1   序

近来有点喜欢玩《极品飞车》，所以买了一个游戏方向盘。

快递到后，迫不及待地拆开，才玩了一会，就想把它扔掉，手感实在有点烂，微微地打方向一点反应都没有，再打多点突然间像打鸡血一样猛转方向，还不如键盘来得爽。扔垃圾筒有点可惜，想了想，觉得可以花点心思改造一下，打造一个不错的游戏控制器。

家里能与“速度与激情”扯上点关系的，就只有1楼已经废弃了10年的简易跑步机，和一台邻居送的很破的自行车。

我选择了自行车，个人觉得把自行车的后轮架起来，操控起来实在很自然。另外还有一个原因，我搬不动跑步机。

基本设计如下：

• 自行车车头 ————> 赛车方向盘
• 自行车脚踏 ————> 赛车油门
• 自行车左刹车 ————> 赛车脚刹
• 自行车右刹车 ————> 赛车手刹或氮气加速

2   设计思路

一般游戏方向盘都在方向盘和油门刹车上装有线性电位器，当玩家打方向盘或踩下油门刹车的时候，电位器的阻值改变，通过AD转换测量加到电阻器的变化电压，从而得知方向盘或油门刹车的改变量，再通过MCU或usb芯片与电脑通讯。

由于我不太懂usb通讯方面的知识，所以就直接采用“拿来主义”，取得方向盘的主电路板来制作。

简单来说，只要输入一个相应电阻给方向盘的主电路板，便可以“骗”它进行工作，发送相应数据给上位机（电脑《极品飞车》），而我们要做的工作，就是使用一些传感器，来测量自行车的一些参数（速度，车头转向，是否刹车），通过MCU处理后，改变数字电位器，接入到方向盘的主电路板中，便可。

请看详细图示：

3   工具

• 自行车一台，自行车骑行台一只。
• 霍尔传感器模块，微动开关，LPC2013最小系统模块，电子罗盘模块，加速度传感器模块
• ULINK调试器、电脑一台，MDK keil4开发环境，万用表
• 玩电子的必备工具：电烙铁，锡线，吸锡器，螺丝笔一套，镊子，防水胶布，台钻，扎带等等，反正焊接电路板该有的都要有，不细细述说了。

4   方向盘拆解

把方向盘拆开，测量一些参数：

• 方向盘线性电位器的最大阻值，左右方向方向盘均打尽的阻值，方向盘居中的阻值。
• 未踩下刹车时的阻值，踩尽刹车时的阻值。
• 未踩下油门时的阻值，踩尽油门时的阻值。

经过测量发现，刹车和油门共用一个线性电位器。

而对于方向盘来说，方向盘居中时，其电位器阻值刚好是最大阻值一半，如此一来，就没有必要过多关注其电阻值了。

• 虽然如此，选用的电位器相差不要超过一个数量级为好。

5   电路设计与焊接

1.由于买回来的ARM7 2103模块已经是最小系统，所有管脚直接引出，因此只需要将其管脚用板略为引伸，接上座子，方便安装便可。整个MCU模块所用到的管脚有——SPI0管脚，I2C0管脚，外部中断2个，一些GPIO口接指示LED、触动开关（可有可无），UART0管脚（调试输出数据用，可有可无）等。

电路图就不需要给出了，如果你以上基本都能看懂或是学过ARM的，那肯定知道怎么接，我只是画了个草图，就开始焊接了，焊好的板子如下。

2.把方向盘的主电路板和转接板取出来，焊到一块万用板上，焊上接线座，方便安装。

为了方便安装，我另外还给两个霍尔传感器和加速度传感器、电子罗盘加焊了几块电路板，加上接线座子。全家福一张。

6   模块详细介绍

1.霍尔传感器（测量自行车的速度）

霍尔传感器模块是这样工作的，3个管脚，VCC脚，GND脚，DATA脚，缺省状态DATA脚输出低电平，若有磁石靠近，产生磁场切割，便会输出一个高电平，当磁石远离传感器，又恢复低电平。

所以在自行车的脚踏边上贴上一个磁石，把两个霍尔传感器模块装到脚踏经过的两边位置，在踩自行车时，通过计算两只霍尔传感器的时间差，来获得骑车人踩单车的速度，由此对应赛车油门的深浅。

2.电子罗盘，加速度传感器模块（测量自行车的转角）

我使用的这款电子罗盘的芯片型号为HMC5883L，I2C接口，75HZ的数据读取频率，没太多好说的，上电复位，通过I2C接口设置好工作参数和工作模式，就可以读取数据了。数据的模式是地磁在XYZ轴的分量，还搞得不是非常懂。XYZ轴的基准与芯片的位置有关。不过取出数据按照芯片手册计算，就可以测得与地磁的夹角。

模块上还有一个ADXL345加速度传感器，一样是I2C接口，主要是因为自行车的车头旋转平面并不是完全水平的，因为自行车的车头轴（不知道是不是这样称呼）与地平面有一个夹角，所以就导致了——整个模块无法工作在水平面中，也就是说电子罗盘的XY轴形成的平面，不与水平面平行，Z轴的地磁分量肯定不为0，至少大部分时间不为0。

说了这么多ADXL345加速度传感器就是用来测量水平倾角，对电子罗盘的数据进行校正的。

事实上，我另外还买了一个模块，上面集成了一个加速度传感器和一个角速度传感器，本来是怕一个加速度传感器有误差，可以进行取平均值来校正，后没有使用。

美中不足的是，因为使用了电子罗盘，所以每次开始玩的时候，都需要校正，因为自行车的位置不同导致了车头居中朝向不一致，因此需要初始化。甚至在玩的时候，玩得太嗨，动作太大，导致自行车位移，也要不断地校正。

最好的方式，还是在车头上安装一个转动电位器来取代电子罗盘，但是考虑到电位器的安装需要合适的齿轮，安装起来很麻烦，也没有模具，所以就罢了。

3.微动开关（刹车，氮气加速）

在自行车刹车装上两个微动开关，开始的方案是压力传感器，如此一来，刹车的参数便是模拟量，但安装的问题太过于麻烦，所以就采取了开关量的方式来进行。

微动开关直接接入了方向盘的电路板中，不通过ARM7 LPC2103电路板。

4.数字电位器MCP42050。

最大量程50K欧姆，SPI通讯接口，2个电位器，精度为50K欧/256，已经是非常够用。在初始设定中，油门深浅（即车速）分10个等级，方向盘每5度设为一个等级，左右各90度便是32个等级。绰绰有余。

5.LPC2103模块。

没什么好说的，处理数据用。

7   编程、调试

1.我使用了小型操作系统Ucos，分成4个任务。

任务1：指示灯亮灭。 任务2：电子罗盘数据读取，加速度传感器数据读取，进行数据处理得到转角并写入一全局变量中。 任务3：霍尔传感器的数据处理，将时间间隔（车速）写入一全局变量中。 任务4：根据速度和转向2个全局变量的数据，把对应的电阻值写入数字电位器中。

8   请看测试视频

9   DIYer签到处

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