2022年4月9日 星期六

｛04｝兩輪智能小車－ESP32 PS3/PS4 遊戲手把控制遙控車

網頁最後修改時間：2022/04/09

相較於用手機螢幕中的虛擬搖桿操作小車，直接用遊戲手把來控制小車，操作感受上有所不同，因此本篇要來介紹怎麼用 PS3/PS4 遊戲手把控制兩輪智能小車。

但要與 PS3/PS4 遊戲手把通訊，除了小車主控晶片要支援藍牙之外，還要特別撰寫與 PS3/PS4 遊戲手把藍牙通訊相關的程式。幸運的是，ESP32 不但支援藍牙通訊且已有封裝好這部分的函式庫可以用，剩下要做的就是，取得 PS3/PS4 遊戲手把的 MAC 地址，撰寫取得需要的按鈕和搖桿的程式後，就可以用來控制小車。

PS3/PS4 遊戲手把上，除了有多顆按鈕之外還有兩個搖桿。有的僅支援數位輸出，也有的不但支援數位輸出也支援類比輸出，而且內建單軸陀螺儀和三軸加速度計能支援體感操作，還能知道電池狀態等...，只要好好利用這些數據資料，就能搭配出不同的控制需求。

** PS3/PS4 遊戲手把除了使用的函式庫不同之外（PS4 功能比較多），本篇所說的步驟幾乎都是相同的，所以就不另外贅述！

本篇內容有：


/*-/--*-*/*/*/*/***//-*-*-**-*/*-*-/*/*/*-*-/-////--/**/**--**/--///--//**----**//--**//**----***//*-**//*

有購買商品的使用者，網頁中所需相關資料已放置於雲端硬碟，請自行下載使用！

其餘的使用者，請自行依照提供之連結下載相關資料，程式碼複製貼上使用！

/*-/--*-*/*/*/*/***//-*-*-**-*/*-*-/*/*/*-*-/-////--/**/**--**/--///--//**----**//--**//**----***//*-**//*


*********************************************************************************

更多機器人（多足、智能小車）相關商品，請至分類賣場。

*********************************************************************************



【（01）取得 PS3/PS4 遊戲手把的 MAC Address】

ESP32 要與 PS3/PS4 遊戲手把做藍牙通訊，首先要先知道 PS3/PS4 遊戲手把的 MAC 地址。雖然有很多方法可以用，但是並不是所有的方法、軟體、APP 所取出的 MAC 地址就是有效且可用的。

經過一些的測試之後發現，Sixaxis Pair Tool 所取得的是正確且有效的 MAC 地址。

下載 Sixaxis Pair Tool


/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* （01-01）軟體操作步驟與使用說明：

在沒有插上 PS3/PS4 遊戲手把到電腦之前，安裝好 Sixaxis Pair Tool 之後打開它，會看到 Current Master: 出現 No device found... 的訊息。

插上 PS3/PS4 遊戲手把到電腦之後，若之前沒有安裝過驅動程式，則  Sixaxis Pair Tool 會自動安裝（安裝驅動程式需要一些時間，要耐心等等）。

若沒有驅動程式需要安裝的問題，那麼原本 Current Master: 地方就會出現 Searching... 的訊息，表示現在偵測到有東西插入到電腦的 USB 埠，軟體就會開始進行 PS3/PS4 遊戲手把的搜尋。

如果軟體有抓到 PS3/PS4 遊戲手把，則原本的 Current Master: 就會出現類似下圖 aa:bb:cc:dd:ee:ff 的 MAC 地址，而這就是下面 ESP32 Arduino 程式連線需要的 MAC 地址，要複製下來。

如果是原廠的 SONY PS3/PS4 遊戲手把，那麼若是有多支遊戲手把想要一起用的時候，作為相互之間辨識的最好方法就是修改 MAC 地址。Sixaxis Pair Tool 為此提供了修改 MAC 地址的功能，只要將要修改的 MAC 地址（例如，11:22:33:44:55:66）填入到 Change Master: 的欄位中，按下 "Update" 即可完成變更。

變更完成後，軟體畫面就會類似下圖所示，上下欄位值都會是一樣的（若是重開新的軟體視窗，至少 Current Master: 要是修改後的值 11:22:33:44:55:66）。

確認是否真的變更成功？建議直接拔掉 USB 線再重新插回電腦做確認。這時 Current Master: 會先變 Searching... 再變成 No device found...，插上 USB 線後就應該要出現類似與上圖同樣的 11:22:33:44:55:66 的欄位值，這樣才能保證被修改完成，也才能使用新修改的 MAC 地址，否則就不能用。

** 下面的程式碼使用修改後的 MAC 地址 11:22:33:44:55:66。


【（02）PS3/PS4 遊戲手把 ESP32 Arduino 函式庫】

PS4 遊戲手把的函式庫是以 PS3 遊戲手把的函式庫為基礎下去修改的，因此兩個函式庫使用的方法類似且差異不大，詳細可自行比較兩者的範例程式。


/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* （02-01）函式庫下載：

如果有購買小車 ESP32 分類套件，函式庫已預先存放至雲端硬碟中，下載解壓縮即可使用。另外，若想自行下載，下載連結如下。

下載 ESP32 Arduino PS3 遊戲手把函式庫

下載 ESP32 Arduino PS4 遊戲手把函式庫


/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* （02-02）遊戲手把的數據輸出範圍：

了解 PS3/PS4 遊戲手把的輸出數據範圍，對於小車動作的操作至關重要！

除了 "SELECT"、"START"、中間 "PS"、搖桿 "L3" 和 "R3" 這五顆按鈕沒有類比輸出數據之外，對於控制器其他的按鈕來說，輸出不但有數位（0 或 1）的數據，而且也有類比（0 至 255）的數據。

對於遊戲手把的兩個搖桿來說，輸出只有類比數據（-128 ~ 127），但要特別留意不同方向所代表的正負值和範圍。

另外，隱藏於遊戲手把內部的東西：陀螺儀 Z 軸和加速度計三軸的體感應用數據，還有就是鋰電池容量狀態等，都在這支遊戲手把裡。


/*--*//**---/*///**---*-*////***--*/*///***----*///--*/*///**--*/*//**--**/*//
* （02-03）函式庫範例程式測試：

打開函式庫的範例程式 Ps3Demo，修改下圖中黃色背景的 MAC 地址。

編譯後上傳到 ESP32 開發板。

打開 "Serial Monitor"，重啟 ESP32，最後按下遊戲手把上的 "PS" 按鈕，過幾秒後，遊戲手把就會和 ESP32 完成連線。這時遊戲手把上的四顆 LED 燈，就會開始由 player 1 至 10 輪流亮起。

按下和操作遊戲手把上的按鈕和搖桿，就能看到與下圖類似的訊息和數據的輸出。

關於小車 ESP32 UNO 開發板的 Arduino IDE 安裝版本和編譯選項的設定，請直接看雲端硬碟裡面的圖片照著安裝和設定即可。如果是使用其他不同的 ESP32 開發板，請自行修改相對應的編譯選項，這裡不再做贅述！

如果不清楚 Arduino IDE 如何安裝 ESP32 開發板套件，請看下面連結網頁中的說明。

** Arduino IDE 安裝 ESP32 開發板套件的說明


【（03）遊戲手把的小車動作組合鍵】

根據上一節 Ps3Demo 程式對遊戲手把的測試輸出訊息和數據，我對小車做了下面幾個動作的規劃：

  • 左轉彎（左輪停止，右輪向前／向後）
    按下 "L1" + 左搖桿上下控制小車右輪向前/向後的速度。

  • 右轉彎（右輪停止，左輪向前／向後）
    按下 "R1" + 左搖桿上下控制小車左輪向前/向後的速度。

  • 逆時針（CCW）旋轉（左輪向後，右輪向前）
    按下 "L2" + 左搖桿上同時控制小車兩個輪子的速度。

  • 順時針（CW）旋轉（右輪向後，左輪向前）
    按下 "R2" + 左搖桿上同時控制小車兩個輪子的速度。

  • 兩個搖桿操作小車的速度和轉向
    左搖桿上下控制小車向前/向後的速度，右搖桿左右控制小車的轉向，兩者相互搭配可控制小車行進的動作。


【（04）遙控車程式框架說明】

有了小車需要的動作組合鍵規劃之後，將這些動作結合 Ps3Demo 範例程式所測試出來的結果，程式可以這樣改寫。

Ps3HotKeyDetect.ino, line: 13 ~ 24, 122 ~ 145 

#include <Ps3Controller.h>

//** VARIABLES **//
// Built-in LED
const uint8_t LED_BUILTIN = 2;
#define BUILTIN_LED  LED_BUILTIN
// Offical PS3 Controller
const char* SONY_PS3_CONTROLLER_BT_MAC_ADDRESS = "11:22:33:44:55:66";
// Joystick Deadzone
const int8_t JOYSTICK_DEAD_ZONE = 10;
// others
bool _deviceConnected = false;

void setup() {
    Serial.begin (115200);

    //** 內建 LED 初始化 */
    pinMode (BUILTIN_LED, OUTPUT);      // power led is blue color
    digitalWrite (BUILTIN_LED, LOW);    // turn off red color led

    //** 馬達驅動板初始化
    // code here...
    // 

    //** PS3 Controller 初始化 */
    // MAC address comes from SixacixPairTool
    Ps3.begin (SONY_PS3_CONTROLLER_BT_MAC_ADDRESS);
    Ps3.attachOnConnect (onConnect);
    Serial.print (F("The ESP32's Bluetooth MAC address is: "));
    Serial.println (Ps3.getAddress());
    Serial.println (F("Waiting for PS3 Controller Connection"));
}

void loop() {
    checkHotKey();
    checkBattery();
}

首先，在程式開頭宣告幾個常數和變數。其中，SONY_PS3_CONTROLLER_BT_MAC_ADDRESS 是從 Sixaxis Pair Tool 取得的 MAC 地址，要根據實際的數據填寫；JOYSTICK_DEAD_ZONE 是雙搖桿動作啟動的判斷值，只有在左搖桿上下值加上右搖桿左右值的加總超過此值，雙搖桿控制的動作才會被觸發和被執行。

setup() 就是硬體的初始化。其中，小車馬達驅動的方式，要依照你實際使用的馬達驅動板，將初始化的程式碼加入到這裡面來；另外，加入 onConnect() 事件，監控 PS3 遊戲手把與 ESP32 UNO 開發板是否已連線？

loop() 函式裡，無限循環監視組合鍵（checkHotKey()）和電池（checkBattery()）的狀態，一但條件達到設定值就會執行相對應的動作。 






  Ps3HotKeyDetect.ino, line: 26 ~ 40



void onConnect() {
    Serial.println (F("PS3 Controll Connected"));

    // 震動左右馬達
    // Turn rumble on full intensity for 1 second
    Ps3.setRumble (100.0, 1000);
    delay(1000);
    // Turn off rumble
    Ps3.setRumble(0.0);

    _deviceConnected = true;

    // led
    digitalWrite (BUILTIN_LED, HIGH);     // turn on red color led
}



  onConnect() 事件一但被觸發，如果遊戲手把有馬達的話，那麼會震動一秒鐘後停止；另外，原本在
  ESP32 UNO 閃爍的紅色 LED 也會變成恆亮。













  Ps3HotKeyDetect.ino, line: 91 ~ 120



void checkBattery() {
    static uint16_t loopTime        = 850;
    static uint8_t loopCount        = 10;
    static unsigned long lastMillis = 0;
    static int battery              = 0;

    if (millis () - lastMillis > loopTime) {
        if (!_deviceConnected) {
            digitalWrite (BUILTIN_LED, !digitalRead(BUILTIN_LED));
        } else {
            if (loopCount++ >= 10 && battery != Ps3.data.status.battery) {
                battery = Ps3.data.status.battery;
                loopTime = 1;
                Serial.print("The controller battery is ");
                if( battery == ps3_status_battery_charging )        Serial.println("charging");
                else if( battery == ps3_status_battery_full )       Serial.println("FULL");
                else if( battery == ps3_status_battery_high )       Serial.println("HIGH");
                else if( battery == ps3_status_battery_low)         Serial.println("LOW");
                else if( battery == ps3_status_battery_dying )      Serial.println("DYING");
                else if( battery == ps3_status_battery_shutdown )   Serial.println("SHUTDOWN");
                else Serial.println("UNDEFINED");
            }
        }
        lastMillis = millis();
    }

}   // checkBattery()



  checkBattery() 函式，每隔
  loopTime
  檢查一次是否已連線，若沒有，改變 BUILTIN_LED
  的開/關狀態，且每隔 10 次 loopTime 檢查一次遊戲手把的電池狀態並輸出。













  Ps3HotKeyDetect.ino, line: 42 ~ 92



void checkHotKey() {
    if (!Ps3.isConnected ()) return;
    
    // 左轉彎
    if (Ps3.data.button.l1 && abs(Ps3.data.analog.stick.ly)) {        
        //** 左轉彎程式碼
        // code here...
        //         
        Serial.print (F("Turn Left: ")); Serial.print (Ps3.data.analog.stick.ly, DEC);
        Serial.println();
    }
    // 右轉彎
    else if (Ps3.data.button.r1 && abs(Ps3.data.analog.stick.ly)) {
        //** 右轉彎程式碼
        // code here...
        //     
        Serial.print (F("Turn Right: ")); Serial.print (Ps3.data.analog.stick.ly, DEC);
        Serial.println();
    }
    // 逆時針旋轉
    else if (Ps3.data.button.l2 && abs(Ps3.data.analog.stick.ly)) {
        //** 逆時針旋轉程式碼
        // code here...
        //     
        Serial.print (F("Rotate CCW: ")); Serial.print (Ps3.data.analog.stick.ly, DEC);
        Serial.println();
    }
    // 順時針旋轉
    else if (Ps3.data.button.r2 && abs(Ps3.data.analog.stick.ly)) {
        //** 順時針旋轉程式碼
        // code here...
        // 
        Serial.print (F("Rotate CW: ")); Serial.print (Ps3.data.analog.stick.ly, DEC);
        Serial.println();
    }
    // 左右搖桿一起操作
    else if (abs(Ps3.data.analog.stick.ly) + abs(Ps3.data.analog.stick.rx) > JOYSTICK_DEAD_ZONE) {
        //** 左右搖桿一起控制程式碼
        // code here...
        // 
        Serial.print(" y="); Serial.print(Ps3.data.analog.stick.ly, DEC);
        Serial.print(" x="); Serial.print(Ps3.data.analog.stick.rx, DEC);
        Serial.println();
    } 
    // 其他動作 
    else {
        //** 小車停止程式碼
        // code here...
        // 
    }
}   // checkHotKey()



  checkHotKey() 函式裡列出了幾個要偵測的按鍵組合，每個按鍵有它的判斷條件，成立時觸發相對應的小車動作。例如，左轉彎被觸發時，小車左輪停止，小車右輪則根據左搖桿上下決定轉向和轉速：正負值決定轉向向前轉或向後轉，數值則乘以二並限制在
  -255 ~ 255 之間， 作為 PWM 值輸出給小車右輪，如下範例程式碼所示。



void motor_turn_left (int8_t speedR){    
    leftDCMotor->setSpeed (0);
    leftDCMotor->run (RELEASE);
    
    if (speedR < 0) {
        rightDCMotor->setSpeed (-map2 (speedR));
        rightDCMotor->run (FORWARD);
    }
    else {
        rightDCMotor->setSpeed (map2 (speedR));
        rightDCMotor->run (BACKWARD);
    }
}



  motor_turn_left()
  是小車左轉彎的實際程式碼，其中，map2() 的功用是將
  speedR
  乘以二，並限制範圍在 -255 ~ 255 之間；其他的函式，望文生義不難了解和實現。








全部程式碼如下所示：



  








【（05）結論】



  文中說明了 PS3/PS4 遊戲手把怎麼與 ESP32
  進行藍牙通訊，並且取得遊戲手把按鍵的組合。利用這些按鍵的組合，可定義出小車不同的動作。




  馬達驅動板有多種形式，但只要掌握轉向和轉速的控制方式，要實現文中沒有特別列出的小車馬達驅動部分程式碼，就很容易！




  若有購買 ESP32
  系列的小車分類套件，展示影片中的程式碼在雲端硬碟中，請自行下載參照。






.


.




<<部落格相關文章>>




  






.


.










張貼者：



於






















標籤：
,







位置：
709台灣台南市安南區











3 則留言:








  1. David Lion2022年10月17日 下午2:12
    Thank you for giving me so much information that I can use. I can't wait for your next blog post.  Proteus Design Suite
    回覆刪除
  2. 黃經理2023年7月9日 清晨7:45
    你好:有個兩輪農用自走車的專案， 想請你合作開發 。如何跟你取得聯繫?
    回覆刪除
    回覆
    1. Ruten.proteus2023年7月9日 上午9:55
      您好：可以使用 GMail 電子郵件，或是露天賣場使用露露通直接溝通。
      刪除











留言屬名為＂Unknown＂或＂不明＂的用戶，大多這樣的留言都會直接被刪除掉，不會得到任何回覆！

發問問題，請描述清楚你（妳）的問題，別人回答前不會想去 "猜" 問題是什麼？

不知道怎麼發問，請看  [公告] 部落格提問須知 - 如何問問題 ! 















        

      









訂閱：
張貼留言 (Atom)