FlyStick

Ohne die Firmware zu ändern oder den Mikrocontroller zu wechseln.

• 1 Akku mehr passt ja auch noch in das Rohr, also 3 x 1,2 V = 3,6 V, mehr Sendeleistung
• Antenne mit kurzem Draht an den längsten Gewindestab angeschlossen, ergibt 24 cm Antennenlänge, also ¾ λ. Auch eine Anpassung, wenn auch nicht ganz so gut wie ¼ λ. Dazu müsste man das Sendemodul umdrehen.

Mitgeliefert wird ein Standfuß und ein professionelles Ladegerät Ansmann ACS110 traveller. So weit, so gut. Immer wieder kommt es vor, dass das Ladegerät nicht fertig wird mit Laden und die Akkus zerbrät. Das ist eben das Problem der Schnellladegeräte: Volle und noch warme Akkus werden als leer erkannt und geladen, bis sie glühen und kaputt gehen. Wirklich!! Von der Brandgefahr ganz zu schweigen. Ladegeräte, bei denen man die Akkus einlegen muss, haben dafür wenigstens eine Temperaturüberwachung.

Hin wie her, der Flystick wird maximal 1 Stunde pro Tag benutzt und minimal 23 Stunden pro Tag geladen. Wer braucht da einen Schnell-Lader? Richtig: niemand.

Eine Konstantstromquelle samt Miniatur-Trafo passt in den Standfuß und erspart obendrein die ewig störende Wandwarze. Mit 50 mA Ladestrom (viel weniger als ein Zehntel der Nennkapazität) kann man keine Akkus totbrennen. Zum Glück ist der Standfuß genügend dickwandig zum Basteln und bietet genug Hohlraum für den Trafo.

Beim Ersatz der Schaltung mit einem besseren Mikrocontroller würde ich von Akkus zu Trockenbatterien umschwenken wollen, das ist letztlich zuverlässiger.

• Im wesentlichen eine Kopie eines der V-USB-Joystick-Beispiele. Simpel.

Vorüberlegungen:

• Auf Tastendruck muss Mikrocontroller aufwachen, den Empfänger aktivieren und den Äther abhören
• Findet er nach 1 s auf allen (4) zu suchenden FM-Kanälen keinen „Baken“ (Beacon), rote LED blinken lassen (Verbindungsfehler), sonst
• In einem festgelegten (für Neugeräte reservierten) Zeitschlitz nach dem Baken sendet es den Gerätekode und den Tastenstatus
• In einem für den Host reservierten Zeitschlitz wird die Bestätigung gelesen. Wenn OK dann grüne LED blinken lassen, alles OK, sonst
• 1 s lang wiederholen bis OK oder nicht OK (Sendezeitschlitz-Nummer wird stochastisch ausgewählt.)
• Auch beim Loslassen der Taste wird ein Ereignis abgesetzt; ansonsten schlafen Mikrocontroller und Transceiver

Tatsächliche Implementierung: Wegen der spürbaren Latenzzeit und der geringen effektiven Datenrate wurde das Baken-Konzept verworfen, und der FlyStick sendet bei Tastendruck einfach drauflos. Jedem der drei FlySticks und jedem der drei Empfänger wird je eine von 12 Frequenzen im 433-MHz-Band zugewiesen, nichts weiter. Das Acknowledge kommt vom Empfänger unmittelbar danach. Den RFM12 in Betrieb zu nehmen erwies sich als recht kompliziert, da das Datenblatt keine vernünftige Auskunft über das Funktionsprinzip und das how-to-use gibt. Daher kursieren im Netz jede Menge Halbwahrheiten. Ich habe deshalb etwas auf der o.a. Webseite ergänzt.

Vorüberlegungen

• Gerät kann mehrere FlySticks empfangen; Selektion bspw. per Konfiguration, oder eben 3 Joystick-Collections bereitstellen!
• Gerät kann als Master (sendet Baken) oder Repeater (wiederholt Baken) fungieren, in letzterer Funktion vergößert er die Reichweite des Sensornetzes — und empfängt trotzdem die bis zu 3 FlySticks
• Frequenz-Hopping, wie und wann?
• Solange nicht im USB-Schlafmodus sendet das Gerät ständig Baken (bspw. 125 Hz = 1/8 USB-SOF-Takt)
  oder wiederholt diese in einem festen Zeitschlitz direkt nach dem empfangenen Baken; ab und zu muss der Repeater aussetzen um zu horchen, ob jemand anderes schon repeatet, wenn ja, dann nächstes Repeat-Level (?)
• Im Zeitschlitz für Anmeldung von Neugeräten horchen
• Bei Empfang USB-Interrupt-IN entsprechend setzen

Tatsächliche Implementierung: Das Prinzip des Sensornetzwerks (ähnlich ZigBee) wurde verworfen und auf die einfacher handhabbare 1:1-Beziehung gesetzt. Das heißt, 1 FlyStick hat genau 1 zugeordneten Empfänger. Im Anwendungsfall ist das Propagieren von Funk-Ereignissen wegen der geringen zu überbrückenden Entfernungen niemals nötig. Auch werden keine Baken verwendet.

Die Zuordnung erfolgt über eine fest einprogrammierte Wireless ID {Usage Page: 0x06, Usage ID: 0x22} mit 4 Bit; dies lässt 16 FlySticks zu. Standardmäßig ist für jede benutzte Wireless ID ein eigener Wireless Channel {Usage Page: 0x06, Usage ID: 0x21} aus 12 „Kanälen“ im 433-MHz-Band voreingestellt. Der Kanal ist vom Anwender einstellbar, und mehrere FlySticks mit verschiedener Wireless ID dürfen auf dem gleichen Kanal arbeiten.

Nicht implementiert (vergessen) wurde die Rückmeldung von Battery Strength {Usage Page: 0x06, Usage ID: 0x20}.

Die Eigenschaften der „Usage Page 6“ können mit dem Programm HidParse betrachtet und ggf. geändert werden.

Die zwei bedrahteten Geräte funktionieren erwartungsgemäß störungsfrei.

Um den Betrieb an übermäßig langen (eigentlich unzulässigen) Anschlussleitungen zu ermöglichen wurde die Doppeldiode durch einen Festspannungsregler LP2950-33 ersetzt sowie die Serienwiderstände in den Datenleitungen auf 22 Ω verkleinert.

Probleme traten auf, als das Kabel aus dem Stecker gerissen wurde. Oder von einem Stuhlbein zerquetscht wurde. Gegen Gewalt gibt's kein probates Mittel … Auch ist das Aufräumen von 5 m Kabel lästig. Nach Jahren ohne Pflege sieht es ziemlich schmuddelig aus.

2018 ist eine der Tasten („Knackfrosch“) des ersten bedrahteten Flysticks ausgefallen. Diese Tasten fallen auch anderswo mal aus. Ersatz wurde umgehend eingelötet, liegt herum.

Bei den drei Funk-FlySticks bin ich bereits bei der Schaltplanerstellung in eine böse Falle getappt: Beim USI des ATtiny44 ist SDO auf MISO und SDI auf MOSI, unabhängig ob SPI-Master oder -Slave. Somit habe ich die falschen Leitungen für die Nutzung von USI angeschlossen, und damit muss das SPI-Protokoll per Software implementiert werden, was so nicht beabsichtigt war.

Die Ruhestromaufnahme liegt bei 0,7 µA. Die zwei R3-Zellen mit angenommenen 500 mAh Kapazität halten somit rechnerisch 70 Jahre; ein Ausschalter erübrigt sich wie geplant. Beim Senden liegt die Stromaufnahme bei 30 mA, in den Sendepausen bei 3 mA (zz. laufen beide Oszillatoren weiter, könnte man noch deutlich reduzieren).

Mitten in der Entwicklungsphase streikte der ATtiny44 vollends. Dies lag schließlich daran, dass der RFM12 ein Reset-Kommando beim Programmieren abbekommen haben muss und daraufhin RES permanent nach LOW zog. Man sollte es also vermeiden, die beiden Reset-Eingänge zu verbinden, wenn man noch genügend Pins frei hat. Schließlich wurden VDI, IRQ und FFIT gar nicht gebraucht.

Nach einigen Jahren (2014) fiel ein FlyStick aus. Ursache waren verformte Kontakte des Batterie-Halters. Also ein mechanisches Problem. Anscheinend öfters heruntergefallen.

Ein weiteres Jahr später gab es eine weitere Retour. In diesem Fall war das USB-Kabel des Funkempfängers kaputt. Warum auch immer dieses so oft bewegt werden muss; hat wieder nichts mit der eigentlichen Funkübertragung zu tun.

2018 war beim zweiten Funk-Flystick der Kanal verstellt. Dass jemand daran herumgespielt hat ist möglich aber unwahrscheinlich.

An manchen PCs funktioniert der Funkempfänger nicht, „USB-Gerät wird nicht erkannt“. Dazu sind zwei 3,9-V-Z-Dioden einzubauen, wie bei V-USB angegeben, jeweils mit der Katode an die Datenleitungen der USB-Buchse, Anode auf Masse.

Bedienungsanleitung⚓

Ein FlyStick ist ein handgehaltenes VR-Eingabegerät mit einer vollständigen Lageerkennung sowie zwei Tasten. Seine Funktionalität entspricht einer Computermaus.

Die an der Vorderseite befindlichen 5 retro-reflektierenden Kugeln dienen in Verbindung mit mindestens 2, typisch 4 Infrarotkameras und einer anspruchsvollen Bildverarbeitung der Lageerkennung sowohl der Linearachsen (X,Y,Z) als auch der Rotationsachsen (A,B,C). Es handelt sich um ein Local Positioning System (LPS). Die Bildverarbeitungseinheit („Data Station“) sendet die ermittelten Positionsdaten über einen TCP-Socket via Ethernet zur VR-Software.

Die beiden Tasten dienen zum Auslösen von bestimmten Ereignissen in der VR-Software. Die obere Taste (Knopf 1) entspicht dabei typischerweise der linken Maustaste (Auswahl oder Eingabe), die untere Taste (Knopf 2) der rechten Maustaste (Kontextmenü). Der FlyStick emuliert dazu einen USB-Joystick mit 2 Feuerknöpfen und null Hebeln. Die Tasten-Eregnisse gelangen als entsprechendes USB-Paket zur VR-Software, wobei Windows diesen Joystick in seiner Liste der System-Gamecontroller einreiht.

Die Funkübertragung der schnurlosen FlySticks erfolgt vollkommen transparent zum USB-Protokoll, d.h. der VR-Software macht es keinen Unterschied, ob sie mit einem drahtgebundenen oder schnurlosen FlyStick kommuniziert.

Das Gerät ist sofort nach dem Herstellen der USB-Verbindung funktionsbereit. Im Windows-Gerätemanager sollte sich ein USB-HID-Gerät sowie ein HID-Gerät eintragen. In der Systemsteuerung unter „Gamecontroller“ können Sie die Funktion der Tasten jederzeit überprüfen.

Die Emulation einer seriellen Anbindung wie beim Vorgängermodell ist nicht vorgesehen, um die Einfachheit der Anwendung des FlySticks nicht zu gefährden. Im Bedarfsfall kann ein entsprechender Protokollumsetzer geschrieben werden, wobei das Programm „com0com“ (= Nullmodem in Software) für die (ansonsten recht komplizierte) Emulation der seriellen Schnittstelle sorgen kann.

Drahtgebundener FlyStick⚓

Die auf der Oberseite befindliche Leuchtdiode ist eine Betriebs- und Funktionsanzeige. Sie leuchtet permanent, solange der FlyStick angesteckt und aktiviert ist. Sie verlischt kurz bei Tastendruck oder dem Loslassen einer Taste.

An der Unterseite befindet sich eine kleine 4-polige Steckverbindung mit mäßiger Steckkraft. Dessen Hauptzweck ist es, das Kabel lösen zu können, um das Aufräumen und den Transport zu erleichtern.

Das Anschlusskabel darf nicht mit USB-Verlängerungskabeln verlängert werden! Entsprechende Verlängerungen sind entweder mit USB-Hubs oder Aktiv-Verlängerungen (enthalten einen USB-Hub mit 1 Port) durchzuführen. Entsprechend dem USB-Standard sind von Hub zu Hub und Endgerät (maximal 7) jeweils maximal 5 m Kabel zulässig (insgesamt 35 m). Alles andere verletzt die USB-Spezifikation und funktioniert nur manchmal.

Das Gerät ist wartungsfrei.

Drahtloser Funk-FlyStick⚓

Das Gerät ist zweigeteilt und besteht aus dem FlyStick („Sender“) und einer kleinen Empfängerbox. Die Kommunikation erfolgt im lizenzfreien 433-MHz-Band. Die Reichweite beträgt 50 m in Gebäuden mit 1 Zwischenwand. Empfohlen wird der Betrieb mit minimaler Reichweite, etwa 10 m. Verschiedene FlySticks stören sich nicht gegenseitig, da diese verschiedene Wireless-IDs haben. Zusätzlich arbeiten diese in verschiedenen Frequenzbereichen.

Die oben befindliche Zweifarb-Leuchtdiode leuchtet grün bei jedem Tastendruck und Loslassen, wenn die Kommunikation zur Empfängerbox erfolgreich verlief. Sie leuchtet rot, wenn die Kommunikation erfolglos war. Hierfür sind die typischen Ursachen:

• Empfängerbox stromlos (Computer ausgeschaltet, Box nicht angesteckt)
• Funkstrecke zu lang bzw. Senderbatterien schwach
• Sende- und Empfangskanal stimmen nicht überein
• Die Wireless-ID stimmt nicht überein (falsche Empfängerbox)

Das Gerät hat folgende Sonderfunktionen:

• Repetierung des Tastendrucks
  Bei langem fortwährenden Tastendruck wird der Tastenzustand im Sekundentakt vom FlyStick wiederholt. Der Empfänger erwartet diese Wiederholungen auch nach jeweils einer reichlichen Sekunde. Fällt die Wiederholung beim Empfänger aus, nimmt dieser den Tastendruck zurück. Dies kann bspw. passieren, wenn die Funk-Reichweite zu groß geworden ist; damit fällt die Joystickbetätigung für die VR-Software in den „sicheren“ Zustand.
• Kanalauswahl
  Durch langen Tastendruck auf beide Tasten (mehr als 10 Sekunden) geht der FlyStick über in den Kanalauswahl-Modus. Die rote LED leuchtet permanent, und die grüne LED blinkt so oft, wie die gerade eingestellte Kanalnummer, also 1..12 mal. Der Modus wird durch Loslassen der unteren Taste verlassen. Mit jedem erneuten Betätigen der oberen Taste wird der Kanal um 1 Schritt weitergeschaltet. Dies wird durch kurzes Aufleuchten der grünen LED quittiert und der neue Kanal der Empfängerbox mitgeteilt. (Diese sollte sich hierzu unbedingt in der Nähe befinden, da hierbei kein Handshake stattfindet!) Beim Umschalten von Kanal 12 auf Kanal 1 wird dies durch etwas längeres Aufleuchten der grünen LED angezeigt.
• Wireless-ID
  Die Wireless-ID kann nicht eingestellt werden.

Was tun, wenn Sende- und Empfangskanal nicht passen? In Kanalauswahl-Modus gehen und alle 12 Kanäle probieren; die empfangsbereite Empfängerbox sollte dann bei passendem Kanal wieder „einrasten“ und mithören können.

Die Verschlusskappe an der Geräteunterseite kann durch Linksdrehung abgeschraubt werden und gibt den Zugang zum Batteriehalter frei. Der Batteriehalter („Schiffchen“) kann durch leichtes Klopfen aus dem Rohr gezogen werden. Er enthält 2 Primärzellen R3. Der Betrieb mit Akkumulatoren ist nicht empfehlenswert.

Technische Daten⚓

Technische Daten

Wert	Drahtgebunden	Drahtlos-Flystick	Empfängerbox	Einheit
Geräteemulation	HID-Joystick, 2 Knöpfe, 0 Hebel			-
USB-ID	PID 16C0 & VID 27D9 & Seriennummer			-
Speisespannung	5 (USB)	3 (2x R3)	5 (USB)	V
Ruhestromaufnahme	350	0,7	350	µA
Betriebsstromaufnahme	20	25	35	mA
Abmessungen (ohne Kabel)	270 × 160 × 80 (über alles)		70 × 50 × 21	mm³
Masse (ohne Kabel)	105	≈ 150	≈ 50	g