インスピレーションの源

ゲームの展示会で、 Objects in Spaceの開発者は、巨大な宇宙船のコックピットにコントローラーを置いてゲームのデモを見せました。 照明ボタン、アナログデバイス、ステータスライトインジケーター、スイッチなどが追加されました。これは、ゲームへの没入に大きな影響を与えます。









ゲームのウェブサイトには、 Arduinoのチュートリアルとそのようなコントローラーの通信プロトコルの説明があります 。



ゲームにも同じものを作成したい



この例では、約40ドルを費やして、レーシングシミュレーターのコックピットに美しく、大きくて重いスイッチを追加します。 主なコストはこれらのスイッチに関連しています-単純なスイッチ/ボタンを使用した場合、価格は半分になります！ これは240ワットの電力に耐えることができる実際の機器であり、私はそれのうち約0.03ワットしか出力しません。



警告：お金を節約することにしたので、さまざまなコンポーネント/ツールを購入する安価な中国のWebサイトへのリンクを残します。 安価なコンポーネントを購入することの欠点の1つは、ドキュメントがないことが多いことです。この記事では、この問題を解決します。

主なコンポーネント

• Arduino Mega2560- $ 9
  
  
• イグニッションスイッチレーシングパネル -$ 26
  
  
• 接続ワイヤの束（ 「オスからオスへ」 、 「オスからメスへ」など）-$ 2

注目のツール

• はんだごて（ 良いものを選ぶ価値がありますが、仕事に対処するのも安いです ）
• はんだ付け（ ロジン60/40を使用 -環境に有害ですが、作業は簡単です）
  
  
• 熱収縮チューブ （ および工業用ヘアドライヤー、ヘアドライヤー、ライター ）または電気テープ
  
  
• 接着剤銃 （ およびロッド ）、または何らかのエポキシ
  
  
• マルチメータ
  
  
• あなたがお金を節約する必要がある場合は、 ワイヤーを剥ぐためのニッパー/ペンチ 、またははさみ。

ソフトウェア

• ArduinoプロセッサをプログラミングするためのArduino IDE
• 実際のハードウェアUSBコントローラー/ジョイスティックとして表示されるコントローラーを作成するには：
  
  
  • Arduino USBコントローラーで新しいファームウェアをフラッシュするためのFLIP
  • githubのArduino-usbライブラリ
• ゲームが直接通信する（ または仮想USBコントローラー/ジョイスティックとして表示される）コントローラーを作成するには
  • GitHubのois_protocolライブラリ
    
    
  • コントローラーを仮想USBコントローラー/ジョイスティックとして使用する場合は、 VJoyドライバー 。

警告

私は高校で電子工学を学び、はんだごての使い方を学び、赤線を赤に接続し、黒から黒に接続する必要があることを学びました...ボルト、アンペア、抵抗、およびそれらを接続する方程式-それはすべて、電子工学の私の正式な訓練が尽きました。



私にとってはトレーニングプロジェクトだったので、悪いアドバイスや間違いがあるかもしれません！

パート1.コントローラーを組み立てる！

ドキュメンテーションなしでスイッチを使用しています...

上で述べたように、私は低マージンの小売業者から安い部品を購入するので、最初にすることはこれらのスイッチ/ボタンがどのように機能するかを把握することです。

シンプルなプッシュボタン/スイッチ

ボタンはシンプルです-LEDはなく、2つの接点しかありません。 マルチメーターを連続モード/ダイヤルモードに切り替えます（ ）および異なる接点のプローブに触れます-OL（開ループ、開回路）が画面に表示されます：これは、2つのプローブ間に接続がないことを意味します。 次に、ボタンを押しながら、接触プローブに触れます-0.1Ωのようなものが画面に表示され、マルチメーターがビープ音を発します（ プローブ間に非常に低い抵抗があることを示します-閉回路 ）。



これで、ボタンを押すと回路が閉じ、押すと開くことがわかりました。 図では、これは単純なスイッチとして説明できます。

スイッチをArduinoに接続します

Arduinoボード上の2つのピンを見つけます。GNDラベルと「2」のラベル（またはその他の任意の番号—これらはソフトウェアで制御できる汎用I / Oピンです）。



この方法でスイッチを接続し、Arduinoにピン2をINPUTピンとして設定するように命令すると、左側に示す回路が得られます（下図）。 ボタンが押されると、ピン2はグランド/ 0Vに直接接続され、押されると、ピン2は何にも接続されません。 この状態（ 何にも接続されていない ）は「フローティング」（高インピーダンス状態）と呼ばれ、残念ながら、これは私たちの目的にはあまり適した状態ではありません。 ソフトウェアで連絡先からデータを読み取るとき（ digitalRead（2）を使用 ）、連絡先が接地されている場合はLOWになり、連絡先がフローティングの場合は予測できない結果（LOWまたはHIGH）になります！



これを修正するには、接点をINPUT_PULLUPモードに設定します。このモードでは、プロセッサ内の抵抗器に接続し、右側に示す回路を作成します。 この回路では、スイッチが開いているため、ピン2のパスは+ 5Vであるため、読み取られた場合、結果は常にHIGHになります。 スイッチが閉じても、接点には+ 5Vまでの抵抗の高い経路と、接地/ 0Vへの抵抗のない経路があり、これが「勝つ」ため、接点を読み取るとLOWになります。









ソフトウェア開発者にとっては、順序が逆になっているように見える場合があります。ボタンをクリックするとfalse / LOWと表示され、押された場合はtrue / HIGHと表示されます。



反対のこともできますが、プロセッサにはプルアップ抵抗が組み込まれているだけで、プルダウン抵抗はないため、このモデルに固執します。



スイッチのステータスを読み取り、そのステータスをPCに伝えるArduinoの最も単純なプログラムは、次のようなものになります。 Arduino IDEのダウンロードボタンをクリックし、（[ツール]メニューの）シリアルモニターを開いて結果を確認できます。

void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(2, INPUT_PULLUP); } void loop() { int state = digitalRead(pin); Serial.println( state == HIGH ? "Released" : "Pressed" ); delay(100);//artifically reduce the loop rate so the output is at a human readable rate... }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ドキュメントがほとんどない他のスイッチ...

3ピンLEDスイッチ

幸いなことに、私のパネルのメインスイッチには、3つの接点のマークがあります。









どのように動作するのか完全にはわからないので、マルチメーターを連続モードに切り替え、スイッチがオンとオフのときにすべての接点に触れます...ただし、今回は、[GND]および[+]プローブに「スイッチオン！ マルチメーターがビープ音を鳴らす（ 接続を検出する ）唯一の構成は、スイッチが「オン」で、プローブがオン[+]および[ランプ]の場合です。



スイッチ内のLEDは導通測定をブロックするため、上記のテストから、LEDは[+]および[ランプ]接点ではなく[GND]ピンに直接接続されていると想定できます。 次に、マルチメータをダイオードテストモードに切り替えます（シンボル ）接点のペアを再度確認しますが、今回は極性が重要です（ 赤と黒のプローブ ）。 赤いプローブを[ランプ]に接続し、黒いプローブを[GND]に接続すると、LEDが点灯し、マルチメーターに2.25Vが表示されます。 これは、ダイオードの直流電圧、またはダイオードをオンにするのに必要な最小電圧です。 スイッチの位置に関係なく、[ランプ]から[GND]への2.25VでLEDが点灯します。 赤いプローブを[+]に、黒のプローブを[GND]に接続すると、LEDはスイッチがオンのときのみ点灯します。



これらの測定値から、このスイッチの内部は下の図のように見えると想定できます。

1. [+]と[ランプ]は、スイッチがオン/クローズのときに短絡します。
   
   
2. [ランプ]から[GND]への正電圧は常にLEDを点灯します。
   
   
3. [+]から[GND]への正の電圧は、スイッチがオン/クローズのときにのみLEDを点灯します。

正直なところ、抵抗の存在についてのみ推測できます。 LED は 、供給される電流を制限するために適切な抵抗器に接続する必要があります。制限しない場合、LEDは燃焼します。 私のものは燃え尽きませんでした、そして、それは正しく働いているようです。 売り手のウェブサイトフォーラムで、最大12 Vをサポートするインストール済みの抵抗器に関する記事を見つけました。これにより、適切な抵抗器のチェック/計算にかかる時間を節約できました。

スイッチをArduinoに接続します

Arduinoでスイッチを使用する最も簡単な方法は、[ランプ]ピンを無視することです。Arduinoで[GND]をGNDに接続し、[+]を番号付きArduino接点の1つ、たとえば3に接続します。



ピン3をINPUT_PULLUPとして設定すると （ 前のボタンと同じ ）、次の結果が得られます。 左上は、Arduinoコードで「digitalRead（3）」を実行して受け取る値を示しています。



スイッチがオン/クローズになると、LOWが読み取られ、LEDが点灯します！ この構成でこのようなスイッチを使用するには、ボタンの例と同じArduinoコードを使用できます。

この解決策の問題

Arduinoに接続すると、完全な回路は次のようになります。









ただし、ここでは、LEDの前にある小さな電流制限抵抗（抵抗が100Ωであると仮定）に加えて、スイッチが閉じられたときに、LEDを流れる電流の量をさらに減らすプルアップ抵抗も20 kOhmあることがわかります。 これは、回路は機能しますが、LEDはそれほど明るくないことを意味します。



このスキームのもう1つの欠点は、LEDをソフトウェアで制御できないことです。スイッチがオンになるとオンになり、反対の場合は無効になります。



[lamp]ピンを0Vまたは+ 5Vに接続するとどうなるかわかります。



[ランプ]が0Vに接続されている場合、LEDは常に消灯し（ スイッチの位置に関係なく ）、Arduinoの位置認識は引き続き実行されます。 これにより、プログラムでLEDを無効にすることができます！









[ランプ]が+ 5Vに接続されている場合、LEDは常に点灯しています（ スイッチの位置に関係なく ）が、Arduinoの位置の認識は壊れています-HIGHは常に接点から読み取られます。

このスイッチをArduinoに正しく接続します

より多くのコードを記述することで、上記の制限（ LEDの低電流/輝度とLEDのプログラム制御の欠如）を克服できます！ LEDを制御する機能と、それにより破損した位置認識との間の競合を解決するために、2つのタスクを時間的に分離することができます。つまり、センサーコンタクトを読み取るときにLEDを一時的にオフにします（3）。



まず、[ランプ]ピンを別の汎用Arduinoピン（4など）に接続して、ランプを制御できるようにします。



スイッチの位置を正しく読み取り、LEDを制御する（点滅させる）プログラムを作成するには、スイッチの状態を読み取る前にLEDをオフにするだけです。 LEDはわずか数ミリ秒でオフになるため、ちらつきは目立たないはずです。

 int pinSwitch = 3; int pinLed = 4; void setup() { //connect to the PC Serial.begin(9600); //connect our switch's [+] connector to a digital sensor, and to +5V through a large resistor pinMode(pinSwitch, INPUT_PULLUP); //connect our switch's [lamp] connector to 0V or +5V directly pinMode(pinLed, OUTPUT); } void loop() { int lampOn = (millis()>>8)&1;//make a variable that alternates between 0 and 1 over time digitalWrite(pinLed, LOW);//connect our [lamp] to +0V so the read is clean int state = digitalRead(pinSwitch); if( lampOn ) digitalWrite(pinLed, HIGH);//connect our [lamp] to +5V Serial.println(state);//report the switch state to the PC }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

Arduino Megaでは、ピン2-13および44-46はanalogWrite関数を使用できます。この関数は実際には0Vから+ 5Vの電圧を生成せず、方形波を使用して近似します。 必要に応じて、LEDの輝度を制御するために使用できます！ このコードは、ちらつきだけでなく、光を脈動させます。

 void loop() { int lampState = (millis()>>1)&0xFF;//make a variable that alternates between 0 and 255 over time digitalWrite(pinLed, LOW);//connect our [lamp] to +0V so the read is clean int state = digitalRead(pinSwitch); if( lampState > 0 ) analogWrite(pinLed, lampState); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

組み立てのヒント

投稿は既にかなり大きいので、はんだ付けのチュートリアルは追加しません。グーグルで検索できます！



ただし、最も基本的なヒントを示します。

• 大きな金属接点でワイヤを接続する場合、まずはんだごてが熱いことを確認し、金属接点をしばらく加熱します。 はんだ付けの意味は、合金を作成して恒久的な接続を形成することですが、接続の一部のみが熱くなっている場合、接続のように見えるが実際には接続されていない「コールド接続」を簡単に取得できます。
  
  
• 2本のワイヤを接続する場合、 最初に1本の熱収縮チューブを装着します。チューブを接続した後、装着することはできません。 当たり前のように思えますが、私は常にそれを忘れており、チューブの代わりに電気テープを使用する必要があります...熱収縮チューブを接続から引き離し、事前に熱くならないようにします。 はんだ接続を確認した後、チューブをその上にスライドさせて加熱します。
  
  
• 冒頭で述べた細い小さな接続線は、はんだ付けされていない接続（Arduinoに接続する場合など）に適していますが、壊れやすいです。 はんだ付け後、接着剤銃を使用してそれらを固定し、接続自体からすべての応力を取り除きます。 たとえば、下の写真の赤い線は、動作中に誤って引っ張られる可能性があるため、はんだ付けした後、熱い接着剤の滴で固定しました：
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

パート2.デバイスをゲームコントローラーに変えます！

OSがデバイスをUSBゲーミングコントローラーとして認識するためには、かなり単純なコードが必要ですが、残念ながら、Arduino USBチップファームウェアを別のものに置き換える必要もあります。これは、 https ： //github.com/harlequin-tech/arduino-usb 。



しかし、このファームウェアをArduinoにアップロードすると、デバイスはUSBジョイスティックになり、Arduinoでなくなります。 したがって、再プログラミングするには、元のArduinoファームウェアを再フラッシュする必要があります。 これらの反復は非常に苦痛です-Arduinoコードをロードし、ジョイスティックファームウェアをフラッシュし、テストし、arduinoファームウェアをフラッシュし、繰り返します...



このファームウェアで使用できるArduinoのプログラムの例を以下に示します-入力として3つのボタンを構成し、それらの値を読み取り、値をこのファームウェアが予期するデータ構造にコピーしてから、データを送信します。 洗い流して、石鹸で、繰り返します。

 // define DEBUG if you want to inspect the output in the Serial Monitor // don't define DEBUG if you're ready to use the custom firmware #define DEBUG //Say we've got three buttons, connected to GND and pins 2/3/4 int pinButton1 = 2; int pinButton2 = 3; int pinButton3 = 4; void setup() { //configure our button's pins properly pinMode(pinButton1, INPUT_PULLUP); pinMode(pinButton2, INPUT_PULLUP); pinMode(pinButton3, INPUT_PULLUP); #if defined DEBUG Serial.begin(9600); #else Serial.begin(115200);//The data rate expected by the custom USB firmware delay(200); #endif } //The structure expected by the custom USB firmware #define NUM_BUTTONS 40 #define NUM_AXES 8 // 8 axes, X, Y, Z, etc typedef struct joyReport_t { int16_t axis[NUM_AXES]; uint8_t button[(NUM_BUTTONS+7)/8]; // 8 buttons per byte } joyReport_t; void sendJoyReport(struct joyReport_t *report) { #ifndef DEBUG Serial.write((uint8_t *)report, sizeof(joyReport_t));//send our data to the custom USB firmware #else // dump human readable output for debugging for (uint8_t ind=0; ind<NUM_AXES; ind++) { Serial.print("axis["); Serial.print(ind); Serial.print("]= "); Serial.print(report->axis[ind]); Serial.print(" "); } Serial.println(); for (uint8_t ind=0; ind<NUM_BUTTONS/8; ind++) { Serial.print("button["); Serial.print(ind); Serial.print("]= "); Serial.print(report->button[ind], HEX); Serial.print(" "); } Serial.println(); #endif } joyReport_t joyReport = {}; void loop() { //check if our buttons are pressed: bool button1 = LOW == digitalRead( pinButton1 ); bool button2 = LOW == digitalRead( pinButton2 ); bool button3 = LOW == digitalRead( pinButton3 ); //write the data into the structure joyReport.button[0] = (button1?0x01:0) | (button2?0x02:0) | (button3?0x03:0); //send it to the firmware sendJoyReport(joyReport) }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

パート3.デバイスを独自のゲームに統合します！

デバイスが対話するゲームを制御できる場合は、代替手段としてコントローラーと直接通信できます-ジョイスティックとしてOSに表示する必要はありません！ 投稿の冒頭で、Objects In Spaceについて言及しました。 これは、開発者が使用したアプローチです。 彼らは、コントローラーとゲームが互いに通信できるようにする単純なASCII通信プロトコルを作成しました。 システムのシリアルポート（ WindowsのCOMポートです。ちなみに、 Cで見た目がひどいです）をリストし、「Arduino」というデバイスが接続されているポートを見つけ、このリンクからASCIIの読み取り/書き込みを開始するだけで十分です。



Arduino側では、上記の例で使用されたSerial.print関数を使用します。



この投稿の冒頭で、この問題を解決するためのライブラリhttps://github.com/hodgman/ois_protocolについても言及しました。



ゲームに統合して「サーバー」として使用できるC ++コードと、コントローラーで実行して「クライアント」として使用できるArduinoコードが含まれています。

Arduinoをカスタマイズする

example_hardware.hでは、個々のボタン/ラジオボタンを抽象化するクラスを作成しました。 たとえば、「Switch」は最初の例のシンプルなボタンです。「LedSwitch2Pin」は、2番目の例のLEDが制御されるスイッチです。



ボタンバーのサンプルコードはexample.inoにあります 。



小さな例として、ゲームに送信する必要のあるボタンが1つと、ゲームによって制御される1つのLEDがあると仮定します。 必要なArduinoコードは次のようになります。

 #include "ois_protocol.h" //instantiate the library OisState ois; //inputs are values that the game will send to the controller struct { OisNumericInput myLedInput{"Lamp", Number}; } inputs; //outputs are values the controller will send to the game struct { OisNumericOutput myButtonOutput{"Button", Boolean}; } outputs; //commands are named events that the controller will send to the game struct { OisCommand quitCommand{"Quit"}; } commands; int pinButton = 2; int pinLed = 3; void setup() { ois_setup_structs(ois, "My Controller", 1337, 42, commands, inputs, outputs); pinMode(pinButton, INPUT_PULLUP); pinMode(pinLed, OUTPUT); } void loop() { //read our button, send it to the game: bool buttonPressed = LOW == digitalRead(pin); ois_set(ois, outputs.myButtonOutput, buttonPressed); //read the LED value from the game, write it to the LED pin: analogWrite(pinLed, inputs.myLedInput.value); //example command / event: if( millis() > 60 * 1000 )//if 60 seconds has passed, tell the game to quit ois_execute(ois, commands.quitCommand); //run the library code (communicates with the game) ois_loop(ois); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ゲームをカスタマイズする

ゲームコードは「シングルヘッダー」のスタイルで記述されています。 ライブラリをインポートするには、ゲームにoisdevice.hを含めます。



単一のCPPファイルで、＃includeヘッダーを実行する前に、＃define OIS_DEVICE_IMPLおよび#define OIS_SERIALPORT_IMPLを記述します。これにより、クラスのソースコードがCPPファイルに追加されます。 独自のステートメント、ロギング、文字列、またはベクターがある場合、エンジンの機能を利用するためにヘッダーをインポートする前に定義できる他のOIS_ *マクロがいくつかあります。



COMポートをリストし、特定のデバイスとの接続を作成するには、次のコードを使用できます。

 OIS_PORT_LIST portList; OIS_STRING_BUILDER sb; SerialPort::EnumerateSerialPorts(portList, sb, -1); for( auto it = portList.begin(); it != portList.end(); ++it ) { std::string label = it->name + '(' + it->path + ')'; if( /*device selection choice*/ ) { int gameVersion = 1; OisDevice* device = new OisDevice(it->id, it->path, it->name, gameVersion, "Game Title"); ... } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

OisDeviceインスタンスを受け取ったら、そのPollメンバー関数を定期的に呼び出す必要があります（たとえば、各フレームで）、DeviceOutputs（）を使用してコントローラー出力の現在の状態を取得し、PopEvents（）を使用してデバイスイベントを使用し、SetInput（）を使用してデバイスに値を送信できます。



これをすべて実行するアプリケーションの例は、 example_ois2vjoy / main.cppにあります。

パート4.パート2と3を同時に使用する場合はどうなりますか？

コントローラを他のゲーム（パート2）で動作させるには、独自のファームウェアと1つのArduinoプログラムをインストールする必要がありますが、ゲームでコントローラを完全にプログラムするには、標準のArduinoファームウェアと別のArduinoプログラムを使用しました。 しかし、両方の可能性を同時に持ちたい場合はどうでしょうか？



上記のリンクを提供したサンプルアプリケーション（ ois2vjoy ）は、この問題を解決します。



このアプリケーションはOISデバイス（パート3のプログラム）と通信し、PCでこのデータを通常のコントローラー/ジョイスティックデータに変換し、 仮想コントローラー/ジョイスティックデバイスに転送します。 これは、コントローラーが常にOISライブラリを使用できるようにすることを意味します（他のファームウェアは必要ありません）。通常のコントローラー/ジョイスティックとして使用する場合は、変換を実行するPCでois2vjoyアプリケーションを実行するだけです。

パート5.完了

誰かがこの記事が役に立つか面白いと思ったことを願っています。 最後まで読んでくれてありがとう！



興味があれば、 ois_protocolライブラリの開発に参加してください。 ゲーム内のあらゆる種類の自家製コントローラーをサポートする単一のプロトコルを開発し、ゲームが自家製コントローラーを直接サポートすることを奨励することは素晴らしいことだと思います！