ゲームパッド

片手でゲームをしたい！;

…でも市販のゲームパッドはほぼ両手用。

ということで、今回はWiiのヌンチャクコントローラーをArduino Leonardoに接続して、USB接続のゲームパッドを作ってみます。

Windows PCからは何の変哲もない普通のゲームパッドに見えるので、ゲームとの相性問題が出ることもないはず。

ヌンチャクを使ったゲームパッド（≒ジョイスティック）なので、JoyChuckという名前にしました。

必要なもの

ハードウェア

項目	説明
Arduino Leonardo	比較的小型で安価で簡単に使えるマイコンボード。 なお、Arduino UnoでもUSB接続のHID(human interface device)を作ることはできますが、その場合ATMEGA8U2マイコンのファームウェアを書き換える必要があります。 難しそうなので、今回は素直にLeonardoを使用することにしました。
ヌンチャクコントローラー	通常はWiiリモコンに接続して使うヌンチャクコントローラー。
WiiChuck	Arduinoにヌンチャクコントローラーを接続しやすくする基板。 なくても頑張れば接続できるでしょう。
ピンヘッダ（4P）	何でも良いです。今回は 秋月電子通商で購入しました。

ソフトウェア

項目	説明
chuck_funcs.h	ヌンチャクコントローラーの情報をArduinoで取得するための関数が定義されたヘッダファイル。 todbotさんのgithubからダウンロードしてください。 （「Raw」を右クリックして名前をつけて保存。）
USBAPI.h	USB機器用ヘッダファイル。 Imaginary Industriesからダウンロードしてください。 または、&ref(USBAPI.h.diff,,USBAPI.hのパッチ);をお手持ちの環境のUSBAPI.hに当ててください。
HID.cpp	HID用プログラム。 Imaginary Industriesからダウンロードしてください。 または、&ref(HID.cpp.diff,,HID.cppのパッチ);をお手持ちの環境のHID.cppに当ててください。
leoJoy.ino	テスト用ランダム入力スケッチ。 Imaginary Industriesからダウンロードしてください。
JoyChuck.ino	ヌンチャクコントローラをゲームパッドにするスケッチ。 下記からダウンロードしてください。

手順

ソフトウェアの準備（Arduino Leonardoをゲームパッドとして認識させる）

1. arduinoの開発環境をインストールしたディレクトリの配下のhardware\arduino\cores\arduinoを開く。 （私の場合は、「C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\cores\arduino」でした）
2. 上記で示したUSBAPI.hとHID.cppをコピーする。
3. USBケーブルを挿す。
4. leoJoy.inoを開き、Arduino Leonardoに書き込む。

ソフトウェアの動作確認

1. [コントロールパネル]>[デバイス マネージャー]>[ヒューマン インターフェース デバイス]を開く。
2. 「HID 準拠ゲーム コントローラー」が表示されていることを確認する。 #clear
3. [コントロールパネル]>[デバイスとプリンター]を開く。
4. 「デバイス」欄に「Arduino Leonardo」が表示されていることを確認する。
5. 右クリックし、「ゲームパッドの設定」をクリックする。
6. 「プロパティ」ボタンをクリックする。
7. 右のようなウィンドウが表示され、「軸」「ボタン」「ハットスイッチ」がランダムに入力されていることを確認する。 （leoJoy.inoはランダムな入力を発生させるスケッチです）

ハードウェアの準備

1. WiiChuckにピンヘッダを半田付けする。（labs.thingm.comと書いてある側からピンヘッダの短い方を差込み、逆側から半田付けする。）
2. ArduinoのGNDピンに-、3.3Vピンに1. 、D2ピン((SDAピンでも可。))にd、D3ピン((SCLピンでも可。))にcを接続する。
3. WiiChuckにヌンチャクコントローラを挿す。（ヌンチャクの金属端子の凹みがある方が上になるように挿す。）

ソフトウェアの準備（ヌンチャクコントローラーをゲームパッドとして使えるようにする）

1. JoyChuck.inoとchuck_funcs.hをJoyChuckというフォルダに格納する。
2. nunchuck_funcs.hの25行目～34行目は次のようにコメントアウトする。((Uno用の関数のため。))

   // Uses port C (analog in) pins as power & ground for Nunchuck
   static void nunchuck_setpowerpins()
   {
   /*
   #define pwrpin PORTC3
   #define gndpin PORTC2
       DDRC |= _BV(pwrpin) | _BV(gndpin);
       PORTC &= _BV(gndpin);
       PORTC |=  _BV(pwrpin);
       delay(100);  // wait for things to stabilize        
   */
   }
3. JoyChuck.inoを開き、Arduino Leonardoに書き込む。

最終動作確認

1. [コントロールパネル]>[デバイスとプリンター]を開く。
2. 「デバイス」欄に「Arduino Leonardo」が表示されていることを確認する。
3. 右クリックし、「ゲームパッドの設定」をクリックする。
4. 「プロパティ」ボタンをクリックする。
5. ヌンチャクコントローラーのジョイスティックの操作が、軸欄に反映されることを確認する。
6. ヌンチャクコントローラーのCボタンの操作が、ボタン欄の1に反映されることを確認する。
7. ヌンチャクコントローラーのZボタンの操作が、ボタン欄の2に反映されることを確認する。

以上で終了です。お疲れ様でした :)

Arduinoの基板がむき出しだとトラブルの元なので、 ALTOIDSミントサイズ缶に穴を空けて線を通し、穴部分の切り口で線が切れないようにスポンジ（激落ちくんなどでも可）で保護するとスマートです。

スケッチ

/*
 * JoyChuck
 *
 * 2013 http://cubic9.com
 *
 * original sketch is leoJoy
 *   by 2012 Connor,
 *      http://www.imaginaryindustries.com/blog/?p=80
 * nunchuck_funcs.h
 *   by 2008 Tod E. Kurt,
 *      http://todbot.com/blog/2008/02/18/wiichuck-wii-nunchuck-adapter-available/
 *
 */

#include <Wire.h>
#include "nunchuck_funcs.h"

#define DEBUG 0
#define INTERVAL 50

#define STICK_LEFT_DEFAULT 127
#define STICK_RIGHT_DEFAULT 127
#define POV_DEFAULT -1
#define BUTTON_DEFAULT 0

#define PAD_JOYX_MIN 0
#define PAD_JOYX_MAX 255
#define PAD_JOYY_MIN 0
#define PAD_JOYY_MAX 255

#define CHUCK_JOYX_MIN 24
#define CHUCK_JOYX_MAX 230
#define CHUCK_JOYY_MIN 33
#define CHUCK_JOYY_MAX 226

#define SERIAL_BPS 19200

JoyState_t joySt;
int loop_cnt = 0;
byte accx, accy, accz, zbut, cbut, joyx, joyy;

void setup()
{
    #if DEBUG
        Serial.begin(SERIAL_BPS);
    #endif

    nunchuck_init();

    #if DEBUG
        Serial.print("JoyChuck ready\n");
    #endif

    joySt.xAxis = STICK_LEFT_DEFAULT;
    joySt.yAxis = STICK_LEFT_DEFAULT;
    joySt.zAxis = STICK_RIGHT_DEFAULT;
    joySt.xRotAxis = 0;
    joySt.yRotAxis = 0;
    joySt.zRotAxis = 0;
    joySt.throttle = 0;
    joySt.rudder = STICK_RIGHT_DEFAULT;
    joySt.hatSw1 = POV_DEFAULT;
    joySt.hatSw2 = POV_DEFAULT;
    joySt.buttons = BUTTON_DEFAULT;

}


void loop()
{
    if( loop_cnt > INTERVAL ) {
        loop_cnt = 0;

        nunchuck_get_data();

        #if DEBUG
            accx = nunchuck_accelx();
            accy = nunchuck_accely();
            accz = nunchuck_accelz();
        #endif
        zbut = nunchuck_zbutton();
        cbut = nunchuck_cbutton();
        joyx = nunchuck_joyx();
        joyy = nunchuck_joyy();

        #if DEBUG
            Serial.print(" accx:"); Serial.print((byte)accx, DEC);
            Serial.print(" accy:"); Serial.print((byte)accy, DEC);
            Serial.print(" accz:"); Serial.print((byte)accz, DEC);
            Serial.print(" zbut:"); Serial.print((byte)zbut, DEC);
            Serial.print(" cbut:"); Serial.print((byte)cbut, DEC);
            Serial.print(" joyx:"); Serial.print((byte)joyx, DEC);
            Serial.print(" joyy:"); Serial.print((byte)joyy, DEC);
            Serial.println();
        #endif

        joySt.xAxis = constrain(
            map(joyx, CHUCK_JOYX_MIN, CHUCK_JOYX_MAX,
                PAD_JOYX_MIN, PAD_JOYX_MAX),
            PAD_JOYX_MIN, PAD_JOYX_MAX);
        joySt.yAxis = constrain(
            map(joyy, CHUCK_JOYY_MIN, CHUCK_JOYY_MAX,
                PAD_JOYY_MAX, PAD_JOYY_MIN),
            PAD_JOYY_MIN, PAD_JOYY_MAX);
        joySt.buttons = cbut + zbut * 2;

        Joystick.setState(&joySt);
    }
    loop_cnt++;
    delay(1);
}

設定について

• DEBUG定数を1にすると、シリアルモニタにヌンチャクのセンサの現在の値が表示されます。

JoyState_tのメンバ変数とゲームパッドの関係

JoyState_tのメンバ	説明
xAxis, yAxis	左スティックに対応。0-255の範囲で指定。
zAxis, rudder	右スティックに対応。0-255の範囲で指定。
buttons	ボタンのオンオフをビットで指定。 1番目のボタンは1/0でオンオフを表現、2番目のボタンは2/0でオンオフを表現、3番目のボタンは4/0でオンオフを表現…という感じ。 各ボタンの同時押し込みは加算で表現する。
hatSw1	POVキーに対応。上方向を0として、時計回りに0～7で指定。

デバイスとプリンターに表示される名称を変更したい

USBCore.cppのSTRING_IPRODUCTとSTRING_IMANIFACTUREを修正してください。

【発展】ボタンを増やす

ヌンチャクコントローラーのボタン数は2個。これではちょっと少ない。

そこで発展系としてボタンを増やしてみます。

Arduinoではマイコン内にプルアップ抵抗を持っていて、設定で使用できるため、スイッチのみ用意すればボタンを簡単に増やすことが出来ます。（参考）

右の写真は十字キーを増設してヌンチャクコントローラーと合体させたものです。

必要なもの

項目	説明
タクトスイッチ
ユニバーサル基板　または　ブレッドボード

あるとよいもの

項目	説明
DS LiteやPSPの保守パーツ	十字キーやボタンの外装とラバードームを利用します。 秋葉原なら三月兎などで買えます。
Y字ドライバ	ヌンチャクコントローラーには特殊なネジが使われています。 頑張ればマイナスドライバでもネジを破壊しつつ開けられますが、安全に開けるにはこれが必要です。 秋葉原なら三月兎などで買えます。

手順

1. ユニバーサル基板にタクトスイッチを挿す。
2. タクトスイッチの　=□=　となっている4本の足のうち、=の1本ずつをGNDとデジタル端子に接続する。（下記ではデジタル10番ピンを使用） 複数のスイッチを設けたいときはGNDは共有しても大丈夫です。
3. スケッチのinclude文の下辺りに下記を追加する。

   #define PIN_SWITCH1 10
   
   byte switch1;
4. スケッチのsetup()の中に下記を追加する。

   pinMode(PIN_SWITCH1, INPUT_PULLUP);
5. スケッチのloop()の中に下記を追加する。（下記はタクトスイッチが押されると、POVキー上が入力されるようになる）

   switch1 = digitalRead(PIN_SWITCH1);
   Serial.print(" SWITCH1:"); Serial.print(switch1);
   if (switch1 == LOW) {
       joySt.hatSw1 = 0;
   }
6. DEBUG定数を1にしてArduinoに書き込むと、シリアルモニタに"SWITCH1:1"と表示され続け、スイッチを押すと"SWITCH1:0"に表示が変わるはずです。
7. あとはお好みでラバードームと外装を両面テープで貼ってください。
8. また、ヌンチャクコントローラと合体させたい場合は、Y字ドライバでコントローラを開けた後、外装を適当に切断し、埋め込んでください。

参考

• スイッチサイエンス - WiiChuckアダプタ
• “WiiChuck” Wii Nunchuck Adapter Available » todbot blog
• Turning an Arduino Leonardo into a joystick. | Imaginary Industries
• 意外と知られていない？INPUT_PULLUP | スイッチサイエンス マガジン