ミニ②：ホール効果ジョイスティック入力

Step 0: 構想と遭遇、テスター探偵

ホールセンサーを使った、JoystickなるものをECサイトで発見。PS5, Switchの交換部品？？ どうせJoycon作るのならば、よくある抵抗分圧センサより、ホールセンサーなるもの攻略してみることにした。

3ピンなので、V, S, Gでしょうと、適当に3.7V電源で、テスター当てました。
向かって、左から G, S, V でした。

▼ 今回使用したパーツ と JoyStick（ホールセンサー）分解写真

Step 1: JoyStick（ホールセンサー）モジュール作成

基板は自作。抵抗分圧センサータイプと合わせる形で、入出力ピンを配置。

▼ JoyStick（ホールセンサー）モジュール

Step 2: 配線検討

ピン配置が判明したところで、M5StickC Plus2 との結線を検討します。アナログ値（ADC）が読み取れるピンを探し、以下の通りに配線することにしました。

ディスプレイに座標表示させるだけじゃなく、サーボ（FS90）も動かしてみます。

• x軸: G36
• y軸: G32
• push: G33
• servo sig: G0

▼ 配線図（ミニ②）

Step 3: プログラミング（第1段階：素の値を読む）

方針として、いきなり複雑なコードは書きません。まずはノイズ対策などを一切入れず、ジョイスティックから送られてくる「生のデータ」を読み取るシンプルなテストプログラムを作成しました。

💻 テストプログラム（main.cpp）

#include <Arduino.h>
#include <M5Unified.h>

static constexpr int PIN_JOY_X = 36;
static constexpr int PIN_JOY_Y = 32;
static constexpr int PIN_JOY_SW = 33;

void loop() {
  const int x = analogRead(PIN_JOY_X);
  const int y = analogRead(PIN_JOY_Y);
  const int sw = (digitalRead(PIN_JOY_SW) == LOW) ? 1 : 0;

  Serial.printf("X:%d, Y:%d, SW:%d\n", x, y, sw);
  delay(100);
}

Step 4: 実装テストで Trial & Error

さあ、M5StickC Plus に書き込んでみます！ジョイスティックを倒すと、シリアルモニタの数値はどう変わるでしょうか？

▼ シリアルプロッタで見た「素の」アナログ値

Step 5: 改善版プログラム（ノイズ撃退＆サーボ連動）

シリアルプロッタで可視化された「中心値のズレ」と「ノイズ」という2つの課題。これらをソフトウェアの力でねじ伏せ、サーボを綺麗に動かす第2段階のプログラムを実装しました！

💻 改善版のキーコード抜粋

// 1. 起動時キャリブレーション（中心値の自動補正）
void calibrateCenter() {
  long sumX = 0, sumY = 0;
  for (int i = 0; i < CAL_SAMPLES; ++i) {
    sumX += analogRead(PIN_JOY_X);
    sumY += analogRead(PIN_JOY_Y);
    delay(20);
  }
  centerX = sumX / CAL_SAMPLES;
  centerY = sumY / CAL_SAMPLES;
}

// 2. デッドゾーン（遊び）の設定
int applyDeadzone(int raw, int center) {
  if (abs(raw - center) <= DEADZONE) { // DEADZONE = 200
    return center;
  }
  return raw;
}

// 3. サーボモーターへの変換（map関数）
int xToServoUs(int correctedX) {
  const int maxTravel = min(centerX, 4095 - centerX);
  const int delta = constrain(correctedX - centerX, -maxTravel, maxTravel);
  return map(delta, -maxTravel, maxTravel, 500, 2500);
}

💡 3つの改善ポイント

• キャリブレーション: 起動時に手を離した状態の値を10回測って平均化し、そこを「真の中心」として記憶させます。これで個体差もクリア！
• デッドゾーン: 中心から「±200」の細かいブレは「動いていない（中心のまま）」とみなすことで、サーボのブルブル（微振動・ハム音）を防ぎます。
• サーボ連動: 補正された綺麗なX軸の値を、サーボのパルス幅（500〜2500μs）に map() 関数で変換。スティックの動きにピタッと追従させます。

▼ デッドゾーンとキャリブレーション適用後の「美しい一直線」

Step 6: 思わぬ罠！サーボが動かない（G0ピンの反抗）

完璧なアナログ値が取れるようになったので、いざサーボモーターを接続して動かそうとしたところ… ピクリとも動かないという事件が発生！

テスターでサーボの信号線（今回は G0 ピンに接続）を測ってみると、PWM（パルス）信号が出ているはずなのに、電圧が 3.3V に固定（HIGHのまま張り付き）になっていました。

💻 解決策：LEDCで直接PWMを叩き出す！

ライブラリがダメなら、ESP32 に内蔵されているハードウェアPWM機能「LEDC」を使って、直接 50Hz のパルスを作り出す作戦に変更しました。

// ESP32Servoライブラリを使わず、内蔵のLEDCで直接50HzのPWMを生成する
static constexpr int SERVO_LEDC_CHANNEL = 5;
static constexpr int SERVO_FREQ_HZ = 50;
static constexpr int SERVO_RESOLUTION_BITS = 14;

void setupServoPwm() {
  gpio_reset_pin(static_cast<gpio_num_t>(PIN_SERVO)); // ピンを一度リセット！
  ledcSetup(SERVO_LEDC_CHANNEL, SERVO_FREQ_HZ, SERVO_RESOLUTION_BITS);
  ledcAttachPin(PIN_SERVO, SERVO_LEDC_CHANNEL);
}

動画