Клавиатура своими руками под свои руки, 65 фото+ много текста, сообщу

Выяснилась одна не слишком приятная вещь, связанная с переключателями. Если их запихнуть в отверстия, которые высверлены не совсем точно, он поддаётся деформации, и его тактильные свойства меняются, вплоть до того, что он не щёлкает, и даже может залипать. Высверливаю отверстия пошире. Позже решил досверливать обычной дрелью и сверлом на 4мм, но всё равно половину этих больших отверстий приходится потом доскабливать, чтобы переключатели входили без больших усилий.

Получилось вот что:

...

По ощущению — переключатели сидят в плате очень крепко, не шатаются, все вошли в плату без особых усилий. После пайки сядут намертво. Честно говоря, достаточно неожиданный результат для такой кустарной работы, доволен собой.

Несмотря на явную неровность линий отверстий с шагом 2.54мм, микроконтроллер и IDC разъём встали без усилий и плотно:

...

...

Опять диоды


Есть два варианта, первый — это припаивать диоды навесным образом, не самый простой вариант, учитывая то, сколько там будет напаяно проводов. Второй вариант — разобрать переключатели, и взамен тамошнего провода, призванного облегчить разводку однослойной печатной платы, вставить диод. Да, это определённый труд, но он должен окупиться упрощением навесного монтажа. Есть и третий, правильный вариант, покупать сразу переключатели с диодом, но последние по какой-то неведомой причине совсем не популярны, и купить их, кроме как заказать крупную партию прямо у Cherry, негде.

...

...

Нарезка


Плат нужно аж целых 6 кусков. Теоретически можно было сделать и два, но 1) размер тектолитовых кусков не позволяет 2) даже если бы позволял, то получалось бы это не слишком экономично 3) есть возможность при сборке поиграть положением плат относительно друг друга.

...

Межплатные соединения


Для того, чтобы не пришлось тянуть провода между половинками клавиатуры, я использовал шлейфы, подобные тем, которые использовались для подключения накопителей на жёстких дисках к материнском платам, только с меньшим количеством жил, и разъёмы IDC/BH. Конечно, более правильно было бы использовать витую пару, но мне нужно больше, чем 8 проводов, а разъём 8P8C тоже не слишком компактен (а разьём 10P10C и 10жильную витую пару не так просто найти). Ещё вариант был бы использовать мультиплексор портов ввода вывода на шине I2C, но это усовершенствование я решил отложить.
К слову сказать, IDC разъёмы угловой и прямой мне достались совершенно разные. Прямой не паялся никак, и ножки из него вываливались при малейшем нагревании, а угловой паялся хорошо. Внешне не отличались ничем.

Пайка


О пайке могу сказать одно — это не мой конёк. Тяп-ляп, но работает.

Проба пера


Итак, у меня получился кусок клавиатуры, и пора бы проверить, работает ли всё это так, как я предполагал.

К Teensy идёт некоторое количество примеров, в том числе USB HID (устройство интерфейса с человеком), в вариантах для клавиатуры и мыши. С первого из этих примеров и выросла прошивка.
В оригинальном примере идёт расчёт на то, что входы переключателями замыкаются на землю, а при матричном подключении всё немного по-другому, на часть ножек периодически подаётся напряжение, и в этот период состояние других ножек читается. Для того, чтобы ножки работали в качестве выходов, нужно их в этот режим перевести. Для того, чтобы ножки работали в качестве выходов, нужно их в этот режим перевести.
В общем приближении порядок такой: инициализируем порты и USB; в цикле поочерёдно подаём напряжение на выходы, читаем входы, если значение на входе соответствует нажатой клавише, а в предыдущем цикле чтения она не была нажата — посылаем код клавиши по USB.

«Фирмовая» прошивка


Можно продолжать городить огород и тут, но в прошивках кроется не меньше тонкостей, чем в железе. И мне пришла в голову мысль использовать готовую прошивку. Из имеющегося в сети наиболее заслуживающими внимания показались две:
Clavis. Использовалась в одном моде старой терминальной клавиатуры Wyse WY-85. В принципе, выглядит неплохо настраиваемой, но из коробки не хватает кое-каких возможностей, которые есть во второй прошивке.
TMK Keyboard. Очень матёрая прошивка, использующаяся в десятке (если не в десятках) клавиатурных модов и доморощенных клавиатур. Из коробки обладает следующими возможностями:
— многослойность раскладок (можно использовать один слой для дополнительных полезных символов, наподобие типографского дефиса и т.п.);
— эмуляция движений мыши с помощью клавиш;
— умеет посылать коды системных клавиш: Power Down, Sleep, Wake Up, Volume Down/Up, Mute, Next/Prev track, Play, Stop и других;
— передача множества одновременных нажатий (не ограничиваясь лимитом USB на 6 клавиш);
— настраиваема до мельчайших деталей;
— работает с клавиатурными «фокусами», а именно умеет те же физические клавиши использовать для разных назначений в зависимости от типа нажатия;
— консоль отладки прошивки.

Поначалу была проблема с залипанием клавиш, но к моменту, когда я всё дособрал, проблема уже была решена. Мой код можно найти тут.
На глаза попался ещё один очень интересный экземпляр самодельной клавиатуры, отличающийся от остальных простотой конструкции, а именно той пластиной, на которой крепятся переключатели.
Мало того, что снизу платы торчат контакты, так они ещё теперь все обвешаны проводами. Нужно что-то вроде нижней крышки. Куски платы разрознены, а закрепить их между собой надёжно и устойчиво на купленных мной столбиках для соединения печатных плат и винтиках — непростая задача. Идеально было бы, если бы она также выполняла роль подставки, придающей всей конструкции желаемый наклон.

Поиск по сети показал, что оргстекло обладает рядом уникальных качеств, такими как малый вес, пластичность при нагреве до 140 градусов, возможность резки лазером и отрезной машинкой, сверления, а также очень невысокой стоимостью.
Похоже, что затея с текстолитом была неправильным инженерным решением, и я купил лист оргстекла толщиной 1.5мм.

Ко всему прочему, я примерил, и мне показалось излишне большим расстояние между кнопками под большие пальцы, я решил его слегка уменьшить, буквально сдвинуть на миллиметр, но это позволит приблизить дальнюю клавишу почти на полсантиметра. Попробовал использовать и клавиши стандартного 1х размера, с ними можно было бы ещё чуть уплотниться, но нажимать на них боковой поверхностью большого пальца оказалось совсем не так удобно.

Корпус


Многие уже перестали замечать, из чего сделаны ценники и подставки под товары в магазине, а сделаны они обычно как раз из этого самого оргстекла. Способов сгибания два, первый — это нагрев паяльной лампой по линии сгиба, и сгибание по деревянной линейке. Чреват пузырьками в материале, возгоранием, а ко всему прочему невысокой точностью. Второй способ — сгибание под собственным весом вдоль нагретой проволоки. Вполне подходящий способ для достаточно тонкого оргстекла.

Проба сгибания


Мне понадобилось: метр нихромовой проволоки, четыре шурупа, доска. Некоторые руководства в интернете говорят о том, что нихромовая проволока растягивается при нагреве, и крайне необходимо использовать растягивающую прожину. По моим скромным подсчётам по данным википедии, увеличение объёма нихрома составляет чуть менее миллиметра при нагреве на 200'C и длине проволоки в 30см.
Перед сгибанием очень важно не забыть снять с оргстекла защитную плёнку.

Попытки нагреть проволоку керамическим элементом паяльника провалились, равно как и универсальным блоком питания на 1А, включённом на 1.5В. Сопротивление участка провода длиной 30см около 1 Ом, и при токе в 1А получается мощность в 1Вт, что по поим расчётам может нагреть проволоку до 150'C за 500 секунд, и только при условии, что тот не будет остывать, а он будет.
Нужно что-то помощнее, и я взял старый блок питания AT, и подключил к концам провода землю и 5В. Эффект не заставил себя ждать, провод очень быстро нагрелся до температуры, когда капля воды на нём мнгновенно испарялась.

Проволока всё же растягивается, причём настолько сильно, что провисает на пару миллиметров, что делает линию сгиба неровной, а по бокам слегка лучше прилегает с сгибаемому листу, нагревает его больше, даже слегка оплавляя. Для пробы, конечно, пойдёт, и тех «растяжителей» в виде столярных дюбелей достаточно, но чтобы сделать красиво и ровно, нужно что-то более надёжное.

...

онструкция получается крепкая, прогибается очень слабо, ноутбук сидит на ней как влитой.

Упор для запястий


Не нашёл в русском языке аналога английскому wrist rest, поэтому пусть будет «упор», хотя подразумевается, что это та вещь, на которой кисть отдыхает, когда запястья лежат на ней. Мне досталась от купленной жене клавиатурной подставки-манипулятора (достойной отдельного поста), там был упор для клавиатуры, и для мыши. Последний не пользовался у жены спросом и поэтому я не преминул его использовать в своих целях.

Поскольку упор один, а половины у клавиатуры две, его придётся распилить пополам. А ещё лучше удалить все царапающие гладкие поверхности скобы.

...

И удобно подсоединить к конструкции.

Рука на таком лежит удобно, и можно найти несколько положений, в которых она совершенно расслабленна.
Внутри — два слоя геля, внутренний пожёстче, а снаружи, под слоем кожезаменителя, помягче, и даже чуть липкий.

Чтобы конструкция не скользила по столу, я купил специальные клеящиеся ножки.