前言

作為一名程序員，鍵盤在手钉答，天下我有啊希痴，不整把高大上的鍵盤怎么提升B格砌创。之前一直想買個機(jī)械鍵盤嫩实，聽說機(jī)械鍵盤敲代碼和玩游戲都特別爽甲献，也是裝B神器慨灭。同時也覺得普通的鍵盤打字打久了手腕會有點酸酸的球及，因為敲鍵盤時都是要彎著手腕的吃引，一點也不符合人體工程學(xué)朦佩。于是乎就想買一個分體的機(jī)械鍵盤语稠，結(jié)果找了半天都沒有比較中意的颅筋，找到幾個人體工程學(xué)鍵盤，都是薄膜的桃熄，而且價格高得離譜，不就多個人體工程學(xué)光環(huán)嘛瞳收。碉京。。身為程序員中的屌絲螟深，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)谐宙，就自己diy一個咯，正好有臺3D打印機(jī)（又一個裝B神器界弧，你值得擁有，O(∩_∩)O哈哈~）垢箕，全部外殼自己打印划栓，控制板用Arduino Leonardo，原生支持鍵盤鼠標(biāo)驅(qū)動条获，軸體考慮到成本忠荞，先買了80顆國產(chǎn)黑軸做實驗，鍵帽也簡單打印一下帅掘，說干就干

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)計委煤，全鍵無沖，可任意自定義快捷鍵修档，甚至可任性滴修改鍵位布局哦（重新設(shè)計外殼即可）

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）
  • 萬用表
• 硬件
  • Arduino Leonardo板 （驅(qū)動板）
  • 黑軸軸體
  • 二極管+電阻+杜邦線+萬能板
  • 小螺絲 （外殼裝配）
• 軟件
  • SolidWorks （3D建模碧绞，設(shè)計外殼，可用任何3D建模軟件代替哦）
  • Arduino IDE （寫鍵盤驅(qū)動程序）

是時候上點圖了萍悴。头遭。。
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)計鍵位排布癣诱，使用 ** SolidWorks ** （任何3D建模軟件都o(jì)k的计维，只是我比較熟系SolidWorks哦）畫出簡單的按鍵布局，先從左手開始撕予，先完整的搞定左手能使用了鲫惶，再做右手。設(shè)計好布局后制作支撐軸體的面板实抡，然后設(shè)計電路欠母，用飛線焊接，寫代碼測試按鍵是否都正常吆寨。電路正常后設(shè)計整個外殼赏淌，然后整體組裝。這就完工啦

• 鍵位設(shè)計

右手之所以外形扭曲啄清，是因為3D打印機(jī)打印面積有限

• 電路設(shè)計

  由于Arduino板io口有限六水，必須使用矩陣掃描來實現(xiàn)按鍵。掃描方式就是：定義n個io口為掃描口，m個接收口掷贾，組成一個n*m的矩陣睛榄。掃描口默認(rèn)全部都是低電壓，然后依次將每個掃描口單獨置為高電壓（即掃描動作）想帅，當(dāng)這個高電壓的掃描口上連接的某個按鍵有按下時场靴，對應(yīng)的接收口電壓就也是高電壓，這時就可以定位到是哪個按鈕按下了港准，矩陣如圖所示：

  
  

Arduino有6個模擬口旨剥，14個數(shù)字口。我要做的鍵盤不超過80個鍵叉趣，所以使用8個數(shù)字口進(jìn)行脈沖掃描泞边，6個模擬口加4個數(shù)字口用來接收脈沖來定位按鍵，這樣就實現(xiàn)了8*10的矩陣疗杉，支持80個鍵阵谚。還有2個數(shù)字鍵是空閑的，可以用于特殊按鍵定制烟具。

• 按鍵沖突處理

如果按上圖簡單實現(xiàn)會存在沖突問題梢什，當(dāng)接收口上有多個按鍵被按下時，會存在回路朝聋，高電壓的掃描口和低電壓的掃描口發(fā)生短路嗡午，就不知道是哪個按鍵被按下了。一般鍵盤都是5鍵左右不沖突冀痕，也就是這個鍵盤有5個接收口荔睹，只要保證在同一個接收口上的按鍵不會同時按下就不會有沖突。

使用矩陣掃描方式就會有按鍵沖突問題言蛇，我使用二極管來處理沖突僻他，保證不會出現(xiàn)回路問題，如圖（R是掃描口腊尚，C是接收口）：

• 電壓動蕩處理
  二極管解決了沖突問題吨拗，但是不能解決電壓動蕩，電壓不穩(wěn)定有兩方面婿斥，第一就是當(dāng)掃描口高電壓變?yōu)榈碗妷簳r劝篷，接收口電壓不會立即變成低電壓，所以在接收口都需要加一個下拉電阻民宿，讓電壓立馬降下來娇妓。第二就是按鍵按下時接觸片碰撞時導(dǎo)致的電壓不穩(wěn)，這個最好是通過加電容（和按鍵并聯(lián)）去過濾波動電壓活鹰，買元件時忘了買電容了哈恰，這里就簡單粗暴了

• 最終電路設(shè)計

  
  

• 外殼設(shè)計（第一期簡單點坟桅，不把電路板放到外殼內(nèi)）

  • 左手

    
    

  • 右手

    
    

  • 側(cè)面

    
    

• 鍵帽設(shè)計

  
  

• 程序設(shè)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(rèn)低電平蕊蝗，逐個輸出高電平）
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赖舟，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() {
  // 輪詢設(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
}

void readBtn() {
  // 先讀模擬口蓬戚，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)精度還是有點欠缺，特別是處理弧線）：

  
  

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

  
  

• 在打印中，加熱頭松動掉落讲衫，還好機(jī)器有自動保護(hù)缕棵，沒有造成火災(zāi)。幸虧代碼不是我寫的涉兽，要不然肯定會火災(zāi)的招驴，^_
  

• 打印過程中底座脫落，都打成鳥窩了枷畏。别厘。。一路坎坷啊

  
  

• 軸體安裝拥诡，再次簡單粗暴的沒有使用衛(wèi)星軸

  
  

• 飛線触趴，這是第一版沒加二極管的連線，沒有做pcb渴肉，直接飛線連，簡單高效宾娜，適合屌絲程序員批狐，O(∩_∩)O哈哈~

  
  

• ArduinoLeonardo還沒到貨前塔，拿uno測試按鍵

  
  

• 外殼組裝效果

  
  

• 第一版鍵帽（字母是用美紋紙貼上去的贰谣，就是這么簡單粗暴）

  
  

• Leonardo到貨吱抚，測試驅(qū)動

  
  

• 右手組裝成功（黑色更有感覺鞍儆睢）

  
  

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

  
  

• 電路板啄刹，裸露在鍵盤外還是挺有極客范的哦

  
  

• 最后效果，鍵盤在手凄贩，天下我有

  
  

總結(jié)

做完整個鍵盤感覺非常有成就感誓军，也非常實用，截止目前已經(jīng)用了快半年時間了疲扎，已經(jīng)非常喜歡機(jī)械鍵盤的按鍵反饋昵时，也非常習(xí)慣分體鍵盤的布局，手腕也不再彎著评肆，沒有酸過了债查。最后來大致匯總下花費吧（屌絲程序員裝B有望啦。瓜挽。盹廷。）

• 80顆國產(chǎn)黑軸 104元
• 元器件 24元（郵費貴，還有很多二極管和萬能板沒用到）
• Leonardo 30元
  大概材料花費在160元左右久橙，比普通的機(jī)械鍵盤便宜多了俄占，而且還是分體的，所有按鍵可隨意自定義（驅(qū)動程序都自己寫的，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格最高的钠乏？ O(∩_∩)O~~）