Sensory obrotu, czyli: ktoś nas zrobił w balona
Od czasów joysticków analogowych serii Quickshot i duuużo wcześniej, aż do dnia dzisiejszego mikrokontroler odczytujący dane z sensora położenia wajchy joysticka polegał na zmianie napięcia na wyjściu sensora / wejściu układu sterującego. Początkowo pamiętamy zmiany praktycznie binarne, albo 0V, albo 5V, gdy joysticki były cyfrowe i sensorem był po prostu mikroprzełącznik, potem już w pełnym zakresie 0-5V gdy sensorem stał się potencjometr. Nie rezystancja jest tutaj istotna, ale właśnie zmiana napięcia, potencjometr pracujący w pełnym zakresie pracuje jak dzielnik napięcia. Stąd przeprowadzanie modyfikacji telpodów, które nazwaliśmy „Schmeisser modem” czyli przerobienie ścieżki potencjometru, by kończyła i zaczynała się w granicznych miejscach wychylenia drążka / obrotu osi potencjometru. Typowy telpod ma 270° obrotu, typowy joystick, w okolicach 40° wychylenia, a przetwornik analogowo –cyfrowy mikrokontrolera zwykle 10 bit dokładność – 1024 jednostki na oś. Po prostu podpinając telpoda powodowaliśmy, że napięcie zmieniało się w zakresie zaledwie 15% , od 2,125V do 2,875V, po czym mikrokontroler wyrzucał wartość wychylenia mającą tak naprawdę 151 stabilnych pozycji, a potem się dziwiliśmy czemu joystick precyzyjniejszy po wymianie wadliwych potencjometrów nie jest
Przerobienie potencjometru – skracając ścieżkę – poprawiało oczywiście stan rzeczy dając nam dokładność albo taką z jaka układ mógł pracować, albo zależna od konkretnego potencjometru – im lepszy potencjometr tym było lepiej.
Z niektórymi joystickami przyszła pora na nie-kontaktowe sensory, inkrementalne enkodery optyczne i czujniki halla. Enkodery dają sygnał analogowy, który mikrokontroler zlicza i wyrzuca wartość, dość pewne rozwiązanie, jednakże z powodu gabarytów o ograniczonej rozdzielczości – w joystickach – 128 i 256 pozycji (Ms Sidewinder, Saitek EVO force). To znacznie mniej niż możemy osiągnąć na potencjometrach o czym już tutaj dyskutowaliśmy nie raz.
Halle nas zbawią!
No nie do końca. Jak wiemy czujniki halla mierzą pole magnetyczne i miło wyrzucają zmianę napięcia, więc można je wykorzystać bezpośrednio zamiast potencjometra… tak jakby. W sposób jaki wykorzystywane są czujniki halla w tym środowisku, np. Allegro A1302, na wyjściu mamy ładną charakterystykę liniową, ale zakres zmiany napięć to 1,8V do 3,3V, co ogranicza możliwości uC, obcinając 2/3 zakresu, więc trzeba zastosować wzmacniacz, który ten zakres rozciągnie, ale wtedy trafiamy na problem faktycznej dokładności czujnika, a w zastosowaniu jako czujnik obrotu mamy: (da, da, daaa) 0,3°, innymi słowy nie ma bata wyjść poza dokładność joysticka z FF. Rosjanie ostatnio też i do tego doszli zaczęli kombinować z czujnikami magnetorezystencyjnymi , które dają bardzo pewne i dokładne pomiary obrotu magnesu, praktycznie bez problemów związanych z jego umiejscowieniem (odległością od czujnika) ale, tylko z dokładnością do 1,25°.
Więc i tutaj dochodzimy do czujników halla dwu-osiowych, precyzyjniejsze od klasycznych, duuużo droższe i wykorzystywane przez Thrustmastera w joystickach serii T.16000M i HOTAS Warthog, w obu wypadkach firma chwali się 16 bit dokładnością układów i… częściowo maja rację, zastosowali przetworniki ADC 16 bitowe… ale nie ma szans wykorzystać faktycznie tych 65k unikalnych jednostek pozycji, bo sensor z którego skorzystali pozwala na precyzyjne mierzenie wychylenia w granicach 0,1 do 0,7°. Innymi słowy, z przebranymi Telpodami nadal wypadamy lepiej.
Ostatnio z Damosem przelecieliśmy przez różne typy bezkontaktowych sensorów i ostateczne wnioski są takie:
- chcemy takiej precyzji jak potencjometry, bądź lepszą – bez przekładni miedzy osią joysticka, a sensorem się nie obędzie;
- najpewniejszy bezkontaktowy sensor – enkoder magnetyczny, któryś z 12-bit serii czujników firmy Austriamicrosystems, 0,088° dokładności, sygnał wyjściowy – cyfrowy, mało wrażliwy na pola magnetyczne inne niż magnes który mierzy itp. itd. Dodatkowy plus, np. w wypadku sensora AS5045 – to enkoder absolutny, joystick nie wymagałby kalibracji!
Kilka sztuk właśnie leci FedExem, zobaczymy co to jest warte poza papierem
