自己动手,DIY一把低功耗蓝牙、USB双模机械键盘

原创 电子工程世界 2024-06-06 07:01
虽然现在自己组装一把属于自己的客制化键盘,已经是一件非常容易的事了,想要什么配件都很容易买到,但总归是没有自己DIY更合自己心意。想必你也曾经在B站看过很多DIY键盘的视频,EEWorld也曾发起过DIY的活动,其中便有网友DIY了属于自己的那把键盘。(原帖汇总地址:https://www.eeworld.com.cn/auf14KG

jj1989|作者
电子工程世界论坛|来源

市面上支持蓝牙的机械键盘较少,同类产品多使用经典蓝牙,功耗较高。而无线键盘对功耗要求较敏感。本作品使用低功耗蓝牙(BLE)作为无线数据传输。同时支持蓝牙和USB连接,在无线模式下,借助于BLE的优势,可以实现超长续航。网络上可以搜索到的关于DIY键盘的文章比较多,这里对于重复性的东西就不做过多介绍,主要还是着重说一下BLE部分。

BLE方案选择


第一个版本中,BLE部分使用的是Nordic的NRF51822,主控芯片与51822通过串口进行通信。当时硬件上面只使用了RX和TX两根线,没有使用硬件流控。这样在串口通信的时候,因51822内部还在跑softdevice,会导致数据丢包。而我这里测试的情况是根本无法通信,一发送数据,51822就复位重启。经调试发现是出现了通信错误。这里解决的办法一是使用硬件流控,二是换方案。本来一开始打算使用Dialog的14580,考虑到开发周期最后才选了51822。这次时间比较充足,看来还是要换回Dialog。使用14580需要外挂flash,当然代码稳定后就不需要了。考虑到元器件是要自己一个个徒手焊接,还是选择14583。与14580相比,其内部集成了1Mbits的flash,可以少一颗物料,但价格就要贵很多了。看来鱼和熊掌不可兼得啊。目前方案验证基本OK,PCB还没有开始修改。先来一张PCB的3D效果图。

图1

硬件改进


在第一版的基础上,将做如下改进。
  • Mini-USB接口换成Type-c接口。
  • 蓝牙芯片由NRF51822换成DA14583,并增加EEPROM。
  • 复位按键更换为霍尔传感器,使用磁铁复位。
  • PCB定位孔调整。

改进说明:1.换成Type-c接口,虽然没什么用,但也算是与时俱进吧,现在很多电脑已经提供此接口。2.增加一片AT24C02,用于存储蓝牙设备的绑定信息。存储多个设备的绑定信息,可以实现键盘在多个蓝牙设备之间切换使用。3.键盘组装好后,要想按键复位,需要在外壳上打一个孔,这太影响美观了。换成低功耗的霍尔传感器,只需要磁铁在旁边吸一下即可复位主控芯片。4.第一版键盘设计的时候没来得及设计外壳,PCB的定位孔没有过多考虑。这一版需要调整一下,结合后面设计的定位钢板,调整孔的位置和大小,使用M3的螺丝固定PCB。

注意事项


Type-c接口支持正反插,引脚比较多,第一次使用差点搞错了。这里的键盘使用的是母头,标准Type-c母头引脚定义如下:

图2
在淘宝上购买的Type-c母头如下:

图3

使用的贴片形式,本来打算上直插,但PCB厚度为1.6mm,直插的引脚太短,怕不牢固。这贴片的估计也好不到那里去。卖家没有引脚定义图,我只有用万用表试,将购买的type-c公头与母头连起来,然后一个一个引脚挨着测试。测试结果,引脚指向自己,从左到右依次为:GND、VBUS、CC、RFU1、D+、D-、D+、D-、CC、RFU1、VBUS、GND。这里购买的接头与标准定义的不一样,省掉了一些引脚。但这里真正需要用到的,除去电源和地外,就只有D+和D- 。只要D+和D-不要搞反了,就没问题。

PCB设计


需要注意的地方也就蓝牙天线部分了。由于体积限制,使用的陶瓷天线,仅使用软件计算了一下阻抗匹配。第一版的天线信号质量很差,这是第二次搞天线,心里也完全没底。有没有这方面的老司机,求带啊。主控使用的STM32L053R8T6,USB部分全速也就12Mbps,两根USB信号线按照一般布线连通就能正常工作,就没有去注意信号完整性方面的东西。目前板子已经打样,坐等调试。最后来一张PCB的3D图。

图4

PCB焊接


这次PCB打样还挺快,周一下单,周五就收到,采用的是无铅工艺。话说这键盘以后每天跟身体接触,还是无铅的更安全、环保一些。但收到的PCB跟有铅工艺的没区别,包装、说明都一样,也没有注明工艺是否有铅。咨询了一下客服,得到了一个比较简单的判断方法。即拿一张白纸,稍微用力摩擦焊盘,白纸与焊盘摩擦部分变黑即含铅,否则无铅。测试了一下,本次PCB确实是无铅的。打样回来的PCB如下图。

图5

图6

接下来就是焊接PCB。对蓝牙部分期待比较大,先从蓝牙部分着手。下班后立即投入焊接工作当中。这应该算是第一次真正焊接QFN封装的芯片,本想叫公司的老司机帮忙,想了想还是自己来,练一下手。焊接还算顺利,感觉还不错,不过忘了拍照。天线部分的电感选用的0402,第一次焊接这么小的器件,有点痛苦,一直担心器件会不会烫坏。

焊接完后,烧录程序进行测试。公司电脑上没最新的代码,烧录了一个老版本的进去后,搜索不到蓝牙信号。什么情况?检查了一下芯片焊接,没有问题。怀疑天线部分的0402元器件短路,重新焊接了一下,还是不行。索性把天线部分元器件全部去掉,但还是不行。难道是程序有问题?于是烧录另一个程序,终于有了信号,原来是代码问题。在没有天线的情况下,手机靠近芯片,信号都还可以,突然有点小激动,马上把天线部分焊接完整。用lightblue测试一下,信号强度还不错,比起之前好太多。此芯片内部集成巴伦,外围只需几个元器件。

真想一口气把板子焊接完成,但蓝牙部分硬件调试耽误了很多时间,只能留到周末去搞。在今天下午,又去公司焊接了几个小时。由于使用的无铅焊锡丝,其熔点相对有铅焊锡丝要高一些,焊接起来没无铅的那么顺手。搞了一下午,总算把基本部分焊接完成。剩下按键和LED背光部分没有焊接。如下图:

图7

图8

实际上只是焊接了一小部分,剩下的才是大头。

现在已经可以测试了,烧录好STM32的代码,连接Type-c数据线到电脑,"咚"一下,熟悉的声音出现,设备管理里面成功识别出HID键盘,如下图:

图9


用镊子短接按键测试一下,也能正常输入。剩下未焊接的就只有等到后面有空再搞了。由于USB接口换成了Type-c,支持正反插,使用起来很方便,不用再去找方向啦。

又经过了几个小时的焊接,PCB总算焊接完成。由于使用的无铅焊锡,焊接过程是相当痛苦,焊接出来也是很难看,只能说勉强能用。经网友的提醒,大致算了一下,焊接点数差不多上千,体力活啊。灯珠使用的是3528封装的RGBLED。PCB上打一个孔,放置灯珠,然后用焊锡将焊盘与引脚连通,这个焊接过程考验的是耐心。本来不打算焊接灯珠,因为要使用不透光的键帽。后面想了一下,还是搞一个完整的出来,毕竟这个灯珠是新买的,质量比较好,想看一下效果如何,有没有色差。之前使用的是别人给的,色差很严重。来两张点灯图。最后一排不亮,似乎焊接哪里出了问题。

图10

LED灯是一行一行地扫描点亮,照片显示出来只亮了四排。

图11

接下来就是清洗PCB板。板子太大,没有合适的容器浸泡,用一个自封袋搞定,如下图:

图12

然后就是焊接按键。在这之前,先把卫星轴安装好。这里使用的国产卫星轴,没法跟原厂的樱桃卫星轴相比。

图13

之后将装好按键的定位钢板与PCB合体。定位板是之前在淘宝上加工的不锈钢板。键帽是下血本在咸鱼上淘的,侧刻不透光。

图 14

这里需要检查按键的每一个引脚是否都对应好了焊盘。否则当焊接了一半,发现有引脚没对应到孔位,操作起来就很麻烦了。

图15

接下来又是焊接,不过这个焊接起来就很轻松了,很快就搞定,如下图:

图16

来一张特写,灯珠部分焊接很难看。先这样吧,反正装上壳子后就看不见了。

图17

现在终于可以接上USB数据线码字啦。手里没有Type-c数据线,使用了一个Type-c转Micro-USB头。到这里键盘就基本成型了,已经可以用来码字啦。整个效果如下图。

图18

图19

这里使用的是Cherry红轴。平时使用的青轴,这是第一次使用红轴码字,感觉很不一样。敲击很轻盈,回弹也可以,没有青轴的机械声音。总之,完全不一样的感觉。

外壳设计


外壳准备使用木头制作。有一个朋友是做实木家具定制的,打算找他帮忙。问了一下,说我这个精度较高,他那里搞不定。我这个需要使用雕刻机,并要用好一点的木材,才配得上此键盘。浏览了一下淘宝,发现上面有木材并提供加工服务,具体能不能达到要求还没有细问,先把图纸画好再说吧。下面是外壳的3D图。

图 20

简单渲染了一下,效果还可以。

图 21

最近发现论坛上有DIY雕刻机的帖子,并提供了各种资料,可以很容易的自己做一台出来。难道为了这个键盘外壳,我要先自己做一台雕刻机?外壳尺寸是124X315mm,小的雕刻机还不能一次性加工完成。各位有没有什么好的建议。

功耗优化


该键盘的一个特点是使用的低功耗蓝牙(BLE),因此功耗优化是重点。
现在对系统做如下处理:
  • 主控部分:连续10分钟无按键,主控进入休眠状态。
  • 蓝牙部分:5分钟内无设备连接,进入休眠状态。
  • 通过任意按键唤醒系统。
先来看一下,未做优化时,功耗多少。测试条件为关闭LED,开启蓝牙,键盘正常工作。

图22

得益于L系列的低功耗,尽管没有做优化,功耗也不是很高,电流仅9.5mA,其中蓝牙部分的电流接近1mA。这里使用的是一块4000mAh的大电池,不优化也可以连续工作十几天。

接下来,进行功耗优化。这里配置STM32的睡眠模式为STOP模式,这样可使用外部中断唤醒。按下任意按键即可唤醒键盘。当关闭蓝牙设备,STM32进入睡眠后,测得系统整体电流如下图。

图 23

从图中可以看到睡眠后整个系统电流为38uA。待机一天下来,消耗的电量为0.912mAh,不足1mAh,功耗较低。另外,在蓝牙模式下,长时间无按键,是否需要断开蓝牙连接并进入休眠,需要进一步测试。考虑到蓝牙唤醒后再自动连接到设备,需要一定的时间,可能会影响到使用体验。

目前测试来看,当主控睡眠时关闭蓝牙,短时间内唤醒后,蓝牙可以立即连接上,体验上基本没影响。目前系统睡眠时,直接切断了蓝牙部分的电源。蓝牙部分的功耗及控制方案后面有时间再来优化。

这里的主控选用的STM32L系列,其低功耗模式相对其它系列要复杂一些,可配置的选项比较多。键盘在工作时,主频为最大的32MHZ,实际使用不需要这么高的频率,可以降低频率以进一步降低功耗。关于主控部分的功耗优化,还有很多地方可以操作,这里仅做了一个简单测试。后面有时间再来进一步完善。

最后贴一张功耗调试时的照片。功耗调试时就不能连接USB了,需要频繁的插拔USB线,于是搬出了上一版本的键盘,国产G青。个人觉得还是青轴码字舒服。各位喜欢什么轴呢?欢迎跟贴讨论。

图24

功能演示视频


功能测试



最后再来几张键盘的特写。

图25

图26

图27

图28

图29

图30

图31

总 结


很久以前就打算DIY一把机械键盘,但由于种种原因一直未能开始。恰逢遇到某论坛的一次电子制作活动,索性就报名参加了,然后就有了第一版的键盘。当时由于时间及设计上的一些问题,未能实现蓝牙功能。此次参加EEWorld的DIY活动,在第一版的基础上,更换了蓝牙硬件方案,对键盘进行了优化和升级。目前已经基本实现了最初的设想,后续软件部分还需进一步完善。

回顾了一下,从此次DIY的第一篇帖子到此贴,刚好整整两个月时间。在这两个月时间里面,利用业余时间,基本按照计划一步步完成了该键盘从无到有的制作。其中感觉最难的就是板子的焊接。由于使用的无铅工艺,焊接起来相比第一版,难度增加不少。在网友的提醒下,查看了一下PCB的报告,总共1400多个焊点,全程手工焊接。现在回想起来,有种不小的成就感。

整个键盘制作过程是充满快乐与痛苦的,而当看到最终的成品时,内心是无比喜悦的。这也许就是DIY的魅力所在,痛并快乐着!

· END ·








电子工程世界 关注EEWORLD电子工程世界,即时参与讨论电子工程世界最火话题,抢先知晓电子工程业界资讯。
评论
  • 2025年2月26日,广州】全球领先的AIoT服务商机智云正式发布“Gokit5 AI智能体开发板”,该产品作为行业首个全栈式AIoT开发中枢,深度融合火山引擎云原生架构、豆包多模态大模型、扣子智能体平台和机智云Aiot开发平台,首次实现智能体开发全流程工业化生产模式。通过「扣子+机智云」双引擎协同架构与API开放生态,开发者仅需半天即可完成智能体开发、测试、发布到硬件应用的全流程,标志着智能体开发进入分钟级响应时代。一、开发框架零代码部署,构建高效开发生态Gokit5 AI智能体开发板采用 “
    机智云物联网 2025-02-26 19:01 162浏览
  • RGB灯光无法同步?细致的动态光效设定反而成为产品客诉来源!随着科技的进步和消费者需求变化,电脑接口设备单一功能性已无法满足市场需求,因此在产品上增加「动态光效」的形式便应运而生,藉此吸引消费者目光。这种RGB灯光效果,不仅能增强电脑周边产品的视觉吸引力,还能为用户提供个性化的体验,展现独特自我风格。如今,笔记本电脑、键盘、鼠标、鼠标垫、耳机、显示器等多种电脑接口设备多数已配备动态光效。这些设备的灯光效果会随着音乐节奏、游戏情节或使用者的设置而变化。想象一个画面,当一名游戏玩家,按下电源开关,整
    百佳泰测试实验室 2025-02-27 14:15 137浏览
  • 请移步 gitee 仓库 https://gitee.com/Newcapec_cn/LiteOS-M_V5.0.2-Release_STM32F103_CubeMX/blob/main/Docs/%E5%9F%BA%E4%BA%8ESTM32F103RCT6%E7%A7%BB%E6%A4%8DLiteOS-M-V5.0.2-Release.md基于STM32F103RCT6移植LiteOS-M-V5.0.2-Release下载源码kernel_liteos_m: OpenHarmon
    逮到一只程序猿 2025-02-27 08:56 195浏览
  • 在物联网领域中,无线射频技术作为设备间通信的核心手段,已深度渗透工业自动化、智慧城市及智能家居等多元场景。然而,随着物联网设备接入规模的不断扩大,如何降低运维成本,提升通信数据的传输速度和响应时间,实现更广泛、更稳定的覆盖已成为当前亟待解决的系统性难题。SoC无线收发模块-RFM25A12在此背景下,华普微创新推出了一款高性能、远距离与高性价比的Sub-GHz无线SoC收发模块RFM25A12,旨在提升射频性能以满足行业中日益增长与复杂的设备互联需求。值得一提的是,RFM25A12还支持Wi-S
    华普微HOPERF 2025-02-28 09:06 143浏览
  • 构建巨量的驾驶场景时,测试ADAS和AD系统面临着巨大挑战,如传统的实验设计(Design of Experiments, DoE)方法难以有效覆盖识别驾驶边缘场景案例,但这些边缘案例恰恰是进一步提升自动驾驶系统性能的关键。一、传统解决方案:静态DoE标准的DoE方案旨在系统性地探索场景的参数空间,从而确保能够实现完全的测试覆盖范围。但在边缘案例,比如暴露在潜在安全风险的场景或是ADAS系统性能极限场景时,DoE方案通常会失效,让我们看一些常见的DoE方案:1、网格搜索法(Grid)实现原理:将
    康谋 2025-02-27 10:00 252浏览
  • 应用趋势与客户需求,AI PC的未来展望随着人工智能(AI)技术的日益成熟,AI PC(人工智能个人电脑)逐渐成为消费者和企业工作中的重要工具。这类产品集成了最新的AI处理器,如NPU、CPU和GPU,并具备许多智能化功能,为用户带来更高效且直观的操作体验。AI PC的目标是提升工作和日常生活的效率,通过深度学习与自然语言处理等技术,实现更流畅的多任务处理、实时翻译、语音助手、图像生成等功能,满足现代用户对生产力和娱乐的双重需求。随着各行各业对数字转型需求的增长,AI PC也开始在各个领域中显示
    百佳泰测试实验室 2025-02-27 14:08 252浏览
  • 美国加州CEC能效跟DOE能效有什么区别?CEC/DOE是什么关系?美国加州CEC能效跟DOE能效有什么区别?CEC/DOE是什么关系?‌美国加州CEC能效认证与美国DOE能效认证在多个方面存在显著差异‌。认证范围和适用地区‌CEC能效认证‌:仅适用于在加利福尼亚州销售的电器产品。CEC认证的范围包括制冷设备、房间空调、中央空调、便携式空调、加热器、热水器、游泳池加热器、卫浴配件、光源、应急灯具、交通信号模块、灯具、洗碗机、洗衣机、干衣机、烹饪器具、电机和压缩机、变压器、外置电源、消费类电子设备
    张工nx808593 2025-02-27 18:04 120浏览
  •         近日,广电计量在聚焦离子束(FIB)领域编写的专业著作《聚焦离子束:失效分析》正式出版,填补了国内聚焦离子束领域实践性专业书籍的空白,为该领域的技术发展与知识传播提供了重要助力。         随着芯片技术不断发展,芯片的集成度越来越高,结构也日益复杂。这使得传统的失效分析方法面临巨大挑战。FIB技术的出现,为芯片失效分析带来了新的解决方案。它能够在纳米尺度上对芯片进行精确加工和分析。当芯
    广电计量 2025-02-28 09:15 116浏览
  • 一、VSM的基本原理震动样品磁强计(Vibrating Sample Magnetometer,简称VSM)是一种灵敏且高效的磁性测量仪器。其基本工作原理是利用震动样品在探测线圈中引起的变化磁场来产生感应电压,这个感应电压与样品的磁矩成正比。因此,通过测量这个感应电压,我们就能够精确地确定样品的磁矩。在VSM中,被测量的样品通常被固定在一个震动头上,并以一定的频率和振幅震动。这种震动在探测线圈中引起了变化的磁通量,从而产生了一个交流电信号。这个信号的幅度和样品的磁矩有着直接的关系。因此,通过仔细
    锦正茂科技 2025-02-28 13:30 100浏览
  • 在2024年的科技征程中,具身智能的发展已成为全球关注的焦点。从实验室到现实应用,这一领域正以前所未有的速度推进,改写着人类与机器的互动边界。这一年,我们见证了具身智能技术的突破与变革,它不仅落地各行各业,带来新的机遇,更在深刻影响着我们的生活方式和思维方式。随着相关技术的飞速发展,具身智能不再仅仅是一个技术概念,更像是一把神奇的钥匙。身后的众多行业,无论愿意与否,都像是被卷入一场伟大变革浪潮中的船只,注定要被这股汹涌的力量重塑航向。01为什么是具身智能?为什么在中国?最近,中国具身智能行业的进
    艾迈斯欧司朗 2025-02-28 15:45 221浏览
  • 1,微软下载免费Visual Studio Code2,安装C/C++插件,如果无法直接点击下载, 可以选择手动install from VSIX:ms-vscode.cpptools-1.23.6@win32-x64.vsix3,安装C/C++编译器MniGW (MinGW在 Windows 环境下提供类似于 Unix/Linux 环境下的开发工具,使开发者能够轻松地在 Windows 上编写和编译 C、C++ 等程序.)4,C/C++插件扩展设置中添加Include Path 5,
    黎查 2025-02-28 14:39 140浏览
  • 振动样品磁强计是一种用于测量材料磁性的精密仪器,广泛应用于科研、工业检测等领域。然而,其测量准确度会受到多种因素的影响,下面我们将逐一分析这些因素。一、温度因素温度是影响振动样品磁强计测量准确度的重要因素之一。随着温度的变化,材料的磁性也会发生变化,从而影响测量结果的准确性。因此,在进行磁性测量时,应确保恒温环境,以减少温度波动对测量结果的影响。二、样品制备样品的制备过程同样会影响振动样品磁强计的测量准确度。样品的形状、尺寸和表面处理等因素都会对测量结果产生影响。为了确保测量准确度,应严格按照规
    锦正茂科技 2025-02-28 14:05 134浏览
  • 更多生命体征指标风靡的背后都只有一个原因:更多人将健康排在人生第一顺位!“AGEs,也就是晚期糖基化终末产物,英文名Advanced Glycation End-products,是存在于我们体内的一种代谢产物” 艾迈斯欧司朗亚太区健康监测高级市场经理王亚琴说道,“相信业内的朋友都会有关注,最近该指标的热度很高,它可以用来评估人的生活方式是否健康。”据悉,AGEs是可穿戴健康监测领域的一个“萌新”指标,近来备受关注。如果站在学术角度来理解它,那么AGEs是在非酶促条件下,蛋白质、氨基酸
    艾迈斯欧司朗 2025-02-27 14:50 400浏览
  • Matter 协议,原名 CHIP(Connected Home over IP),是由苹果、谷歌、亚马逊和三星等科技巨头联合ZigBee联盟(现连接标准联盟CSA)共同推出的一套基于IP协议的智能家居连接标准,旨在打破智能家居设备之间的 “语言障碍”,实现真正的互联互通。然而,目标与现实之间总有落差,前期阶段的Matter 协议由于设备支持类型有限、设备生态协同滞后以及设备通信协议割裂等原因,并未能彻底消除智能家居中的“设备孤岛”现象,但随着2025年的到来,这些现象都将得到完美的解决。近期,
    华普微HOPERF 2025-02-27 10:32 212浏览
  •           近日受某专业机构邀请,参加了官方举办的《广东省科技创新条例》宣讲会。在与会之前,作为一名技术工作者一直认为技术的法例都是保密和侵权方面的,而潜意识中感觉法律有束缚创新工作的进行可能。通过一个上午学习新法,对广东省的科技创新有了新的认识。广东是改革的前沿阵地,是科技创新的沃土,企业是创新的主要个体。《广东省科技创新条例》是广东省为促进科技创新、推动高质量发展而制定的地方性法规,主要内容包括: 总则:明确立法目
    广州铁金刚 2025-02-28 10:14 103浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦