第5回 自作シリアル・プロポ
2025.02.22
YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。
今回は、シリアル接続のプロポを作ってみました。
このプロポをESP32に繋いで、ESP32のWiFi機能を用いてドローンを制御します。
用意するものを下記に示します。
●ジョイスティックRKJXV122400R DIP化キット
●ATTINY85-20PU
・電源電圧：2.7～5.5V
・コア：tinyAVR
・コアサイズ：8bit
・クロック：20MHz
・プログラムメモリ：8kB
・EEPROM：512B
・RAM：512B
・GPIO：6pin
・ADC：4Ch
・I2C：1Ch
・SPI：1Ch
・タイマ：2Ch
・オシレータ：内蔵
この他に16穴ユニバーサル基板、各種ピンヘッダ、シリアル接続用4Pコードなどが必要です。
ATTiny85には解像度10ビットのアナログ端子としてA0～A3の4個が用意されています。
また、シリアル接続用に2つの端子、VCCとGNDで合わせて8つの端子すべてを使います。
●配線
| JOYSTICK | - | ATTiny85 | - | ESP32-S2(テスト用) |
| LEFT | |
| GND | - | GND | | |
| V+ | - | VCC | | |
| Y | - | A1 | | |
| X | - | A3 | | |
| RIGHT | |
| GND | - | GND | - | GND |
| V+ | - | VCC | - | 3V3 |
| Y | - | A2 | | |
| X | - | A0 | | |
| | PB0 | - | RX |
| | PB1 | - | TX |
横にしたブレッドボードに対してジョイスティックDIP化キットを時計回りに90℃回転させて取り付けています。
●開発環境
ソースコードのビルドには、PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO
【参考記事】
TM1637 & ATtiny85
ボード情報を確認します
$ pio boards "ATTiny85"
Platform: atmelavr
=========================================================================
ID MCU Frequency Flash RAM Name
-------------- -------- --------- ------ ---- -------------------------
gemma ATTINY85 8MHz 8KB 512B Adafruit Gemma
trinket3 ATTINY85 8MHz 8KB 512B Adafruit Trinket 3V/8MHz
trinket5 ATTINY85 16MHz 8KB 512B Adafruit Trinket 5V/16MHz
digispark-tiny ATTINY85 16MHz 5.87KB 512B Digispark USB
attiny85 ATTINY85 8MHz 8KB 512B Generic ATtiny85
ATTiny85のピン情報を確認します
~/.platformio/packages/framework-arduino-avr-attiny/variants/tinyX5/pins_arduino.h
#define SS 3
#define MOSI 1
#define MISO 0
#define SCK 2
static const uint8_t SDA = 0;
static const uint8_t SCL = 2;
static const uint8_t A0 = 0x80 | 0;
static const uint8_t A1 = 0x80 | 1;
static const uint8_t A2 = 0x80 | 2;
static const uint8_t A3 = 0x80 | 3;
#define PIN_B0 ( 0)
#define PIN_B1 ( 1)
#define PIN_B2 ( 2)
#define PIN_B3 ( 3)
#define PIN_B4 ( 4)
#define PIN_B5 ( 5)
#define PIN_PB0 ( 0)
#define PIN_PB1 ( 1)
#define PIN_PB2 ( 2)
#define PIN_PB3 ( 3)
#define PIN_PB4 ( 4)
#define PIN_PB5 ( 5)
ビルド用設定ファイルを編集します
$ pio init -b attiny85
$ vi platformio.ini
[env:attiny85]
platform = atmelavr
board = attiny85
framework = arduino
upload_protocol = custom
upload_port = /dev/ttyUSB0
upload_speed = 19200
board_build.f_cpu = 8000000L
upload_flags =
-C
$PROJECT_PACKAGES_DIR/framework-arduino-avr-attiny/avrdude.conf
-p
$BOARD_MCU
-P
$UPLOAD_PORT
-b
$UPLOAD_SPEED
-c
stk500v1
upload_command = avrdude $UPLOAD_FLAGS -U flash:w:$SOURCE:i
●ソースコード
#include <SoftwareSerial.h>
#define JoyStick_LX A1 // 2 LEFT LEFT/RIGHT
#define JoyStick_LY A3 // 3 LEFT UP/DOWN
#define JoyStick_RX A2 // 4 RIGHT LEFT/RIGHT
#define JoyStick_RY A0 // 5 RIGHT UP/DOWN (RESET)
#define PIN_TX PB0
#define PIN_RX PB1
SoftwareSerial mySerial(PIN_RX, PIN_TX);
void setup()
{
mySerial.begin(9600);
}
void loop()
{
uint8_t i;
uint16_t Lx, Ly, Rx,Ry;
uint8_t Lxh, Lxl, Lyh, Lyl, Rxh, Rxl, Ryh, Ryl;
Lx = analogRead(JoyStick_LX);
Ly = 1023 - analogRead(JoyStick_LY);
Rx = analogRead(JoyStick_RX);
Ry = 1023 - analogRead(JoyStick_RY);
Lxh = (Lx>>5)|0x00;
Lxl = (Lx&0x1F)|0x20;
Lyh = (Ly>>5)|0x40;
Lyl = (Ly&0x1F)|0x60;
Rxh = (Rx>>5)|0x80;
Rxl = (Rx&0x1F)|0xA0;
Ryh = (Ry>>5)|0xC0;
Ryl = (Ry&0x1F)|0xE0;
mySerial.write(Lxh);
mySerial.write(Lxl);
mySerial.write(Lyh);
mySerial.write(Lyl);
mySerial.write(Rxh);
mySerial.write(Rxl);
mySerial.write(Ryh);
mySerial.write(Ryl);
}
コードの解説
ATTiny85は4個のアナログ入力端子を持ち、解像度は10ビット(0～1023)です。
非同期式シリアル通信なので、受信側がどのタイミングで受信してもデータが区別できるように工夫しています。
ジョイスティック基板をブレッドボードに取り付ける際に時計回りに90℃回転させているので、取得した値を補正しています
Lx = analogRead(JoyStick_LX);
Ly = 1023 - analogRead(JoyStick_LY);
Rx = analogRead(JoyStick_RX);
Ry = 1023 - analogRead(JoyStick_RY);
10ビットの解像度なので5ビットに二等分して、余っている先頭3ビットをデータ識別用に使用します。
| Joystick | Order | ID | bit |
|---|
| Rudder(yaw) | High Byte: | 000 | Lx:98765 |
| Low Byte : | 001 | Lx:43210 |
| Elevator(pitch) | High Byte: | 010 | Ly:98765 |
| Low Byte : | 011 | Ly:43210 |
| Aileron(roll) | High Byte: | 100 | Rx:98765 |
| Low Byte : | 101 | Rx:43210 |
| Throttle | High Byte: | 110 | Ry:98765 |
| Low Byte : | 111 | Ry:43210 |
$ pio run -t upload -e attiny85
PLATFORM: Atmel AVR (5.1.0) > Generic ATtiny85
HARDWARE: ATTINY85 8MHz, 512B RAM, 8KB Flash
PACKAGES:
- framework-arduino-avr-attiny @ 1.5.2
- tool-avrdude @ 1.60300.200527 (6.3.0)
- toolchain-atmelavr @ 1.70300.191015 (7.3.0)
Dependency Graph
|-- SoftwareSerial @ 1.0.0
RAM: [== ] 24.2% (used 124 bytes from 512 bytes)
Flash: [== ] 23.1% (used 1890 bytes from 8192 bytes)
avrdude: safemode: Fuses OK (E:FF, H:DF, L:E2)
avrdude done. Thank you.
このチップのヒューズビットを確認してみると下記のようになっていました。
$ ~/.platformio/packages/tool-avrdude/avrdude -C ~/.platformio/packages/framework-arduino-avr-attiny/avrdude.conf -p attiny85 -P /dev/ttyUSB0 -b 19200 -c avrisp
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions
Reading | ################################ | 100% 0.02s
avrdude: Device signature = 0x1e930b (probably t85)
avrdude: safemode: Fuses OK (E:FF, H:DF, L:E2)
avrdude done. Thank you.
ATtiny85は工場出荷時クロックの8分周が有効になっています、L:E2 になっていない場合は、フューズビットを変更して無効にします。
$ ~/.platformio/packages/tool-avrdude/avrdude -C ~/.platformio/packages/framework-arduino-avr-attiny/avrdude.conf -p attiny85 -P /dev/ttyUSB0 -b 19200 -c avrisp -U lfuse:w:0xe2:m
●動作確認
受信側の動作確認プログラムです。
データ識別子をもとに5ビットのデータを繋ぎ合わせて、ジョイスティックの操作値を求めています。
uint16_t Lx, Ly, Rx, Ry;
void setup()
{
Serial1.begin(9600);
Serial.begin(115200);
Lx = 0;
Ly = 0;
Rx = 0;
Ry = 0;
}
void loop()
{
uint16_t ival;
uint16_t sLx, sLy, sRx, sRy;
while (Serial1.available()) {
ival = Serial1.read();
switch(ival&0xE0) {
case 0x00: // 0b000xxxxx
sLx = ((ival & 0x1F)<<5) | 0x8000;
break;
case 0x20: // 0b001xxxxx
if (sLx & 0x8000) Lx = (sLx | (ival & 0x1F)) & 0x03FF;
sLx = 0x0;
break;
case 0x40: // 0b010xxxxx
sLy = ((ival & 0x1F)<<5) | 0x8000;
break;
case 0x60: // 0b011xxxxx
if (sLy & 0x8000) Ly = (sLy | (ival & 0x1F)) & 0x03FF;
sLy = 0x0;
break;
case 0x80: // 0b100xxxxx
sRx = ((ival & 0x1F)<<5) | 0x8000;
break;
case 0xA0: // 0b101xxxxx
if (sRx & 0x8000) Rx = (sRx | (ival & 0x1F)) & 0x03FF;
sRx = 0x0;
break;
case 0xC0: // 0b110xxxxx
sRy = ((ival & 0x1F)<<5) | 0x8000;
break;
case 0xE0: // 0b111xxxxx
if (sRy & 0x8000) Ry = (sRy | (ival & 0x1F)) & 0x03FF;
sRy = 0x0;
break;
}
}
Serial.printf("%04d %04d %04d %04d\n",Lx,Ly,Rx,Ry);
delay(1000);
}
$ pio device monitor -p /dev/ttyACM0 -b 115200
ジョイスティック無操作の状態でも10ビットの中央値512からズレが生じていることがわかります。
この中央値補正はジョイスティック側ではなく、受信側のマイコンで行うことにします。
ジョイスティックは十字方向のみではなく、斜め方向にも稼働可能なので同時に4方向の値を取得することができます。
●マスタ側仕様
コントローラのレバーをニュートラルにした状態でマスタ側の電源を入れます。
コントローラの位置情報を一定回数取得して平均値を算出します。
続いてコントローラ左側レバーのラダーを右に、エレベータを上に、つまりレバーを真上から時計回り90度の位置までぐりぐりします。
合わせて同様に、右側レバーのエルロンを右に、スロットルを上に操作します。
スロットルはニュートラルをゼロ、上方向を加速に使用し、下方向は操作の初期設定決定に使用します。
２つのレバーをニュートラルに戻します。
続けてスロットルのレバーを下方向に動かすと各機能の最大値を表示し、最小値の入力に移ります。
コントローラ左側レバーのラダーを左に、エレベータを下に、つまりレバーを真左から反時計回りに90度の範囲でぐりぐりします。
合わせて同様に、右側レバーのエルロンを左に操作します。
２つのレバーをニュートラルに戻します。
スロットルのレバーを下方向に動かすとスロットルを除く各機能の最小値を表示します。
スロットルの最小値はニュートラル時の平均値を用います。
最大値、最小値を再入力する場合は、スロットルを下方向に動かします。
決定の場合は、スロットルを上方向に動かします。
ラダーは左右60度、エレベータは上下60度、エルロンは左右180度、スロットルは10段階に設定するので、
平均値と最大、最小値を用いて度数、段階に換算させるための係数を算出します。
レバーを動かしてラダー、エレベータ、エルロンを任意の位置に動かしたのちにスロットルを下方向に動かすと、
操作する度数が表示されます。
その表示値で実行する場合は、スロットルを上方向に動かし、ドローンに送信します。
訂正する場合は下方向に動かし再設定します。
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