ジョイスティックモジュールの使い方：ArduinoでX・Y軸とボタンを読み取る

ジョイスティックモジュールは、ゲームコントローラーのアナログスティックをArduinoで使いやすくしたものです。スティックを左右や前後に動かすと2つの軸で位置を知らせ、スティックを押し込むと中のボタンが反応します。ロボットカーのリモコン、パン・チルトのカメラ台、LEDマトリクスのゲーム、ディスプレイのメニューに、いちばん手軽に使える入力部品です。もっとも一般的なモデルはKY-023とも呼ばれます。

ジョイスティックモジュールはどう動く？

スティックの下には、互いに直角に置かれた10 kΩのポテンショメーターが2つあります。1つはX軸、もう1つはY軸の動きを検知します。各ポテンショメーターは分圧回路として働き、スティックが中央にあるとワイパーは約2.5 Vを出し、analogRead()は約512を読み取ります。スティックを一方の端まで倒すと値は0に近づき、反対側に倒すと1023に近づきます。スティックを押し込むと、小さなボタンがSWピンをGNDにつなぎます。

どの方向で0になり、どの方向で1023になるかは、モジュールの持ち方によって変わります。ピンを手前に向けたときに方向がこの表と違っていても心配いりません。コードで値を1023から引けば、軸を簡単に反転できます。

ジョイスティックのピン配置と配線

Arduinoでジョイスティックを読み取る

下のコードは両方の軸とボタンを読み取り、シリアルモニタに表示します。ボタンは押すとGNDにつながり、ほとんどのモジュールにはプルアップ抵抗がないので、SWピンはINPUT_PULLUPに設定する必要があります。こうすると、離しているときはHIGH、押したときはLOWになります。

1const int X_PIN = A0;
2const int Y_PIN = A1;
3const int SW_PIN = 2;
4
5void setup() {
6  pinMode(SW_PIN, INPUT_PULLUP);   // basınca LOW / LOW when pressed
7  Serial.begin(9600);
8}
9
10void loop() {
11  int x = analogRead(X_PIN);       // 0–1023, ortada ~512 / ~512 at center
12  int y = analogRead(Y_PIN);
13  bool pressed = digitalRead(SW_PIN) == LOW;
14
15  Serial.print("X: ");  Serial.print(x);
16  Serial.print("  Y: "); Serial.print(y);
17  Serial.print("  Buton / button: ");
18  Serial.println(pressed ? "basılı / pressed" : "-");
19  delay(100);
20}

デッドゾーンとキャリブレーション

実際には、スティックから手を離しても値はぴったり512にはならず、495や525のような値で数ずつ揺れます。これを直さないと、ジョイスティックに触れていないのにロボットカーが少しずつ前に進んだり、サーボがぴくぴく動いたりします。対策は2段階です。起動時に中央の値を測って保存し（キャリブレーション）、中央に近い小さなずれは無視します（デッドゾーン）。下の関数は、各軸を中央がぴったり0になる-100〜+100のきれいな値に変えます。

1int centerX, centerY;
2const int DEAD_ZONE = 40;
3
4int readAxis(int pin, int center) {
5  int v = analogRead(pin) - center;
6  if (abs(v) < DEAD_ZONE) return 0;                              // ölü bölge / dead zone
7  if (v > 0) return map(v, DEAD_ZONE, 1023 - center, 0, 100);    // sağ ya da aşağı / right or down
8  return map(v, -center, -DEAD_ZONE, -100, 0);                   // sol ya da yukarı / left or up
9}
10
11void setup() {
12  Serial.begin(9600);
13  centerX = analogRead(A0);   // açılışta joystick'e dokunma / don't touch it at startup
14  centerY = analogRead(A1);
15}
16
17void loop() {
18  Serial.print(readAxis(A0, centerX));
19  Serial.print(", ");
20  Serial.println(readAxis(A1, centerY));
21  delay(50);
22}

方向を判定する：上、下、左、右

ゲームやメニューでは、正確な位置ではなく方向だけが必要なことがよくあります。値を2つのしきい値と比べれば、ジョイスティックを4方向の十字キーとして使えます。メニューの移動では1回倒すごとに1ステップだけ進んでほしいので、コードでは短い待ち時間を入れるか、スティックが中央に戻るまで新しいステップを無視します。

1void loop() {
2  int x = analogRead(A0);
3  int y = analogRead(A1);
4  if (x < 300)      Serial.println("Sol / left");
5  else if (x > 700) Serial.println("Sağ / right");
6  else if (y < 300) Serial.println("Yukarı / up");
7  else if (y > 700) Serial.println("Aşağı / down");
8  delay(150);
9}

ジョイスティックでサーボモーターを制御する

ジョイスティックの1つの軸を0〜180度に対応させれば、サーボモーターを手で動かせます。2つの軸と2つのサーボを使えば、カメラを左右と上下に向けられるパン・チルト台になります。サーボの配線と電源の注意点はサーボモーターとは？を参照してください。

1#include <Servo.h>
2
3Servo panServo;
4
5void setup() {
6  panServo.attach(9);
7}
8
9void loop() {
10  int x = analogRead(A0);
11  int angle = map(x, 0, 1023, 0, 180);   // joystick → açı / joystick → angle
12  panServo.write(angle);
13  delay(15);
14}

ESP32とRaspberry Pi Picoでジョイスティックを使う

ESP32のADCは12ビットで0〜4095の値を返しますが、ADCが直線的ではないため、中央の値は2048ではなく1800〜1950あたりになることがよくあります。そのため、ESP32では上のキャリブレーションの方法がさらに重要になります。Wi-Fiを使う場合は、軸をADC1のピン（GPIO 32〜39）につないでください。Picoのアナログ入力はGP26〜GP28で、read_u16()は0〜65535の値を返します。

1from machine import ADC, Pin
2import time
3
4x_axis = ADC(26)                        # GP26 → VRx
5y_axis = ADC(27)                        # GP27 → VRy
6button = Pin(15, Pin.IN, Pin.PULL_UP)   # SW, basınca 0 / 0 when pressed
7
8while True:
9    x = x_axis.read_u16()               # 0–65535, ortada ~32768 / ~32768 at center
10    y = y_axis.read_u16()
11    print(x, y, "BASILI / PRESSED" if button.value() == 0 else "")
12    time.sleep(0.1)

ジョイスティックのプロジェクトアイデア

• ロボットカーのリモコン：ジョイスティックを送信側のボードにつなぎ、nRF24L01やBluetoothで車に命令を送ります。
• パン・チルトカメラ：2つのサーボと1つのジョイスティックで、カメラを好きな方向に向けます。
• LEDマトリクスのスネークゲーム：8x8のマトリクス上のヘビをジョイスティックで操作します。
• ディスプレイのメニュー：上下で選択肢を移動し、ボタンで決定します。ディスプレイ側はI2C LCDディスプレイの使い方を参照してください。
• カラーピッカー：X軸で色を、Y軸で明るさを設定してRGB LEDを操作します。
• パソコンのマウス：Arduino LeonardoやPro Microを使い、ジョイスティックを本物のUSBマウスにします。

よくあるミスと直し方

• 押していないのにボタンが押されたように見える：SWピンがINPUT_PULLUPになっていません。ピンがフローティング状態なので、ランダムな値を読み取ります。
• 止まっているときに値が512にならず揺れる：これは正常です。起動時にキャリブレーションし、デッドゾーンを加えてください。
• 軸が逆、または入れ替わっている：モジュールの向きの問題です。値を1023から引くか、VRxとVRyの線を入れ替えてください。
• ESP32で中央が2048にならない：ESP32のADCは直線的ではありません。起動時に中央を測り、それをもとに計算してください。
• サーボががたつく、またはArduinoがリセットする：サーボがArduinoの5 Vに負担をかけすぎています。サーボは別の5 V電源から給電し、GNDどうしをつないでください。

ジョイスティックは、実は2つのポテンショメーターと1つのボタンにすぎません。ポテンショメーターとは？とArduinoに押しボタンをつなぐ方法を読むと、ここで学んだことがさらに身につきます。BlueGraysアプリには、ジョイスティックでのLEDとサーボの制御、LEDマトリクスのスネークゲームのプロジェクトが回路図とコード付きで載っています。