ESP32 - Joystick - Servomotor
Diese Anleitung zeigt, wie Sie zwei Servomotoren oder ein Pan-Tilt-Kit mit einem ESP32 und einem Joystick unter MicroPython steuern.
Ein Joystick enthält zwei Steuerelemente, sogenannte Potentiometer, die kreuzförmig angeordnet sind und als X-Achse und Y-Achse bezeichnet werden. Diese Potentiometer erzeugen Signale, den X-Wert und den Y-Wert, die von den Pins VRX und VRY des Joysticks kommen. Mit diesen Signalen werden zwei Servomotoren gesteuert: Der X-Wert steuert Servomotor #1, der Y-Wert steuert Servomotor #2. In Verbindung mit einem Pan-Tilt-Kit arbeiten die beiden Servomotoren zusammen, um Bewegungen in drei Dimensionen auszuführen.
Die Anwendung kann auf zwei Arten genutzt werden:
- Anwendungsfall 1: Die Bewegung des Joysticks steuert die Servomotoren:
- Die Winkel der Servomotoren entsprechen den Links-Rechts- (X) und Auf-Ab-Bewegungen (Y) des Joysticks.
- Wird der Joystick losgelassen, kehren er und die Servomotoren in ihre Ausgangsposition zurück.
- Anwendungsfall 2: Den Joystick verwenden, um den Servomotoren Befehle zu geben:
- Wird der Joystick nach links bewegt, dreht sich Servomotor #1 im Uhrzeigersinn.
- Wird der Joystick nach rechts bewegt, dreht sich Servomotor #1 gegen den Uhrzeigersinn.
- Wird der Joystick nach oben bewegt, dreht sich Servomotor #2 im Uhrzeigersinn.
- Wird der Joystick nach unten bewegt, dreht sich Servomotor #2 gegen den Uhrzeigersinn.
- Wird der Joystick losgelassen, behalten die Servomotoren ihre aktuelle Position bei.
- Durch Drücken des Joystick-Knopfes werden die Servomotoren in die Mittelposition zurückgesetzt.
- ESP32 MicroPython Erste Schritte Tutorial
- So verbinden Sie den ESP32 mit Joystick und Servomotor über ein Breadboard
- So verbinden Sie den ESP32 mit Joystick und Servomotor über ein Schraubklemmen-Breakout-Board
- Stellen Sie sicher, dass die Thonny IDE auf Ihrem Computer installiert ist.
- Vergewissern Sie sich, dass die MicroPython-Firmware auf Ihrem ESP32-Board installiert ist.
- Wenn Sie zum ersten Mal einen ESP32 mit MicroPython verwenden, lesen Sie die Anleitung ESP32 MicroPython Erste Schritte mit Schritt-für-Schritt-Anweisungen.
- Verbinden Sie das ESP32-Board gemäß dem Schaltplan mit dem Joystick und dem Servomotor.
- Verbinden Sie das ESP32-Board über ein USB-Kabel mit Ihrem Computer.
- Öffnen Sie die Thonny IDE auf Ihrem Computer.
- Gehen Sie in der Thonny IDE zu Tools Options.
- Wählen Sie im Tab Interpreter aus dem Dropdown-Menü MicroPython (ESP32) aus.
- Stellen Sie sicher, dass der richtige Port ausgewählt ist. Die Thonny IDE erkennt ihn normalerweise automatisch, eventuell müssen Sie ihn aber manuell auswählen (z. B. COM12 unter Windows oder /dev/ttyACM0 unter Linux).
- Navigieren Sie in der Thonny IDE zu Tools Manage packages.
- Suchen Sie nach “DIYables-MicroPython-Servo” und finden Sie die von DIYables erstellte Servomotor-Bibliothek.
- Klicken Sie auf DIYables-MicroPython-Servo und dann auf die Schaltfläche Install, um die Servomotor-Bibliothek zu installieren.
- Suchen Sie nach “DIYables-MicroPython-Joystick” und finden Sie die von DIYables erstellte Joystick-Bibliothek.
- Klicken Sie auf DIYables-MicroPython-Joystick und dann auf die Schaltfläche Install, um die Joystick-Bibliothek zu installieren.
- Kopieren Sie den bereitgestellten MicroPython-Code und fügen Sie ihn in den Editor von Thonny ein.
- Speichern Sie den Code auf Ihrem ESP32:
- Klicken Sie auf die Schaltfläche Save oder drücken Sie Ctrl+S.
- Wählen Sie im Speicherdialog MicroPython device.
- Nennen Sie die Datei main.py.
- Klicken Sie auf die grüne Schaltfläche Run (oder drücken Sie F5), um das Skript auszuführen.
- Drücken Sie den Joystick in eine beliebige Richtung.
- Beobachten Sie, wie sich der Servomotor dreht.
- Sehen Sie sich die Meldung in der Shell unten in Thonny an.
- Der ESP32-ADC ist nicht perfekt genau und muss für präzise Ergebnisse eventuell kalibriert werden. Jedes ESP32-Board kann leicht abweichen, daher ist eine Kalibrierung für jedes einzelne Board erforderlich.
- Die Kalibrierung kann besonders für Anfänger schwierig sein und liefert nicht immer genau die gewünschten Ergebnisse.
- Kopieren Sie den obigen Code und fügen Sie ihn in den Editor der Thonny IDE ein.
- Speichern Sie das Skript auf Ihrem ESP32-Board.
- Klicken Sie auf die grüne Schaltfläche Run (oder drücken Sie F5), um das Skript auszuführen.
- Bewegen Sie den Joystick in eine beliebige Richtung.
- Beobachten Sie, wie sich der Servomotor dreht.
- Sehen Sie sich die Meldung in der Shell unten in Thonny an.
Erforderliche Hardware
Oder Sie können die folgenden Kits kaufen:
| 1 | × | DIYables ESP32 Starter-Kit (ESP32 enthalten) | |
| 1 | × | DIYables Sensor-Kit (18 Sensoren/Displays) |
Offenlegung: Einige der in diesem Abschnitt bereitgestellten Links sind Amazon-Affiliate-Links. Wir können eine Provision für Käufe erhalten, die über diese Links getätigt werden, ohne zusätzliche Kosten für Sie. Wir schätzen Ihre Unterstützung.
Kaufhinweis: Falls Sie mehrere Servomotoren verwenden möchten, empfehlen wir die Verwendung des PCA9685 16 Channel PWM Servo Driver Module, um MCU-Pins zu sparen und die Verdrahtung zu vereinfachen.
Überblick über Joystick and Servo Motor
Wenn Sie neu im Umgang mit Joystick, Servomotor oder der MicroPython-Programmierung für den ESP32 sind, empfehle ich Ihnen diese Tutorials:
Diese Tutorials vermitteln Ihnen ein umfassendes Verständnis der Pinbelegung von Joystick und Servomotor, wie Sie diese Komponenten mit dem ESP32 verbinden und wie Sie ihr Verhalten mit MicroPython-Code effektiv steuern.
Verdrahtungsdiagramm
Dieses Bild wurde mit Fritzing erstellt. Klicken Sie, um das Bild zu vergrößern.
ESP32 MicroPython-Code
ESP32 MicroPython-Code - Die Servomotoren drehen sich entsprechend der Bewegung des Joystick-Hebels
/*
* Dieser ESP32 MicroPython Code wurde von newbiely.de entwickelt
* Dieser ESP32 MicroPython Code wird der Öffentlichkeit ohne jegliche Einschränkung zur Verfügung gestellt.
* Für vollständige Anleitungen und Schaltpläne besuchen Sie bitte:
* https://newbiely.de/tutorials/esp32-micropython/esp32-micropython-joystick-servo-motor
*/
from DIYables_MicroPython_Joystick import Joystick
from DIYables_MicroPython_Servo import Servo
from machine import Pin, ADC
import time
JOYSTICK_X_PIN = 36 # The ESP32 pin GPIO36 (ADC0) connected to VRX pin of joystick
JOYSTICK_Y_PIN = 39 # The ESP32 pin GPIO39 (ADC3) connected to VRY pin of joystick
BUTTON_PIN = 23 # The ESP32 pin GPIO23 connected to SW pin of joystick
SERVO_X_PIN = 13 # The ESP32 pin GPIO13 connected to Servo motor 1
SERVO_Y_PIN = 25 # The ESP32 pin GPIO25 connected to Servo motor 2
adc_vrx = ADC(Pin(JOYSTICK_X_PIN))
adc_vry = ADC(Pin(JOYSTICK_Y_PIN))
# Set the ADC width (resolution) to 12 bits
adc_vrx.width(ADC.WIDTH_12BIT)
adc_vry.width(ADC.WIDTH_12BIT)
# Set the attenuation to 11 dB, allowing input range up to ~3.3V
adc_vrx.atten(ADC.ATTN_11DB)
adc_vry.atten(ADC.ATTN_11DB)
joystick = Joystick(pin_x=JOYSTICK_X_PIN, pin_y=JOYSTICK_Y_PIN, pin_button=BUTTON_PIN)
# Initialize the two servos
xServo = Servo(SERVO_X_PIN) # Use the constant for the X servo pin
yServo = Servo(SERVO_Y_PIN) # Use the constant for the Y servo pin
# Function to map the joystick value to servo angle
def map_value(value, in_min, in_max, out_min, out_max):
return int((value - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min)
# Main loop
while True:
joystick.loop() # Must be called frequently to process joystick data
# Read the X and Y axis values (12-bit resolution from the library)
x_value = joystick.read_x()
y_value = joystick.read_y()
# Map the 12-bit values (0 to 4095) to servo angles (0 to 180 degrees)
x_angle = map_value(x_value, 0, 4095, 0, 180)
y_angle = map_value(y_value, 0, 4095, 0, 180)
# Move the servos to the mapped angles
xServo.move_to_angle(x_angle)
yServo.move_to_angle(y_angle)
# Print the joystick's X and Y values and the corresponding servo angles
print(f'Joystick X: {x_value}, Y: {y_value} => Servo X Angle: {x_angle}°, Y Angle: {y_angle}°')
time.sleep(0.05) # Delay to reduce the output frequency
Schnelle Schritte
So richten Sie Ihren MicroPython-Code auf dem ESP32 mit der Thonny IDE ein und führen ihn aus:
Shell x
>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT
MPY: soft reboot
MicroPython (ESP32) • CP2102 USB To UART Bridge Controller @ COM12 ≡
※ Notiz:
Dieses Tutorial zeigt, wie Sie mit der Funktion adc.read() Werte von einem ADC (Analog-Digital-Wandler) auslesen, der mit einem Joystick verbunden ist. Der ADC des ESP32 eignet sich für Projekte, die keine hohe Präzision erfordern. Wenn Ihr Projekt jedoch genaue Messungen benötigt, beachten Sie Folgendes:
Für Projekte mit hohen Präzisionsanforderungen sollten Sie einen externen ADC (z. B. ADS1115) mit dem ESP32 verwenden oder einen Arduino wählen, der einen zuverlässigeren ADC besitzt. Wenn Sie den ESP32-ADC dennoch kalibrieren möchten, lesen Sie den ESP32 ADC Calibration Driver.
ESP32 MicroPython-Code - Mit dem Joystick den Servomotoren Befehle geben
/*
* Dieser ESP32 MicroPython Code wurde von newbiely.de entwickelt
* Dieser ESP32 MicroPython Code wird der Öffentlichkeit ohne jegliche Einschränkung zur Verfügung gestellt.
* Für vollständige Anleitungen und Schaltpläne besuchen Sie bitte:
* https://newbiely.de/tutorials/esp32-micropython/esp32-micropython-joystick-servo-motor
*/
from DIYables_MicroPython_Joystick import Joystick
from DIYables_MicroPython_Servo import Servo
from machine import Pin, ADC
import time
JOYSTICK_X_PIN = 36 # The ESP32 pin GPIO36 (ADC0) connected to VRX pin of joystick
JOYSTICK_Y_PIN = 39 # The ESP32 pin GPIO39 (ADC3) connected to VRY pin of joystick
BUTTON_PIN = 23 # The ESP32 pin GPIO23 connected to SW pin of joystick
SERVO_X_PIN = 13 # The ESP32 pin GPIO13 connected to Servo motor 1
SERVO_Y_PIN = 25 # The ESP32 pin GPIO25 connected to Servo motor 2
adc_vrx = ADC(Pin(JOYSTICK_X_PIN))
adc_vry = ADC(Pin(JOYSTICK_Y_PIN))
# Set the ADC width (resolution) to 12 bits
adc_vrx.width(ADC.WIDTH_12BIT)
adc_vry.width(ADC.WIDTH_12BIT)
# Set the attenuation to 11 dB, allowing input range up to ~3.3V
adc_vrx.atten(ADC.ATTN_11DB)
adc_vry.atten(ADC.ATTN_11DB)
joystick = Joystick(pin_x=JOYSTICK_X_PIN, pin_y=JOYSTICK_Y_PIN, pin_button=BUTTON_PIN)
# Initialize the two servos
xServo = Servo(SERVO_X_PIN) # Use the constant for the X servo pin
yServo = Servo(SERVO_Y_PIN) # Use the constant for the Y servo pin
# Define commands
COMMAND_NO = 0x00
COMMAND_LEFT = 0x01
COMMAND_RIGHT = 0x02
COMMAND_UP = 0x04
COMMAND_DOWN = 0x08
# Define thresholds and intervals
LEFT_THRESHOLD = 1000
RIGHT_THRESHOLD = 3000
UP_THRESHOLD = 1000
DOWN_THRESHOLD = 3000
UPDATE_INTERVAL = 100 # 100ms
# Initialize variables
xAngle = 90 # The center position of servo #1
yAngle = 90 # The center position of servo #2
command = COMMAND_NO
last_update_time = time.ticks_ms()
# Function to ensure the angle stays within the 0 to 180 degree range
def limit_angle(angle):
if angle < 0:
return 0
elif angle > 180:
return 180
return angle
while True:
joystick.loop() # Process joystick data
current_time = time.ticks_ms()
if time.ticks_diff(current_time, last_update_time) > UPDATE_INTERVAL:
last_update_time = current_time
# Read X and Y analog values
x_value = joystick.read_x()
y_value = joystick.read_y()
# Reset command
command = COMMAND_NO
# Check left/right commands
if x_value < LEFT_THRESHOLD:
command |= COMMAND_LEFT
elif x_value > RIGHT_THRESHOLD:
command |= COMMAND_RIGHT
# Check up/down commands
if y_value < UP_THRESHOLD:
command |= COMMAND_UP
elif y_value > DOWN_THRESHOLD:
command |= COMMAND_DOWN
# Print and process commands
if command & COMMAND_LEFT:
print("COMMAND LEFT")
xAngle -= 1
if command & COMMAND_RIGHT:
print("COMMAND RIGHT")
xAngle += 1
if command & COMMAND_UP:
print("COMMAND UP")
yAngle -= 1
if command & COMMAND_DOWN:
print("COMMAND DOWN")
yAngle += 1
# Limit the angles to the range of 0 to 180 degrees
xAngle = limit_angle(xAngle)
yAngle = limit_angle(yAngle)
# Handle button press
if joystick.is_pressed():
print("The button is pressed")
xAngle = 90 # Reset to center position
yAngle = 90
# Move servos to the calculated angles
xServo.move_to_angle(xAngle)
yServo.move_to_angle(yAngle)
# Print servo angles to console
print(f"Servo Motor's Angle: {xAngle}°, {yAngle}°")
Schnelle Schritte
Shell x
>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT
MPY: soft reboot
MicroPython (ESP32) • CP2102 USB To UART Bridge Controller @ COM12 ≡
Code-Erklärung
Sehen Sie sich die Erklärungen in den Kommentaren des Quellcodes an.
Video Tutorial
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