LEGO 76112 Batman Part III - 自製蝙蝠車搖桿3

  終於要把這個系列的貼文做個結束了, 因為工作忙, 加上有一些技術問題要解決, 所以從今年初抽空慢慢做, 到最近才完工。簡單的說, LEGO 76112 Batmobile這台車是由手機透過BLE來控制的, 但是媽媽不給小孩碰手機! 我只好想辦法自己做一個搖桿來搖控這台車。

  這系列貼文的前兩篇:
1. 自製蝙蝠車搖桿1
2. 自製蝙蝠車搖桿2

  經過考慮, 決定只用一個BLE晶片來做和batmobile溝通的工作, 這是最直接省錢的。當然另外還要有一個搖桿, 本來想用兩個搖桿的, 因為這台車是有兩個馬逹, 官方手機APP的操作界面也是設計兩個按鈕來控制這兩個馬逹。但後來, 硬體的工作弄得有點累, 就先偷懶一下了。

圖1. 正面

  圖1, 可見一個BLE晶片的板子, 左上角有Nordic字樣的藍色板子, 這是nRF52840 Dongle。右邊則是搖桿, 基本上和PS2搖桿或XBOX搖桿上所採用的搖桿零件是一模一樣的。不信, 自己拆解看看, 也可以看iFix it的網站資料, 真的是一樣的零件哦! 這個搖桿在電子賣埸都找得到, 有不同價位, 便宜的台幣25元, 貴的100+, 200+, 我用起來, 發覺都一樣! 建議可以買最便宜的就好! 至於最大塊的綠色洞洞板, 只是用來當骨架, 方便固定零件。因為可能日後還要把零件拿下來, 所以都只是用電線假固定。

圖2. 側面

圖2, 側面可以看到nRF52840 Dongle, 焊接了3個藍色的排針和3個黃色的排針, 從上面往下:

• P0.02
• P0.29
• P0.31
• GND
• VDD OUT
• VBUS

用到了P0.02, P0.29, GND, VDD OUT; 另2支針腳沒有使用! nRF52840 Dongle板子後面的SB2要切斷 (open), SB1要焊起來 (close)。P0.02, P0.29用來連接搖桿的類比輸出。GND接地, VDD OUT則接電池正極3V。

圖3. 背面

  圖3, 將CR電池座用雙面膠固定; 這樣的組裝, 我試了, 剛好適合右手單手握持。接線, 沒有幾條, 電池, 搖桿, nRF52840 Dongle的電源接在一起(VCC接VCC, GND接GND); 然後就只有搖桿的兩軸類比輸出接到nRF52840 Dongle的類比輸入, 就這樣沒有了。

  操作方式, 目前的設定是, 搖桿往前推batmobile就前進(2個馬逹同速往前轉), 搖桿往後推就後退(2個馬逹同速後後轉), 搖桿往左推, 那就左轉(右馬逹往前轉), 搖桿往右推就右轉(左馬逹往前轉)。當然, 推到頂的時候馬逹轉速最快, 推到一半, 馬逹的轉速就只有一半。

  在組裝之前, 要先把程式燒錄到nRF52840 Dongle, 我使用Micropython 1.12來開發這個小程式。所以要先將Micropython的環境燒錄上去。做法在之前的貼文有講:
  micropython-112nrf52840-dongle
然後就可以寫自己的程式了, 寫好的程式可以儲存在BLE晶片的Flash裡面。因為我們的程式是持續的檢查搖桿, 一有變動就要送出控制訊號。為了之後容易維護程式, 不要一通電就去執行我們的程式, 否則怕會無法把程式停下來, 會影響程式修改的工作。因此, 在通電開機時, 先檢查按鈕SW1的狀態, 如果是按下的, 才去執行我們的程式; 如果沒有按下, 就只去點亮LED1。這樣, 想要維護程式時就不要按SW1, 只去重開機就可以。要玩的時候, 再按著SW1, 重開機就行了。這個行為可以用以下boot.py來實現:

--- boot.py ----

from board import LED
from machine import Pin
import my

sw1 = Pin('P38', Pin.IN, Pin.PULL_UP)

if sw1() == 1:
    LED(1).on()
else:
    # sw1 was pressed
    LED(2).on()
    my.run('batman.py')

其中的my.py可以在我之前的貼文裡找到:  micropython-on-nucleo-f401re-4-mypy
只是對nrf平台的micropython來說，os物件的實作有點不同，所以要小改一下，但這裡用不到，大家就不要用my.ls()就是。順便提一下這裡的SW1, 如下圖是對應到GPIO P1.06, 那在micropython的程式裡要如何寫才能存取到它呢？就如上文的boot.py程式裡的方法，使用Pin類別，在建構式的第一個傳入參數，用"P38"即可存取到P1.06 (32 + 6 = 38)。此外，52840 User Guide p.13提到：

The buttons are active low, which means that the input will be connected to ground when the button is activated. The SW1 button has no external pull-up resistor, but the reset button (SW2) has a 10 k pull-up resistor. To use SW1, P1.06 must be configured as an input with an internal pull-up resistor.

所以Pin建構式的第二個和第三個參數才會是Pin.IN, Pin.PULL_UP

摘自52840 Dongle User Guide p.12

摘自52840 Dongle User Guide p.13

我們的程式, 則由micropython網站的example code修改一下, 就可以了:


--- batman.py ----

import time
from board import LED
from machine import RTCounter
from machine import ADC, Pin
from ubluepy import Peripheral, Scanner, constants


def leds_off():
    for i in range(4):
        LED(i+1).off()


def bytes_to_str(bytes):
    string = ""
    for b in bytes:
        string += chr(b)
    return string


def get_device_names(scan_entries):
    dev_names = []
    for e in scan_entries:
        scan = e.getScanData()
        if scan:
            for s in scan:
                if s[0] == constants.ad_types.AD_TYPE_COMPLETE_LOCAL_NAME:
                    dev_names.append((e, bytes_to_str(s[2])))
    return dev_names


def find_device_by_name(name):
    s = Scanner()
    scan_res = s.scan(1000)

    device_names = get_device_names(scan_res)
    for dev in device_names:
        if name == dev[1]:
            return dev[0]


# led2 on
leds_off()
LED(2).on()

# scan smart hub
dev = None
while not dev:
    dev = find_device_by_name("Smart Hub")
    time.sleep_ms(100)

# led 4 on
leds_off()
LED(4).on()

# connect smart hub
p = Peripheral()
p.connect(dev.addr())
s = p.getServices()
s1 = s[2]
char_1 = s1.getCharacteristics()[0]

# prepare adc
adc = ADC(Pin(2))
mid = adc.value()

adc_turn = ADC(Pin(29))
mid_turn = adc_turn.value()

l_code = bytearray([0x08,0x00,0x81,0x01,0x11,0x51,0x00,0xda])
r_code = bytearray([0x08,0x00,0x81,0x00,0x11,0x51,0x00,0xda])

old_j_value = 0
old_j_turn_value = 0

def check_adc(timer_id):
    global old_j_value
    global old_j_turn_value
    global adc
    global mid
    global adc_turn
    global mid_turn
    global l_code
    global r_code
    global char_1
 
    j_value = int((adc.value() - mid)/120*100)
    if abs(j_value) < 10:
        j_value = 0
     
    j_turn_value = int((adc_turn.value() - mid_turn)/120*100)
    if abs(j_turn_value) < 50:
        j_turn_value = 0
     
    if j_turn_value != old_j_turn_value:
        if j_turn_value > 0:
            r_code[7] = j_turn_value
            char_1.write(r_code)
        elif j_turn_value < 0:
            l_code[7] = j_turn_value
            char_1.write(l_code)
        else:
            r_code[7] = j_turn_value
            char_1.write(r_code)
            l_code[7] = j_turn_value
            char_1.write(l_code)
        old_j_turn_value = j_turn_value
 
    if j_value != old_j_value:
        l_code[7] = j_value * -1
        r_code[7] = j_value
        char_1.write(l_code)
        char_1.write(r_code)
        old_j_value = j_value

# use RTC1 as RTC0 is used by bluetooth stack
# set up RTC callback every 0.1 second
rtc = RTCounter(1, period=1, mode=RTCounter.PERIODIC, callback=check_adc)

rtc.start()


# while True:
#     time.sleep_ms(100)
#     j_value = int((adc.value() - mid)/120*100)
#     if j_value != old_j_value:
#         l_code[7] = j_value
#         r_code[7] = j_value * -1
#         char_1.write(l_code)
#         char_1.write(r_code)
#         old_j_value = j_value
 

要玩的時候, 只要先按SW1不放, 再重開機, 看到LED2 (RED)點亮, 再去按batmobile的電源按鈕, 等我們的Dongle上的LED4 (BLUE)點亮, 就可以開始用搖桿來控制batmobile了。哈哈!

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Q: 如何把寫好的micropython程式存到Flash?
A: 建議大家用Thonny, 專為python程式開發打造的免費整合式開發環境，很容易使用，可以由COM埠連線到安裝有micropython環境的開發板, 然後寫好程式就可File -> Save Copy, 選擇存到開發板，會看到一些錯誤訊息，但不要緊！其實會存成功！

Q: 所以52840 Dongle上會有幾支micropython程式？
A: 至少有3支: boot.py, my.py, batman.py