Самодельный беспроводной USB-адаптер для симулятора повышенной точности

Расскажу о том, как я сделал свой беспроводной USB-адаптер повышенной точности для симулятора. USB-адаптер был опробован в Heli-X, FPVFreeRider и LiftOff и показал прекрасный результат, оправдал все мои ожидания!

Перепробовав несколько вариантов USB-адаптеров для симулятора, стал искать возможность сделать такой самостоятельно. Ни один из продаваемых USB-адаптеров меня не устраивал по причине малой точности. То есть, на полный ход стика приходилось очень малое количество шагов. Например в последнем от OrangeRX было всего 168 шагов. Это самое большое, что я видел, и этого ужасно мало для нормального управления моделью в симуляторе.

Наткнулся в интернете на интересный проект самодельного USB-адаптера на базе маленькой платки Arduino Leonardo. Взял его за основу и немного переделал под себя. Во первых, отказался от прямой модификации файлов дистрибутива Arduino, использовав внешнюю библиотеку для работы с джойстиком. Во вторых, исключил деление исходных данных пополам. Это позволило более точно учитывать длину PPM-импульса. В третьих, сделал возможность задавать мертвую зону, чтобы исключить дребезг значений в около-нулевой зоне стика. Ну и конечно же, припаял к USB-адаптеру маленький приемник FrSky на 8 каналов с CPPM-выходом для беспроводного управления.

USB-адаптер может подключаться к тренерскому разъему вашего передатчика. Сигнальный провод надо подключить к четвертому выводу USB-адаптера.

Чтобы сделать USB-адаптер беспроводным, потребуется приемник с CPPM-выходом, подходящий для вашего передатчика. Вот небольшой список для примера: FrSky 8СH, DEVO 8CH, FlySky 8CH, RadioLink 10CH, DSMX 6CH, Futaba S-FHSS 7CH. Есть и другие варианты, можно выбрать любой с CPPM-выходом. Схема соединения предельно проста. На приемник нужно подать питание 5 вольт и подсоединить выход приемника к четвертому выводу USB-адаптера.

После монтажа можно подключить USB-адаптер к компьютеру и выполнить привязку приемника к передатчику. Не буду подробно останавливаться на этом моменте, у каждого данная процедура проходит по своему, в зависимости от модели передатчика и приемника. Я подключил USB-адаптер к передатчику DEVO10 с прошивкой Deviation и установленным модулем 4-в-1. Конфигурация модели очень простая.

Подключаем USB-адаптер к компьютеру и приступаем к программированию. Я подробно расскажу, как сделать USB-адаптер максимально настроенным для каждого индивидуального случая. Сложного тут ничего нет, разберется даже школьник:)

Перед началом работы нужно скачать и установить среду разработки Arduino IDE. Лучше скачать архив и распаковать его в отдельный каталог. Там есть выбор под все современные системы. Распаковать можно в любое удобное место. Затем запускаем исполняемый файл и попадаем в среду Arduino. Выбираем в меню "Инструменты" плату "Arduino Leonardo" и чуть ниже выбираем виртуальный COM-порт, к которому подключена плата.

Закрываем среду разработки. Надо установить дополнительную библиотеку для работы с джойстиком. Идем по ссылке, скачиваем, распаковываем и выполняем файл deploy.sh или deploy.bat в зависимости от операционной системы. По итогу, библиотека должна оказаться внутри каталога Arduino, который будет расположен в вашем домашнем каталоге, а не в том, куда распаковали среду разработки.

Если у вас Windows и самодельный USB-адаптер планируется использовать в симуляторе FPVFreeRider или любом другом, основанном на библиотеке Unity3D (а их большинство), то надо изменить одну строчку в файле установленной библиотеки для работы с джойстиком.

Открываем файл Joystick.cpp внутри каталога ...\Arduino\libraries\Joystick\src, находим строчку:

#define JOYSTICK_AXIS_MINIMUM -32767

и заменяем ее на:

#define JOYSTICK_AXIS_MINIMUM 0

Дело в том, что FPVFreeRider в Windows получает данные с джойстика в обход системы и никакая системная калибровка джойстика не нужна. Но тут есть маленький подвох. Симулятор FPVFreeRider понимает значения с осей джойстика в диапазоне от 0 до 32767, а системный джойстик может работать в диапазоне -32767 до 32767. Поэтому, если ваш джойстик может выдавать отрицательные значения, то у вас будут проблемы с его калибровкой в FPVFreeRider. Это касается только Windows, в других системах такой проблемы нет и ничего менять не надо.

Скачиваем код скетча, открываем его в среде Arduino и сразу же загружаем в USB-адаптер кнопкой "Загрузка". Все должно пройти без проблем и ошибок.

В общем, USB-адаптер уже может работать, но пока что не настроен. Надо определить максимальное, минимальное и центральное значения PPM-импульса, поступающего на вход адаптера с приемника или тренерского разъема. В передатчике все каналы должны быть выставлены +/-100% и убраны все триммеры в ноль. В Ubuntu значения можно получить, выполнив в консоли простую команду:

# cat /dev/ttyACM0

Для Windows придется установить бесплатную программу TeraTerm. Распаковываем и запускаем ttermpro.exe. Создаем новое соединение, выбираем виртуальный COM-порт, подтверждаем и видим на экране шесть колонок цифр. Это данные шести каналов, которые получает USB-адаптер со своего входа.

Шевелим стиками и смотрим на цифры. Надо определить и записать минимальное, максимальное и значение в центральном положении стика. Значения могут немного плыть на 1-4 единицы. Для минимального надо выбрать максимально минимальное. Для максимального минимально максимальное, для среднего - среднее. Например, у меня минимальное значение гуляет в диапазоне 2210-2214, значит беру 2214. Максимальное гуляет 3810-3812, беру 3810. Среднее гуляет 3011-3013, беру 3012.

Если все получилось, то в программе можно отключить вывод данных, поставив комментарий на следующую строку. Было:

#define SERIALOUT

Стало:

// #define SERIALOUT

Подставляем полученные значения в переменные ниже.

#define MIN_PULSE_WIDTH 2214 // Minimal pulse
#define CENTER_PULSE_WIDTH 3012 // Middle pulse
#define MAX_PULSE_WIDTH 3810 // Maximal pulse

Если у вас Windows, то меняем значение переменной USB_STICK_MIN на ноль. Для других операционных систем оставляем как есть.

#define USB_STICK_MIN 0

Заливаем скетч в USB-адаптер и проверяем его работу. В Ubuntu это можно сделать в программе jstest-gtk. Если она не установлена, то ставим:

# sudo apt-get install jstest-gtk

В самой программе заходим в калибровку и сбрасываем значения кнопкой Raw Events.

Значения должны изменяться от -32767 до 32765. В около-нулевой зоне стика будет небольшой дребезг. Надо добиться того, чтобы эти значения гуляли как в положительную зону, так и в отрицательную. Придется подкорректировать переменные MIN_PULSE_WIDTH, CENTER_PULSE_WIDTH и MAX_PULSE_WIDTH несколько раз, чтобы добиться нужного результата. При этом не должно быть холостого хода стика в крайних положениях. Калибровку выполнять не надо, а еще лучше сохранить обнуленные значения командой:

# sudo jscal-store /dev/input/js0

В Windows проверку диапазона работы USB-адаптера можно выполнить с помощью программы Joystick Tester. Значения по осям должны изменяться от 32767 до 65535, а центр должен быть на значении 49150. Как я уже говорил, это сделано для того, чтобы FPVFreeRider смог нормально работать с USB-адаптером.

На этом этапе уже можно считать настройку USB-адаптера завершенной и проверять его работу в различных симуляторах. Но можно пойти дальше, если есть желание:)

Переменная CENTER_PULSE_JITTER убирает дребезг в около-нулевой зоне стика. При нулевом значении фильтр не работает. Если не нравится наличие небольшого дребезга, то можно поставить значение от 5 до 10. Большие значения лучше не ставить, иначе потеряется чувствительность в около-нулевой зоне.

Переменная RC_CHANNELS_COUNT отвечает за количество входящих каналов. У меня с приемника идет восемь каналов, поэтому весь скетч сформирован именно под это число. Это можно изменить, но придется еще глубже залезать в дебри кода.

Следующая строка формирует собственно джойстик с заданными параметрами:

Joystick_ Joystick(JOYSTICK_DEFAULT_REPORT_ID, JOYSTICK_TYPE_JOYSTICK, 2, 0, true, true, true, true, true, true, false, false, false, false, false);

Третий параметр, там где стоит цифра 2, задает количество кнопок джойстика. Начиная с пятого параметра идет определение наличия осей. Шесть раз подряд true - это шесть осей USB-адаптера. Потом идет false - запрет оси. Всего можно задать 11 осей. Например, для USB-адаптера без кнопок и с четырьмя осями будет вот такая строка:

Joystick_ Joystick(JOYSTICK_DEFAULT_REPORT_ID, JOYSTICK_TYPE_JOYSTICK, 0, 0, true, true, true, true, false, false, false, false, false, false, false);

Переменная NEWFRAME_PULSE_WIDTH отвечает за определение паузы в микросекундах между PPM-пакетами. Лучше ее не изменять.

Следующий блок задает пороговые значения по осям:

Joystick.setXAxisRange(USB_STICK_MIN, USB_STICK_MAX);
Joystick.setYAxisRange(USB_STICK_MIN, USB_STICK_MAX);
Joystick.setZAxisRange(USB_STICK_MIN, USB_STICK_MAX);
Joystick.setRxAxisRange(USB_STICK_MIN, USB_STICK_MAX);
Joystick.setRyAxisRange(USB_STICK_MIN, USB_STICK_MAX);
Joystick.setRzAxisRange(USB_STICK_MIN, USB_STICK_MAX);

Если осей меньше шести, то количество строк можно сократить. Для четырех осей будет так:

Joystick.setXAxisRange(USB_STICK_MIN, USB_STICK_MAX);
Joystick.setYAxisRange(USB_STICK_MIN, USB_STICK_MAX);
Joystick.setZAxisRange(USB_STICK_MIN, USB_STICK_MAX);
Joystick.setRxAxisRange(USB_STICK_MIN, USB_STICK_MAX);

В следующем блоке происходит преобразование полученных на входе значений в данные джойстика:

Joystick.setXAxis(stickValue(rcValue[ROLL]));
Joystick.setYAxis(stickValue(rcValue[PITCH]));
Joystick.setZAxis(stickValue(rcValue[THROTTLE]));
Joystick.setRxAxis(stickValue(rcValue[YAW]));
Joystick.setRyAxis(stickValue(rcValue[AUX1]));
Joystick.setRzAxis(stickValue(rcValue[AUX2]));
Joystick.setButton(0, rcValue[AUX3] > CENTER_PULSE_WIDTH);
Joystick.setButton(1, rcValue[AUX4] > CENTER_PULSE_WIDTH);

Последние две строки формируют значения кнопок. Первый параметр в этой строке - это номер кнопки. Нумерация идет с нуля. Если оставить четыре оси и убрать кнопки, то блок будет выглядеть так:

Joystick.setXAxis(stickValue(rcValue[ROLL]));
Joystick.setYAxis(stickValue(rcValue[PITCH]));
Joystick.setZAxis(stickValue(rcValue[THROTTLE]));
Joystick.setRxAxis(stickValue(rcValue[YAW]));

Можно еще немного подчистить код, убирая лишние данные, но пусть это будет "домашним заданием" для желающих копнуть еще глубже:)

Самый лучший способ сравнить работу обычного USB-адаптера и самодельного - это тест на точность полета. Как нельзя лучше для этого подходит трасса на детской площадке в симуляторе FPVFreeRider. Смотрите сами. С адаптером от OrangeRX я раза с десятого смог записать весь полет. Очень сложно было удержаться на трассе.

Признаюсь честно, я был в шоке от того, как работает самодельный USB-адаптер! С удивлением обнаружил, что в FPVFreeRider я могу пролетать сложную трассу на довольно большой скорости, легко и непринужденно проходить все ворота. В Heli-X точность управления достигла небывалых высот. Наконец-то стало возможным отрабатывать элементы, требующие ювелирной работы шагом. С LiftOff не очень заладилось. USB-адаптер работал прекрасно, но сам симулятор какой-то не очень качественный. Может быть это от системы зависит и в Ubuntu он у всех работает с проблемами.

На следующем этапе попробую заставить работать USB-адаптер с приемником через шину S.BUS. Это должно еще больше поднять точность управления в симуляторе. Успешных тренировок!