Модуль джойстика: читаем оси X-Y и кнопку с Arduino

Модуль джойстика — это вариант стиков с игровых геймпадов, удобный для Arduino. Когда двигаешь ручку влево-вправо и вперёд-назад, он сообщает её положение по двум осям, а если нажать на ручку, срабатывает кнопка внутри. Это самый практичный способ ввода для пультов машинок-роботов, поворотных платформ для камер (pan-tilt), игр на светодиодной матрице и меню на дисплее. Самая распространённая модель известна также как KY-023.

Как работает модуль джойстика?

Под ручкой стоят два потенциометра по 10 kΩ, расположенные под прямым углом друг к другу: один чувствует движение по оси X, другой — по оси Y. Каждый потенциометр работает как делитель напряжения; когда ручка в центре, его движок даёт около 2,5 V, а analogRead() показывает примерно 512. Если отвести ручку до упора в одну сторону, значение приближается к 0, в другую — к 1023. Если нажать на ручку, маленькая кнопка соединяет пин SW с GND.

Какое направление даёт 0, а какое 1023, зависит от того, как держать модуль. Если направления не совпадают с таблицей, когда пины смотрят на тебя, не переживай: ось легко перевернуть в коде, вычтя значение из 1023.

Распиновка и подключение джойстика

Чтение джойстика с Arduino

Код ниже читает обе оси и кнопку и выводит их в монитор порта. Кнопка при нажатии замыкается на GND, а на большинстве модулей нет подтягивающего резистора, поэтому пин SW нужно настроить как INPUT_PULLUP (внутренняя подтяжка, pull-up); тогда он читает HIGH, когда кнопка отпущена, и LOW, когда нажата.

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}

Мёртвая зона и калибровка

В жизни отпущенная ручка показывает не ровно 512, а что-то вроде 495 или 525, и значение дрожит на несколько единиц. Если это не исправить, машинка-робот ползёт вперёд или сервопривод дёргается, хотя к джойстику никто не прикасается. Решение в два шага: при запуске измерить и сохранить центральное значение (калибровка) и игнорировать небольшие отклонения около центра (мёртвая зона). Функция ниже превращает каждую ось в чистое значение от -100 до +100, где центр ровно 0:

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}

Определение направлений: вверх, вниз, влево, вправо

В играх и меню часто нужно не точное положение, а только направление. Сравнивая значения с двумя порогами, можно превратить джойстик в четырёхпозиционную крестовину. Для навигации по меню нужно, чтобы каждое отклонение считалось одним шагом, поэтому в коде есть короткая задержка, или новые шаги игнорируются, пока ручка не вернётся в центр.

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}

Управление сервоприводом джойстиком

Если отобразить одну ось джойстика на 0–180 градусов, сервоприводом можно управлять вручную; с двумя осями и двумя сервоприводами получится поворотная платформа pan-tilt, которая поворачивает камеру влево-вправо и вверх-вниз. Про подключение сервопривода и питание читай в статье Что такое сервопривод?

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}

Джойстик с ESP32 и Raspberry Pi Pico

АЦП у ESP32 12-битный и даёт значения от 0 до 4095, но из-за его нелинейности центр часто получается около 1800–1950, а не 2048. Поэтому способ калибровки, описанный выше, на ESP32 ещё важнее. Если будешь использовать Wi-Fi, подключай оси к пинам ADC1 (GPIO 32–39). На Pico аналоговые входы — GP26–GP28, а read_u16() возвращает значения от 0 до 65535:

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)

Идеи проектов с джойстиком

• Пульт для машинки-робота: подключи джойстик к плате-передатчику и отправляй команды машинке через nRF24L01 или Bluetooth.
• Камера pan-tilt: направляй камеру в любую сторону двумя сервоприводами и одним джойстиком.
• Змейка на светодиодной матрице: управляй змейкой на матрице 8x8 джойстиком.
• Меню на дисплее: перемещайся по пунктам вверх и вниз и выбирай кнопкой; про дисплей читай в статье I2C LCD-дисплей.
• Выбор цвета: управляй RGB-светодиодом, задавая цвет осью X, а яркость — осью Y.
• Компьютерная мышь: преврати джойстик в настоящую USB-мышь с Arduino Leonardo или Pro Micro.

Частые ошибки и как их исправить

• Кнопка кажется нажатой, хотя её не трогают: пин SW не настроен как INPUT_PULLUP; пин «висит» в воздухе и читает случайные значения.
• В покое значение не 512 и дрожит: это нормально; откалибруй центр при запуске и добавь мёртвую зону.
• Оси перевёрнуты или перепутаны: дело в ориентации модуля; вычти значение из 1023 или поменяй местами провода VRx и VRy.
• На ESP32 центр не 2048: АЦП ESP32 нелинейный; измерь центр при запуске и считай от него.
• Сервопривод дрожит или Arduino перезагружается: сервопривод перегружает 5 V Arduino; питай его от отдельного источника 5 V и соедини земли.

Джойстик — это, по сути, два потенциометра и кнопка, поэтому статьи Что такое потенциометр? и Как подключить кнопку к Arduino закрепят то, что ты здесь узнаешь. В приложении BlueGrays есть проекты с управлением светодиодами и сервоприводами от джойстика и игра «Змейка» на светодиодной матрице — со схемами подключения и кодом.