? На рис.9 видно что кондер заряжается нелинейно, и в верхней части небольшое изменение напряжения вызывает достаточно большое изменение длительности импульса, т.е. измеряемой величины. Значит может оказывать влияние на "скакалки" как помехи по питанию, так и наводки на схему регулирования и соединительный шнур. Пришлось для фильтрации питания установить R7,C1,C2. Так же было замечено колебания базового тока на VT1, и конденсатор С3 появился в схеме. На всякий случай я установил блокировочные конденсаторы на 0.1 мкФ возле разьема gameport на питание +5 вольт. Возможно получилось "масло маслянное", но мне кажется "кашу маслом не испортить".

рис. 9

ЭТО ВАЖНО! При отладке схемы выключите в комнате все лампы накаливания! Достоверные результаты можно получить только в отсутствии постороннего освещения. Желательно работать вечером при люминисцентных лампах!

Конец первой серии... продолжение

© боРада

обновление 27/10/03

 

Hosted by uCoz