Идея

Недавно купил длинный HDMI-кабель для просмотра киношек на телевизоре с комфортной кровати, а не сидя за ПК в углу.

Возникла проблема: часто вставать и ходить до ПК, чтобы поставить видео на паузу или изменить настройки плеера (качество, звук, озвучка). Захотелось чего-то компактного и простого, наподобие «Плей‑Пауза» пульта. Был вариант просто купить дешёвый Bluetooth‑комплект мышь‑клавиатура или только беспроводную мышь, Но это показалось мне неинтересным и простым.

Было принято решение разработать специфическое устройство для этих задач.

Проектирование

Во-первых, определим, какие функции и, как следствие, устройства ввода необходимы.

1. В качестве устройства, позволяющего не только выполнять разовый «клик» по кнопке паузы, но и имеющего возможность передвигать курсор мыши, был выбран стик KY-023, наподобие тех, что применяются в контроллерах DualShock для PS4.

   

   KY-023 имеет:
   1) 2 аналоговых выхода: Ось X, Ось Y;
   2) 1 дискретный выход: Кнопка самого «стика».
   
   Т. к. проект в процессе разработки стал расширяться и усложняться, приходя к полноценному и большему функционалу, чем у компьютерной мыши, было решено добавить второй «стик».
   
   Таким образом получили конструкцию со следующим функционалом: правый «стик» должен отвечать за перемещение курсора (подобно как правый стик джойстика от «плойки» управляет обзором персонажа в играх); Левый стик должен будет управлять громкостью плеера и перемоткой видео (пока не реализован, в процессе разработки функций); внутренние кнопки «стиков» копируют ЛКМ и ПКМ.

2. Т. к. только начинаю заниматься программированием, было решено использовать как контроллер плату Arduino. Почитав про особенности «камней», применяемых в «разношерстных» платформах, я выбрал это:

   

   Arduino pro mini на базе «камня» AtMega 168 (5V, 16MHz) в роли передатчика;

   

   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   Arduino pro micro на базе «камня» AtMega 32u4 в роли приемника и устройства, имеющего свойство двустороннего общения с ПК, определяется как HID-устройство (клавиатура, мышь).

3. Необходимо было устройство приема‑передачи информации между платами Arduino. Выбрал радиомодули NRF24L01, работающие в диапазоне частот 2.4–2.5 ГГц. Также в связи с особенностями питания «камня» NRF потребовался адаптер со стабилизатором напряжения, способный использовать внешнее питание от 4.8V до 12V и подавать на плату NRF 3.3V.

   

   Немного характеристик:
   Напряжение питания: 1,9В – 3,6В;
   Интерфейс обмена данными: SPI;
   Частота приёма и передачи: 2,4 ГГц;
   Количество каналов: 128 с шагом 1МГц;
   Тип модуляции: GFSK;

   

   Скорость передачи данных: 250kbps, 1Mbps и 2Mbps;
   Чувствительность приёмника: -82 dBm;
   Расстояние приёма/передачи данных: 100м — прямая видимость; 30м — помещение;
   Коэффициент усиления антенны: 2dBm;
   Диапазон рабочей температуры: -40^оС…+85^оС;
   Организация сети на одном канале: 7 модулей (1 приёмник и 6 передатчиков).

Электросхема

На схеме не указан адаптер, но распиновка NRF и адаптера идентичные, и все необходимые сигналы прописаны в литографии на маске плат.

Программа

1. Перво-наперво необходимо было научиться считывать и обрабатывать сигналы со стиков и управлять курсором напрямую с Arduino Pro Micro.

   #include <Mouse.h>
   
   const int X1_Pin = A0;
   const int Y1_Pin = A1;
   const int X2_Pin = A2;
   const int Y2_Pin = A3;
   
   const int SW1_Pin = 3;
   const int SW2_Pin = 2;
   
   int SW1_Stage;
   int SW2_Stage;
   
   int SW1;
   int SW2;
   
   const int Sp = 5;
   
   void setup() {
     Serial.begin(9600);
   
     Mouse.begin();
   
     pinMode(SW1_Pin, INPUT_PULLUP);
     pinMode(SW2_Pin, INPUT_PULLUP);
     pinMode(8, OUTPUT);
     pinMode(9, OUTPUT);
   
   }
   
   void loop() {
     //Доп пины питания
     digitalWrite(8, HIGH);
     digitalWrite(9, HIGH);
   
     //Чтение портов
     int x1 = analogRead(X1_Pin);
     int y1 = analogRead(Y1_Pin);
     int x2 = analogRead(X2_Pin);
     int y2 = analogRead(Y2_Pin);
   
     SW1_Stage = digitalRead(SW1_Pin);
     SW2_Stage = digitalRead(SW2_Pin);
   
     int x1pos, y1pos;
     int x2pos, y2pos;
   
     //Фильтр XY1
     if (x1 > 450 and x1 < 550)
       x1pos = 0;
     if (x1 >= 550)
       x1pos = map(x1, 550, 1023, 0, Sp);
     if (x1 <= 450)
       x1pos = map(x1, 450, 0, 0, -Sp);
     if (y1 > 450 and y1 < 550)
       y1pos = 0;
     if (y1 >= 550)
       y1pos = map(y1, 550, 1023, 0, Sp);
     if (y1 <= 450)
       y1pos = map(y1, 450, 0, 0, -Sp);
   
     //Обработка кнопки ЛКМ
     if (SW1_Stage == LOW)
       SW1 = 1;
     else
       SW1 = 0;
   
     //Фильтр XY2
     if (x2 > 450 and x2 < 550)
       x2pos = 0;
     if (x2 >= 550)
       x2pos = map(x2, 550, 1023, 0, Sp);
     if (x2 <= 450)
       x2pos = map(x2, 450, 0, 0, -Sp);
     if (y2 > 450 and y2 < 550)
       y2pos = 0;
     if (y2 >= 550)
       y2pos = map(y2, 550, 1023, 0, Sp);
     if (y2 <= 450)
       y2pos = map(y2, 450, 0, 0, -Sp);
   
     //Обработка кнопки ПКМ
     if (SW2_Stage == LOW)
       SW2 = 1;
     else
       SW2 = 0;
   
     //Управление курсором
     Mouse.move(x1pos, y1pos);
   
     if (SW1) {
       Mouse.press(MOUSE_LEFT);
     } else {
       Mouse.release(MOUSE_LEFT);
     }
     if (SW2) {
       Mouse.press(MOUSE_RIGHT);
     } else {
       Mouse.release(MOUSE_RIGHT);
     }
     /*/Отладка
       Serial.print(x1pos);
       Serial.print(":");
       Serial.print(y1pos);
       Serial.print(":");
       Serial.println(SW1_Stage);
       Serial.print(":");
       Serial.print(x2pos);
       Serial.print(":");
       Serial.print(y2pos);
       Serial.print(":");
       Serial.println(SW2_Stage);
      /*/
     delay(10);
   
   }

2. Учимся «дружить» NRF‑ки и моргать лампочкой по нажатию кнопки.
   
   TX:

   #include <SPI.h>
   #include "nRF24L01.h"
   #include "RF24.h"
   
   RF24 radio(9, 10);
   byte address[][6] = {"1Node", "2Node", "3Node", "4Node", "5Node", "6Node"};
   byte button = 3;
   byte transmit_data[1];
   byte latest_data[1];
   boolean flag;
   void setup() {
     Serial.begin(9600);
   
     pinMode(button, INPUT_PULLUP);
     radio.begin();
     radio.setAutoAck(1);
     radio.setRetries(0, 15);
     radio.enableAckPayload();
     radio.setPayloadSize(32);
     radio.openWritingPipe(address[0]);
     radio.setChannel(0x60);
     radio.setPALevel (RF24_PA_MAX);
     radio.setDataRate (RF24_250KBPS);
     radio.powerUp();
     radio.stopListening();
   }
   
   void loop() {
     transmit_data[0] = !digitalRead(button);
   
     for (int i = 0; i < 3; i++) {
       if (transmit_data[i] != latest_data[i]) {
         flag = 1;
         latest_data[i] = transmit_data[i];
       }
     }
   
     if (flag == 1) {
       radio.powerUp();
       radio.write(&transmit_data, sizeof(transmit_data));
       flag = 0;
       radio.powerDown();
     }
   }

   RX:

   #include <SPI.h>
   #include "nRF24L01.h"
   #include "RF24.h"
   #include <Servo.h>
   
   RF24 radio(9, 10);
   byte recieved_data[1];
   byte L = 13;
   byte address[][6] = {"1Node", "2Node", "3Node", "4Node", "5Node", "6Node"};
   
   void setup() {
     Serial.begin(9600);
     pinMode(L, OUTPUT);
     radio.begin();
     radio.setAutoAck(1);
     radio.setRetries(0, 15);
     radio.enableAckPayload();
     radio.setPayloadSize(32);
     radio.openReadingPipe(1, address[0]);
     radio.setChannel(0x60);
     radio.setPALevel (RF24_PA_MAX);
     radio.setDataRate (RF24_250KBPS);
     radio.powerUp();
     radio.startListening();
   }
   
   void loop() {
     byte pipeNo;
     while ( radio.available(&pipeNo)) {
       radio.read(&recieved_data, sizeof(recieved_data));
       digitalWrite(L, recieved_data[0]);
     }
   }

3. А теперь самое интересное! Объединить эти два кода. Не обошлось и без плясок с бубном, и убегающим в «самоволку» курсором.

   TX:

   #include <SPI.h>
   #include "nRF24L01.h"
   #include "RF24.h"
   
   RF24 radio(9, 10);        //Создать модуль на пинах 9 и 10
   
   byte address[][6] = {"1Node", "2Node", "3Node", "4Node", "5Node", "6Node"};   //возможные номера труб
   
   const int XL_Pin = A0;    //Аналоговый вход левого стика ось X
   const int YL_Pin = A1;    //Аналоговый вход левого стика ось Y
   const int XR_Pin = A2;    //Аналоговый вход правого стика ось X
   const int YR_Pin = A3;    //Аналоговый вход правогоо стика ось Y
   byte LBM_Pin = 2;         //Цифровой вход ЛКМ
   byte RBM_Pin = 3;         //Цифровой вход ПКМ
   
   byte transmit_data[6];    //Массив, хранящий передаваемые данные
   byte latest_data[6];      //Массив, хранящий последние переданные данные
   
   boolean flag;             //Флаг отправки данных
   
   void setup() {
     Serial.begin(9600);               //Открываем порт для связи с ПК
   
     pinMode(XL_Pin, INPUT);           //Настройка порта левого стика ось X
     pinMode(YL_Pin, INPUT);           //Настройка порта левого стика ось Y
     pinMode(XR_Pin, INPUT);           //Настройка порта правого стика ось X
     pinMode(YR_Pin, INPUT);           //Настройка порта правого стика ось Y
     pinMode(LBM_Pin, INPUT_PULLUP);   //Настройка порта ЛКМ
     pinMode(RBM_Pin, INPUT_PULLUP);   //Настройка порта ЛКМ
   
     pinMode(7, OUTPUT);               //Доп питание
     pinMode(8, OUTPUT);               //Доп питание
     digitalWrite(7, HIGH);            //Доп пин питания левого стика
     digitalWrite(8, HIGH);            //Доп пин питания правого стика
   
     radio.begin();                        //Активировать модуль
     radio.setAutoAck(1);                  //Режим подтверждения приёма, 1 вкл 0 выкл
     radio.setRetries(0, 15);              //Время между попыткой достучаться, число попыток
     radio.enableAckPayload();             //Разрешить отсылку данных в ответ на входящий сигнал
     radio.setPayloadSize(32);             //Размер пакета, в байтах
     radio.openWritingPipe(address[0]);    //Труба 0, открыть канал для передачи данных
     radio.setChannel(0x70);               //Выбираем канал (в котором нет шумов!)
   
     radio.setPALevel (RF24_PA_MAX);       //Уровень мощности передатчика. На выбор RF24_PA_MIN, RF24_PA_LOW, RF24_PA_HIGH, RF24_PA_MAX
     radio.setDataRate (RF24_250KBPS);     //Скорость обмена. На выбор RF24_2MBPS, RF24_1MBPS, RF24_250KBPS должна быть одинакова на приёмнике и передатчике!при самой низкой скорости имеем самую высокую чувствительность и дальность!!
   
     radio.powerUp();                      //Начать работу
     radio.stopListening();                //Не слушаем радиоэфир, мы передатчик
   
   }
   
   void loop() {
   
     //Чтение портов
   
     transmit_data[0] = map(analogRead(XL_Pin), 0, 1023, 0, 255);    //Записать значение XL на 1 место в массиве
     transmit_data[1] = map(analogRead(YL_Pin), 0, 1023, 0, 255);    //Записать значение YL на 2 место в массиве
     transmit_data[2] = map(analogRead(XR_Pin), 0, 1023, 0, 255);    //Записать значение XR на 3 место в массиве
     transmit_data[3] = map(analogRead(YR_Pin), 0, 1023, 0, 255);    //Записать значение YR на 4 место в массиве
     transmit_data[4] = !digitalRead(LBM_Pin);                       //Записать сигнал ЛКМ на 5 место в массиве
     transmit_data[5] = !digitalRead(RBM_Pin);                       //Записать сигнал ПКМ на 5 место в массиве
   
     radio.powerUp();                                      // включить передатчик
     radio.write(&transmit_data, sizeof(transmit_data));   // Отправить по радио
     for (int i = 0; i < 6; i++) {                         // В цикле от 0 до числа каналов
       if (transmit_data[i] != latest_data[i]) {           // Если есть изменения в transmit_data
         flag = 1;                                         // Поднять флаг отправки по радио
         latest_data[i] = transmit_data[i];                // Запомнить последнее изменение
       }
     }
   
     if (flag == 1) {
       radio.powerUp();                                      // Включить передатчик
       radio.write(&transmit_data, sizeof(transmit_data));   // Отправить по радио
       flag = 0;                                             // Опустить флаг
       radio.powerDown();                                    // Выключить передатчик
     }
     /*/Отладка, проверка сигнала на A0,A1,A2,A3
         Serial.print(analogRead(XL_Pin));
         Serial.print(":");
         Serial.print(analogRead(YL_Pin));
         Serial.print(":");
         Serial.println(!digitalRead(2));
         Serial.print("\n");
         Serial.print(analogRead(XR_Pin));
         Serial.print(":");
         Serial.print(analogRead(YR_Pin));
         Serial.print(":");
         Serial.println(!digitalRead(3));
         delay(10);
     */
   
   }
   //Список занятых пинов: A0,A1,A2,A3,1,2,3,4,7,8,9,10,11,12,13
   //Список передаваемых пинов: A0,A1,A2,A3,2,3
   //Список доп пинов питания 7,8 (В итоговой версии необходимо объединить на 5V, Gnd объединить)

   RX:

   #include <SPI.h>
   #include "nRF24L01.h"
   #include "RF24.h"
   #include <Mouse.h>
   
   RF24 radio(9, 10);      //Создать модуль на пинах 9 и 10
   
   byte recieved_data[6];  //Массив принятых данных
   
   byte XLP;               //Значения левого стика ось X
   byte YLP;               //Значения левого стика ось Y
   byte XRP;               //Значения правого стика ось X
   byte YRP;               //Значения правого стика ось Y
   int LBMP;               //Значения ЛКМ
   int RBMP;               //Значения ПКМ
   
   const int Sp = 30;      //Скорость курсора (10,20,30,40,50,60,70) чем больше, тем медленне
   
   byte address[][6] = {"1Node", "2Node", "3Node", "4Node", "5Node", "6Node"}; //возможные номера труб
   
   void setup() {
     Serial.begin(9600);   //Открываем порт для связи с ПК
   
     Mouse.begin();
   
     radio.begin();  //Активировать модуль
     radio.setAutoAck(1);                    // Режим подтверждения приёма, 1 вкл 0 выкл
     radio.setRetries(0, 15);                // Время между попыткой достучаться, число попыток)
     radio.enableAckPayload();               // Разрешить отсылку данных в ответ на входящий сигнал
     radio.setPayloadSize(32);               // Размер пакета, в байтах
     radio.openReadingPipe(1, address[0]);   // Слушаем трубу 0
     radio.setChannel(0x70);                 // Выбираем канал (в котором нет шумов!)
   
     radio.setPALevel (RF24_PA_MAX);         // Уровень мощности передатчика. На выбор RF24_PA_MIN, RF24_PA_LOW, RF24_PA_HIGH, RF24_PA_MAX
     radio.setDataRate (RF24_250KBPS);       // Скорость обмена. На выбор RF24_2MBPS, RF24_1MBPS, RF24_250KBPS должна быть одинакова на приёмнике и передатчике! Gри самой низкой скорости имеем самую высокую чувствительность и дальность!!
   
     radio.powerUp();                        // Начать работу
     radio.startListening();                 // Начинаем слушать эфир, мы приёмный модуль
   
   }
   
   void loop() {
     byte pipeNo;
     while ( radio.available(&pipeNo)) {                     // Есть входящие данные
       radio.read(&recieved_data, sizeof(recieved_data));    // Читаем входящий сигнал
   
       XLP = recieved_data[0];   //Читаем входящие данные оси X левого стика и записываем значение
       YLP = recieved_data[1];   //Читаем входящие данные оси Y левого стика и записываем значение
       XRP = recieved_data[2];   //Читаем входящие данные оси X правого стика и записываем значение
       YRP = recieved_data[3];   //Читаем входящие данные оси Y правого стика и записываем значение
       LBMP = recieved_data[4];  //Читаем входящие данные ЛКМ и записываем значение
       RBMP = recieved_data[5];  //Читаем входящие данные ПКМ и записываем значение
   
     }
   
     int xLpos, yLpos;
     int xRpos, yRpos;
   
     //Фильтр XYL
     if (XLP > 120 and XLP < 130)
       xLpos = 0;
     if (XLP >= 130)
       xLpos = map(XLP, 130, 255, 0, 80);
     if (XLP <= 120)
       xLpos = map(XLP, 120, 0, 0, -80);
   
     if (YLP > 120 and YLP < 130)
       yLpos = 0;
     if (YLP >= 130)
       yLpos = map(YLP, 130, 255, 0, 80);
     if (YLP <= 120)
       yLpos = map(YLP, 120, 0, 0, -80);
   
     //Фильтр XYR
     if (XRP > 120 and XRP < 130)
       xRpos = 0;
     if (XRP >= 130)
       xRpos = map(XRP, 130, 255, 0, 80);
     if (XRP <= 120)
       xRpos = map(XRP, 120, 0, 0, -80);
   
     if (YRP > 120 and YRP < 130)
       yRpos = 0;
     if (YRP >= 130)
       yRpos = map(YRP, 130, 255, 0, 80);
     if (YRP <= 120)
       yRpos = map(YRP, 120, 0, 0, -80);
   
     //Управление курсором
     Mouse.move(xRpos / Sp, yRpos / Sp);
   
     if (LBMP) {
       Mouse.press(MOUSE_LEFT);
     } else {
       Mouse.release(MOUSE_LEFT);
     }
     if (RBMP) {
       Mouse.press(MOUSE_RIGHT);
     } else {
       Mouse.release(MOUSE_RIGHT);
     }
     /*//Отладка A0,A1,A2,A3
       Serial.print(XLP);
       Serial.print(":");
       Serial.print(YLP);
       Serial.print(":");
       Serial.println(LBMP);
       Serial.print("\n");
       Serial.print(XRP);
       Serial.print(":");
       Serial.print(YRP);
       Serial.print(":");
       Serial.println(RBMP);
       Serial.print("\n");
       Serial.print(xRpos);
       Serial.print(":");
       Serial.print(yRpos);
       delay(5);
     */
   }
   //Список занятых пинов: 9,10,14,15,16
   //Список передаваемых пинов: A0,A1,A2,A3,2,3
   
   //LBM-LeftButtonMouse(ЛКМ) RBM-RightButtonMouse(ПКМ)

Прототипирование

В обоих случаях последовательность действий при подключении радиомодулей одинакова: от адаптера питания NRF отпаиваем колодку 6pin(F) и припаиваем напрямую NRF гребёнкой 6pin(M), короткими проводами припаиваемся к платам Arduino. Аккуратно и компактно складываем и сжимаем «бутерброд». ПОЛЕЗНО! Вокруг антенны для каждого модуля NRF намотать пару‑тройку витков монтажного провода (в моём случае 0.2mm^2). Загоняем все в широкую термоусадку и фиксируем.

Для передатчика припаиваем «стики» на удобном вам расстоянии и также все фиксируем термоусадкой.

Итог

Получился рабочий прототип GamePad, похожий на DualShock.

Баги

ВАЖНО! Сначала подключать к питанию передатчик, после — приемник к ПК. Т.к. имеется баг в виде убегающего курсора при обратном порядке подключения, но он сразу же подчиняется, как только подаёшь питание на передатчик.

Высокая чувствительность стиков и резкое перемещение курсора (сложно попадать по кнопкам диалоговых окон).

Дальнейшее развитие

1. Сейчас в разработке корпус для данного прототипа.

2. Также требуется создать систему питания на основе аккумулятора 18 650 с модулями заряда и преобразователя напряжения до 5V.

3. В планах добавить энкодер для имитации колёсика мыши; ряд тактовых кнопок с различными функциями, расширить код — придать действия для осей левого стика.

Заметки

Буду рад вашим предложениям по улучшению и развитию функционала данного девайса. В частности, идеям исправления скорости курсора, придания ему плавности.