Железо для автосимулятора

Автор: zverotechnik
Опубликовано 05.09.2018
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2018!"

13 лет - возраст для Кота хоть и солидный, но для человека самое время чтобы играть, иначе потом и не интересно будет, хотя мне всегда интересно. А как же играть в игры с элементами автосимулятора, если нет игрового руля, педалей и коробки передач? Не у всех усатых детишек есть деньги на столь дорогостоящие аксессуары, поэтому намного проще включить мозги, паяльник и побежать в радиомагазин - тратить бабушкину пенсию.

В основе всего лежит контроллер джойстика, называемый MJOY 8. Про него много информации по ссылкам. Если вкратце, то эта штука позволяет, скажем, владельцу ноутбука, управлять виртуальным автомобилем (самолетом/поездом/пароходом) посредством шести аналоговых входов и собственной клавиатуры.

http://plakhotenko.narod.ru/r_1.html

http://www.joysticks.ru/joysticks/handmade/mjoy.shtml

Если с самим контроллером все более-менее ясно, то остается вопрос - как сделать на нем коробку передач, не прибегая ни к каким слесарным работам?

Можно взять три трехпозиционных мощных тумблера ON-OFF-ON.

Два из них вмонтированы в корпус, а третий прикреплен непосредственно к их ручкам с помощью несложной конструкции из алюминиевого уголка и зажимающей пластинки. Провода от него идут гибкие МГТФ и заходят в отверстия корпуса.

Причем, направление переключения у первого и второго тумблера одинаковое, а у третьего - перпендикулярно двум остальным.
Соответственно, несложно представить, что ручку верхнего тумблера можно двигать по горизонтали и по вертикали - всего получиться 9 разных положений.

Таким образом, по состоянию контактов переключателей мы можем однозначно отследить положение "рычага".

В определении координат рычага участвуют только два тумблера S1.2 и S2. Если их средние выводы заземлить, то с остальных выводов мы сможем прочитать четырехразрядный двоичный код. Для того, чтобы перевести двоичный код в десятичный, требуется дешифратор. Например, на микросхеме К155ИД3.

Данная микросхема переводит двоичную комбинацию в десятичную, выводя логический ноль на вывод, соответствующий десятичному значению этой комбинации.

Таким образом, логический ноль будет только на одном выводе, соответствующем одной передаче. И этот управляющий сигнал мы можем подать на оптопару, которая будет выполнять роль одной из клавиш на контроллере MJoy. Эти оптопары О1 - О6 изображены в правом верхнем углу и подключены к К155ИД3 через резисторы.

Но здесь есть один нюанс - оптопара должна открыться кратковременно, и тут же закрыться. Для этого необходим прерыватель. Он выполнен на обычном реле. Именно для этого и служит тумблер S1.1, работающий синхронно с S1.2. Если посмотреть на нашу "матрицу", видно, что при переключении рычага в самое верхнее и самое нижнее положение по оси Y (где находятся передачи 1-6), данный тумблер будет включать реле К1. Но так как оно запитано через RC цепочку, оно откроется кратковременно. Следовательно, замкнутся контакты К1, кратковременно подав питание на оптопары. В этот момент одна из них откроется и замкнет клавишу на MJoy.

Возникает вопрос - что же делать с нейтралью и задним ходом - ведь реле не будет открываться, когда тумблер Y на средней позиции. Здесь применен ждущий мультивибратор на микросхеме К155АГ3. Он представляет из себя генератор одиночного импульса, запускаемый с фронта или спада входного сигнала. В данном случае он запускается по спаду сигнала с дешифратора К155ИД3. Когда на его входе появляется логический ноль, на выходе появляется кратковременный импульс, который открывает оптопару О7 или О8. Питание этих оптопар постоянное и не зависит от другого прерывателя. Длительность импульса зависит от номиналов конденсатора и резистора, подключенных к выводам C и CR.

Но поскольку тумблеры создают очень большой дребезг контактов, здесь необходима защита от дребезга. В данном случае это небольшая схема задержки на К555ЛА3, которая включена между дешифратором и ждущим мультивибратором. Принцип ее работы заключается в том, что при появлении на ее входе логического нуля, на выходе также возникает ноль, и в течении нескольких миллисекунд она не реагирует на входной сигнал. Этого вполне достаточно, чтобы при постановке на нейтралку или задний ход, оптопара открывалась однократно и не "дергалась" при переходе на другие режимы.

Почему же тогда не сделать такие же устройства и для 1-6 передач?
Дело в том, что электромагнитное реле обеспечивает реалистичную логику работы коробки передач. Т.к. реле запитано через конденсатор емкостью 1000 мкФ, то при "врубании" передачи оно кратковременно открывается зарядным током конденсатора. И для того, чтобы врубить следующую передачу, необходимо повернуть рычаг по оси Y, чтобы дать конденсатору разрядиться через параллельный ему резистор.
Поэтому, просто перескочить с 4-й на 6-ю не получится, нужно обязательно пройтись рычагом по средней линии.
А вот чтобы с нейтралки перейти на заднюю и наоборот, достаточно просто повернуть рычаг вправо или влево.
Оптопары подключены к MJoy таким вот образом - т.е. просто "нажимают" кнопки на клавиатуре. Здесь ошибки нет - у диодных оптопар диоды подключаются именно так.

Оставшиеся кнопки используются для поворотников, света, стеклоочистителей, открывания дверей у автобуса, ручного тормоза, управления обзором и тд.

Далее нам нужно сделать педали - для этого открычиваем петли от бабушкиного шкафа и собираем несложную конструкцию, как на фотографии.

В качестве датчиков будут выступать ИК-диоды и фототранзисторы, зафиксированные относительно друг друга и "смотрящие" в одном направлении. Когда к ним будет приближаться поверхность, отражающая ИК-лучи, фототранзистор начнет пропускать ток.

Сама дверная петля и будет отражать излучение. В крайней точке фототранзистор закрыт, но по мере того как петля будет приближаться к датчику, меняя угол, он будет открываться все больше. Оба оптоэлектронных элемента должны быть защищены от засветок и влияния друг на друга - обмотаны фольгой с клеем.

Светодиоды запитаны через стабилизатор тока на LM317.

Теперь это хотя бы отдаленно напоминает педали.

Многие игры с элементами автосимулятора почему-то не поддерживают сцепление, несмотря на то, что часто имеют "механизм" коробки передач.
Поэтому, для того чтобы полноценно играть, необходимо как-то реализовать этот механизм, хотя бы в аппаратной части.

Для того, чтобы определиться с логикой его работы, нужно обозначить, какие действия возможны/невозможны при нажатой и ненажатой педали сцепления.

1. Когда сцепление нажато, действие педали газа должно блокироваться. При отпускании сцепления, эта блокировка постепенно должна сниматься, и ее не должно быть вовсе при отпущенной педали сцепления.
2. Переключать передачи можно только при нажатой педали сцепления. В других положениях КПП должна быть отключена.
3. Тормозить также позволяется только при нажатой педали сцепления, в других положениях тормоз блокируется. В реальности это, конечно, немного не так, но в данном случае у нас имитация, поэтому эта функция необходима, чтобы не читерить в сложных играх, где требуется реакция.

Первоначально педальные датчики подключаются по следующим схемам:

При нажатии педали фототранзистор открывается, и на входе оси контроллера оказывается напряжение, близкое к нулю. При закрытом фототранзисторе максимальное напряжение устанавливается подстроечными резисторами, оно должно быть 5 вольт.

Чтобы реализовать механизм сцепления, достаточно знать о положении педали сцепления (напряжение на входе соответствующей оси), а также иметь возможность воздействовать на напряжения на других осях, т.е. подтягивать входы к "плюсу". Чтобы заблокировать действие педалей газа или тормоза, достаточно просто подтянуть соответствующий вход к +5 вольт через оптопару, например.

Для контроля над педалью газа достаточно одного повторителя на операционном усилителе LM358.
Поскольку его инверсный вход соединен с выходом, он будет выдавать то же напряжение, что и на неинверсном входе. При нажатии на сцепление оно будет уменьшаться, а значит, оптопара начнет открываться. Транзистор оптопары начнет притягивать вход газа к плюсу, следовательно, будет ослабляться действие педали газа. А при полностью открытом оптроне контроллер не будет реагировать на нее. При отпускании сцепления, транзистор перестает оказывать влияние на вход, и машина трогается с места.

С педалью тормоза и КПП здесь все обстоит сложнее - нужен компаратор, который при нажатии сцепления почти до конца, будет открывать реле.
Собран простой компаратор с гистерезисом. Когда на его инверсном входе достаточно низкое напряжение, он открывает реле, через контакты которого запитаны оптроны коробки передач, и становится возможным переключать передачи. Одновременно закрывается оптопара, т.к. она подключена параллельно переходу транзистора КТ315И. А поскольку эта оптопара притягивает вход педали тормоза, то появляется возможность тормозить. Когда отпускаем сцепление, реле размыкается, а оптрон открывается и блокирует тормоз.
Можно было вместо реле использовать тот же оптрон, или даже просто ключ на транзисторе, но все таки лучше, когда внутри коробки что-то щелкает.

Еще, по хорошему, надо чтобы глушился двигатель при отпущенном сцеплении в некоторых случаях, но для этого схеме необходимо знать, какая передача в данный момент включена, какова скорость (и есть ли она вообще), и как минимум, должна быть соответствующая кнопка, так что нет смысла это делать для одной-двух игр.

И так все вышло довольно реалистично - можно даже капот открыть на случай, если мотор перегреется.

В качестве руля можно использовать что угодно, т.к. в основе его лежит переменный резистор, желательно проволочный. Его можно вкрутить, скажем, в обложку учебника по литературе, или в подходящий пластиковый корпус.

Все вопросы в Форум.