前言

作為一名程序員，鍵盤在手，天下我有啊，不整把高大上的鍵盤怎么提升B格。之前一直想買個(gè)機(jī)械鍵盤，聽說(shuō)機(jī)械鍵盤敲代碼和玩游戲都特別爽，也是裝B神器。同時(shí)也覺得普通的鍵盤打字打久了手腕會(huì)有點(diǎn)酸酸的，因?yàn)榍面I盤時(shí)都是要彎著手腕的，一點(diǎn)也不符合人體工程學(xué)。于是乎就想買一個(gè)分體的機(jī)械鍵盤，結(jié)果找了半天都沒有比較中意的，找到幾個(gè)人體工程學(xué)鍵盤，都是薄膜的，而且價(jià)格高得離譜，不就多個(gè)人體工程學(xué)光環(huán)嘛。。。身為程序員中的屌絲，豈能被金錢這種東西降低自身B格呢

普通機(jī)械鍵盤

帶 * “人體工程學(xué)光環(huán)” * 鍵盤

為了不要這么糾結(jié)，就自己diy一個(gè)咯，正好有臺(tái)3D打印機(jī)（又一個(gè)裝B神器，你值得擁有，O(∩_∩)O哈哈~），全部外殼自己打印，控制板用Arduino Leonardo，原生支持鍵盤鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)，軸體考慮到成本，先買了80顆國(guó)產(chǎn)黑軸做實(shí)驗(yàn)，鍵帽也簡(jiǎn)單打印一下，說(shuō)干就干

3D打印的分體黑軸機(jī)械鍵盤

符合人體工程學(xué)的分體式設(shè)計(jì)，全鍵無(wú)沖，可任意自定義快捷鍵，甚至可任性滴修改鍵位布局哦（重新設(shè)計(jì)外殼即可）

準(zhǔn)備

• 工具
  • 3D打印機(jī) （打印外殼）
  • 電烙鐵
  • 熱熔膠 （固定按鍵用）
  • 萬(wàn)用表
• 硬件
  • Arduino Leonardo板 （驅(qū)動(dòng)板）
  • 黑軸軸體
  • 二極管+電阻+杜邦線+萬(wàn)能板
  • 小螺絲 （外殼裝配）
• 軟件
  • SolidWorks （3D建模，設(shè)計(jì)外殼，可用任何3D建模軟件代替哦）
  • Arduino IDE （寫鍵盤驅(qū)動(dòng)程序）

是時(shí)候上點(diǎn)圖了。。。
自己組裝的三角洲式3D打印機(jī)

淘寶買的工具

步驟

先設(shè)計(jì)鍵位排布，使用 ** SolidWorks ** （任何3D建模軟件都o(jì)k的，只是我比較熟系SolidWorks哦）畫出簡(jiǎn)單的按鍵布局，先從左手開始，先完整的搞定左手能使用了，再做右手。設(shè)計(jì)好布局后制作支撐軸體的面板，然后設(shè)計(jì)電路，用飛線焊接，寫代碼測(cè)試按鍵是否都正常。電路正常后設(shè)計(jì)整個(gè)外殼，然后整體組裝。這就完工啦

• 鍵位設(shè)計(jì)

右手之所以外形扭曲，是因?yàn)?D打印機(jī)打印面積有限

• 電路設(shè)計(jì)

  由于Arduino板io口有限，必須使用矩陣掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵。掃描方式就是：定義n個(gè)io口為掃描口，m個(gè)接收口，組成一個(gè)n*m的矩陣。掃描口默認(rèn)全部都是低電壓，然后依次將每個(gè)掃描口單獨(dú)置為高電壓（即掃描動(dòng)作），當(dāng)這個(gè)高電壓的掃描口上連接的某個(gè)按鍵有按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的接收口電壓就也是高電壓，這時(shí)就可以定位到是哪個(gè)按鈕按下了，矩陣如圖所示：

  
  

Arduino有6個(gè)模擬口，14個(gè)數(shù)字口。我要做的鍵盤不超過(guò)80個(gè)鍵，所以使用8個(gè)數(shù)字口進(jìn)行脈沖掃描，6個(gè)模擬口加4個(gè)數(shù)字口用來(lái)接收脈沖來(lái)定位按鍵，這樣就實(shí)現(xiàn)了8*10的矩陣，支持80個(gè)鍵。還有2個(gè)數(shù)字鍵是空閑的，可以用于特殊按鍵定制。

• 按鍵沖突處理

如果按上圖簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)會(huì)存在沖突問(wèn)題，當(dāng)接收口上有多個(gè)按鍵被按下時(shí)，會(huì)存在回路，高電壓的掃描口和低電壓的掃描口發(fā)生短路，就不知道是哪個(gè)按鍵被按下了。一般鍵盤都是5鍵左右不沖突，也就是這個(gè)鍵盤有5個(gè)接收口，只要保證在同一個(gè)接收口上的按鍵不會(huì)同時(shí)按下就不會(huì)有沖突。

使用矩陣掃描方式就會(huì)有按鍵沖突問(wèn)題，我使用二極管來(lái)處理沖突，保證不會(huì)出現(xiàn)回路問(wèn)題，如圖（R是掃描口，C是接收口）：

• 電壓動(dòng)蕩處理
  二極管解決了沖突問(wèn)題，但是不能解決電壓動(dòng)蕩，電壓不穩(wěn)定有兩方面，第一就是當(dāng)掃描口高電壓變?yōu)榈碗妷簳r(shí)，接收口電壓不會(huì)立即變成低電壓，所以在接收口都需要加一個(gè)下拉電阻，讓電壓立馬降下來(lái)。第二就是按鍵按下時(shí)接觸片碰撞時(shí)導(dǎo)致的電壓不穩(wěn)，這個(gè)最好是通過(guò)加電容（和按鍵并聯(lián)）去過(guò)濾波動(dòng)電壓，買元件時(shí)忘了買電容了，這里就簡(jiǎn)單粗暴了

• 最終電路設(shè)計(jì)

  
  

• 外殼設(shè)計(jì)（第一期簡(jiǎn)單點(diǎn)，不把電路板放到外殼內(nèi)）

  • 左手

    
    

  • 右手

    
    

  • 側(cè)面

    
    

• 鍵帽設(shè)計(jì)

  
  

• 程序設(shè)計(jì)

#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(rèn)低電平，逐個(gè)輸出高電平）
int scanPos = 0; // 當(dāng)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(shù)字端口

#define btn_len 10
byte btn[scanPin_len][btn_len]; // 按鈕狀態(tài)
byte btnTmp[btn_len]; // 臨時(shí)按鈕狀態(tài)

#define KEY_FN KEY_RIGHT_SHIFT // FN鍵
// 8*10的按鍵映射矩陣
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();

  // 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(tài)
  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?cè)O(shè)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(tài)有改變的btn
  for(int i=0; i<btn_len; i++) {
    if(btn[scanPos][i] != btnTmp[i]) {
      btn[scanPos][i] = btnTmp[i];

      if(btnTmp[i] == 1) {
        Keyboard.press(keyMap[scanPos][i]);
      } else {
        Keyboard.release(keyMap[scanPos][i]);
      }
    }
  }
 scanPos = (scanPos + 1) % scanPin_len; // 下一個(gè)
}

void readBtn() {
  // 先讀模擬口，再讀數(shù)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;
    }
    index ++;
  }

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

制作圖集

• 第一版鍵帽（3D打印機(jī)精度還是有點(diǎn)欠缺，特別是處理弧線）：

  
  

• 打印機(jī)底板想換成玻璃的，結(jié)果新買的毛玻璃打印時(shí)受熱不均，碎了。。。還是乖乖用回美紋紙吧

  
  

• 在打印中，加熱頭松動(dòng)掉落，還好機(jī)器有自動(dòng)保護(hù)，沒有造成火災(zāi)。幸虧代碼不是我寫的，要不然肯定會(huì)火災(zāi)的，^_
  

• 打印過(guò)程中底座脫落，都打成鳥窩了。。。一路坎坷啊

  
  

• 軸體安裝，再次簡(jiǎn)單粗暴的沒有使用衛(wèi)星軸

  
  

• 飛線，這是第一版沒加二極管的連線，沒有做pcb，直接飛線連，簡(jiǎn)單高效，適合屌絲程序員，O(∩_∩)O哈哈~

  
  

• ArduinoLeonardo還沒到貨，拿uno測(cè)試按鍵

  
  

• 外殼組裝效果

  
  

• 第一版鍵帽（字母是用美紋紙貼上去的，就是這么簡(jiǎn)單粗暴）

  
  

• Leonardo到貨，測(cè)試驅(qū)動(dòng)

  
  

• 右手組裝成功（黑色更有感覺?。?/p>
  

• 新版鍵帽（白色），美紋紙弱爆了，必須整高端點(diǎn)，然后發(fā)現(xiàn)白色材料打印效果很贊，光滑度也高了不少，打印材料還是相當(dāng)重要的

  
  

• 電路板，裸露在鍵盤外還是挺有極客范的哦

  
  

• 最后效果，鍵盤在手，天下我有

  
  

總結(jié)

做完整個(gè)鍵盤感覺非常有成就感，也非常實(shí)用，截止目前已經(jīng)用了快半年時(shí)間了，已經(jīng)非常喜歡機(jī)械鍵盤的按鍵反饋，也非常習(xí)慣分體鍵盤的布局，手腕也不再?gòu)澲瑳]有酸過(guò)了。最后來(lái)大致匯總下花費(fèi)吧（屌絲程序員裝B有望啦。。。）

• 80顆國(guó)產(chǎn)黑軸 104元
• 元器件 24元（郵費(fèi)貴，還有很多二極管和萬(wàn)能板沒用到）
• Leonardo 30元
  大概材料花費(fèi)在160元左右，比普通的機(jī)械鍵盤便宜多了，而且還是分體的，所有按鍵可隨意自定義（驅(qū)動(dòng)程序都自己寫的，還有啥不能改的，O(∩_∩)O哈哈~）

最后曬一下我在小黑屋的辦公桌（這鍵盤是不是B格最高的？ O(∩_∩)O~~）