黑科技：程序猿如何打造屬於本身的分體鍵盤

前言

以前一直想買個機械鍵盤，據說機械鍵盤敲代碼和玩遊戲都特別爽，也是裝B神器。同時也以爲普通的鍵盤打字打久了手腕會有點酸酸的，由於敲鍵盤時都是要彎着手腕的，一點也不符合人體工程學。因而乎就想買一個分體的機械鍵盤，結果找了半天都沒有比較中意的，找到幾我的體工程學鍵盤，都是薄膜的，並且價格高得離譜，不就多我的體工程學光環嘛。。。

普通機械鍵盤

淘寶人體工程學鍵盤

淘寶分體鍵盤

爲了避免要這麼糾結，就本身diy一個咯，正好有臺3D打印機，所有外殼本身打印，控制板用Arduino Leonardo，原生支持鍵盤鼠標驅動，軸體淘寶，考慮成本，先買了80顆國產黑軸作實驗，鍵帽也簡單打印一下，說幹就幹

最終成果

準備

• 工具

  • 3D打印機

  • 電烙鐵

  • 熱熔膠

  • 萬用表

• 硬件

  • Arduino Leonardo板

  • 黑軸軸體

  • 二極管+電阻+杜邦線+萬能板

  • 小螺絲

• 軟件

  • SolidWorks 3D建模

  • Arduino IDE 寫Arduino鍵盤驅動

是時候上點圖了。。。

本身組裝的三角洲式3D打印機

淘寶買的工具

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步驟

先設計鍵位排布，使用SolidWorks畫出簡單的按鍵佈局，先從左手開始，先完整的搞定左手能使用了，再作右手。設計好佈局後製做支撐軸體的面板，而後設計電路，用飛線焊接，寫代碼測試按鍵是否都正常。電路正常後設計整個外殼，而後總體組裝。這就完工啦

• 鍵位設計

  • 左手
    

  • 右手（之因此外形扭曲，是由於3D打印機打印面積有限）
    

• 電路設計

因爲Arduino板io口有限，必須使用掃描來實現按鍵，Arduino有6個模擬口，14個數字口。我要作的鍵盤不超過80個鍵，因此使用8個數字口進行脈衝掃描，6個模擬口加4個數字口用來接收脈衝來定位按鍵，這樣就實現了8*10的矩陣，支持80個鍵。還有2個數字鍵是空閒的，能夠用於特殊按鍵定製。

• 衝突處理
  使用脈衝掃描方式就會有按鍵衝突問題，我使用二極管來處理衝突，如圖（R是掃描口，C是接收口）：

• 電壓動盪處理
  二極管解決了衝突問題，可是不能解決電壓動盪，電壓不穩定有兩方面，第一就是當掃描口高電壓變爲低電壓時，接收口電壓不會當即變成低電壓，因此在接收口都須要加一個下拉電阻，讓電壓立馬降下來。第二就是按鍵按下時接觸片碰撞時致使的電壓不穩，這個最好是經過加電容去過濾波動電壓，買元件時忘了買電容了，這裏就簡單粗暴了

• 最終電路設計
  

• 外殼設計

  • 左手
    

  • 右手
    

  • 側面
    

• 鍵帽設計
  

• 程序設計

#include "Keyboard.h"
#include "HID.h"

#define scanPin_len 8
int scanPin[] = {4,5,6,7,0,1,2,3}; // 掃描pin，（默認高電平，逐個輸出低電平）
int scanPos = 0; // 當前掃描位

#define btnPinA_len 6
#define btnPinD_len 4
int btnPinA[] = {5,4,3,2,1,0}; // 按鈕pin，模擬端口
int btnPinD[] = {8,9,10,11}; // 按鈕pin，數字端口

#define btn_len 10
byte btn[scanPin_len][btn_len]; // 按鈕狀態
byte btnTmp[btn_len]; // 臨時按鈕狀態

#define KEY_FN KEY_RIGHT_SHIFT // FN鍵
uint8_t keyMap[scanPin_len][btn_len] = 
{
{'y','n','7','8',KEY_F6,'h','m','u','j',' '},
{'o','.','0','9',KEY_F7,'l',',','i','k',KEY_FN},
{'p','/','-',KEY_LEFT_ARROW,KEY_F8,';',KEY_UP_ARROW,'[','\'',KEY_DOWN_ARROW},
{KEY_F10,KEY_DELETE,'=',KEY_BACKSPACE,KEY_F9,KEY_F11,KEY_RETURN,']','\\',KEY_RIGHT_ARROW},
{KEY_ESC,KEY_LEFT_GUI,'`',KEY_LEFT_CTRL,KEY_TAB,'a','q','z',KEY_CAPS_LOCK,KEY_LEFT_SHIFT},
{KEY_F1,KEY_LEFT_ALT,'1',KEY_F2,'2','s','w','x','d','c'},
{KEY_F3,' ','4',KEY_F4,'3','e','r','b','f','v'},
{KEY_F5,'6','5',0,0,0,'t','g',0,0}
}; 

void setup() {
  Keyboard.begin();
  Keyboard.releaseAll();
  Serial.begin(9600);

  // 初始化掃描pin
  for(int i=0; i<scanPin_len; i++) {
    pinMode(scanPin[i], OUTPUT);
  }

  // 初始化按鈕pin
  for(int i=0; i<btnPinD_len; i++) {
    pinMode(btnPinD[i], INPUT);
  }

  // 初始化按鈕狀態
  for(int i=0; i<scanPin_len; i++) {
    for(int j=0; j<btn_len; j++) {
      btn[i][j] = 0;
    }
  }

  for(int j=0; j<btn_len; j++) {
    btnTmp[j] = 0;
  }
}

void loop() {
  // 輪詢設置scanPin
  for(int i=0; i<scanPin_len; i++) {
    if(i == scanPos) {
      digitalWrite(scanPin[i], HIGH);
    } else {
      digitalWrite(scanPin[i], LOW);
    }
  }

  delay(5);

  // 讀取按鍵信息
  readBtn();

  // 處理狀態有改變的btn

  for(int i=0; i<btn_len; i++) {
    if(btn[scanPos][i] != btnTmp[i]) {
      btn[scanPos][i] = btnTmp[i];
//      Serial.print("["); 
//      Serial.print(scanPos);
//      Serial.print(" : ");
//      Serial.print(i);

      if(btnTmp[i] == 1) {
        Keyboard.press(keyMap[scanPos][i]);
//        Serial.print("] pressed");
      } else {
        Keyboard.release(keyMap[scanPos][i]);
//        Serial.print("] released");
      }

//      Serial.println("");
    }
  }
 scanPos = (scanPos + 1) % scanPin_len; // 下一個
}

void readBtn() {
  // 先讀模擬口，再讀數字口
  // 5 -> 0
  int index = 0;
  for(int i = 0; i < btnPinA_len; i ++) {
    int val = analogRead(btnPinA[i]);
    if(val > 600) {
      btnTmp[index] = 1;
    } else {
      btnTmp[index] = 0;
    }
    // Serial.print(btnTmp[index]);
    index ++;
  }

  for(int i = 0; i < btnPinD_len; i ++) {
    btnTmp[index] = digitalRead(btnPinD[i]);
    // Serial.print(btnTmp[index]);
    index ++;
  }
}

製做圖集

• 初版鍵帽：
  

• 新買的毛玻璃打印時受熱不均，碎了。。。
  

• 在打印中，加熱頭鬆動掉落，還好機器有自動保護，沒有形成火災
  

• 打印過程當中底座脫落，一路坎坷啊
  

• 軸體安裝
  

• 飛線
  

• ArduinoLeonardo還沒到貨，拿uno測試按鍵
  

• 外殼組裝效果
  

• 初版鍵帽（字母是用美紋紙貼上去的）
  

• Leonardo到貨，測試驅動
  

• 右手組裝成功（黑色更有感受啊）
  

• 新版鍵帽（白色）
  

• 電路板
  

• 最後效果
  

總結

作完整個鍵盤感受很是有成就感，也很是實用，截止目前已經用了快半年時間了，已經很是習慣機械鍵盤的按鍵反饋，手腕也再也不彎着，沒有酸過了。最後來大體彙總下花費吧

• 80顆國產黑軸 104元

• 元器件 24元（郵費貴，還有不少二極管和萬能板沒用到）

• Leonardo 30元
  大概材料花費在160元左右，比普通的機械鍵盤便宜多了，並且仍是分體的，全部按鍵可隨意自定義（驅動程序都本身寫的，O(∩_∩)O哈哈~）

最後曬一下我在小黑屋的辦公桌

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