DIY党的福利！鹅厂程序员教你200元以内制作专属分体键盘

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本文由VellHe发表于云+社区专栏

前言

作为一名程序员，键盘在手，天下我有啊，不整把高大上的键盘怎么提升B格。之前一直想买个机械键盘，听说机械键盘敲代码和玩游戏都特别爽，也是装B神器。同时也觉得普通的键盘打字打久了手腕会有点酸酸的，因为敲键盘时都是要弯着手腕的，一点也不符合人体工程学。于是乎就想买一个分体的机械键盘，结果找了半天都没有比较中意的，找到几个人体工程学键盘，都是薄膜的，而且价格高得离谱，不就多个人体工程学光环嘛。。。身为程序员中的屌丝，岂能被金钱这种东西降低自身B格呢

普通机械键盘

带 * “人体工程学光环” * 键盘

为了不要这么纠结，就自己diy一个咯，正好有台3D打印机（又一个装B神器，你值得拥有，O(∩_∩)O哈哈~），全部外壳自己打印，控制板用Arduino Leonardo，原生支持键盘鼠标驱动，轴体考虑到成本，先买了80颗国产黑轴做实验，键帽也简单打印一下，说干就干

3D打印的分体黑轴机械键盘

符合人体工程学的分体式设计，全键无冲，可任意自定义快捷键，甚至可任性滴修改键位布局哦（重新设计外壳即可）

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准备

* 工具

* 3D打印机 （打印外壳）

* 电烙铁

* 热熔胶 （固定按键用）

* 万用表

* 硬件

* Arduino Leonardo板 （驱动板）

* 黑轴轴体

* 二极管+电阻+杜邦线+万能板

* 小螺丝 （外壳装配）

* 软件

* SolidWorks （3D建模，设计外壳，可用任何3D建模软件代替哦）

* Arduino IDE （写键盘驱动程序）

是时候上点图了。。。

自己组装的三角洲式3D打印机

淘宝买的工具

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步骤

先设计键位排布，使用 ** SolidWorks ** （任何3D建模软件都ok的，只是我比较熟系SolidWorks哦）画出简单的按键布局，先从左手开始，先完整的搞定左手能使用了，再做右手。设计好布局后制作支撑轴体的面板，然后设计电路，用飞线焊接，写代码测试按键是否都正常。电路正常后设计整个外壳，然后整体组装。这就完工啦

* 键位设计

右手之所以外形扭曲，是因为3D打印机打印面积有限

* 电路设计

由于Arduino板io口有限，必须使用矩阵扫描来实现按键。扫描方式就是：定义n个io口为扫描口，m个接收口，组成一个n*m的矩阵。扫描口默认全部都是低电压，然后依次将每个扫描口单独置为高电压（即扫描动作），当这个高电压的扫描口上连接的某个按键有按下时，对应的接收口电压就也是高电压，这时就可以定位到是哪个按钮按下了，矩阵如图所示：

Arduino有6个模拟口，14个数字口。我要做的键盘不超过80个键，所以使用8个数字口进行脉冲扫描，6个模拟口加4个数字口用来接收脉冲来定位按键，这样就实现了8*10的矩阵，支持80个键。还有2个数字键是空闲的，可以用于特殊按键定制。

* 按键冲突处理

如果按上图简单实现会存在冲突问题，当接收口上有多个按键被按下时，会存在回路，高电压的扫描口和低电压的扫描口发生短路，就不知道是哪个按键被按下了。一般键盘都是5键左右不冲突，也就是这个键盘有5个接收口，只要保证在同一个接收口上的按键不会同时按下就不会有冲突。

使用矩阵扫描方式就会有按键冲突问题，我使用二极管来处理冲突，保证不会出现回路问题，如图（R是扫描口，C是接收口）：

* 电压动荡处理

二极管解决了冲突问题，但是不能解决电压动荡，电压不稳定有两方面，第一就是当扫描口高电压变为低电压时，接收口电压不会立即变成低电压，所以在接收口都需要加一个下拉电阻，让电压立马降下来。第二就是按键按下时接触片碰撞时导致的电压不稳，这个最好是通过加电容（和按键并联）去过滤波动电压，买元件时忘了买电容了，这里就简单粗暴了

* 最终电路设计

* 外壳设计（第一期简单点，不把电路板放到外壳内）

* 左手

* 右手

* 侧面

* 键帽设计

* 程序设计

#include "Keyboard.h"

#include "HID.h"

#define scanPin\_len 8

int scanPin[] = {4,5,6,7,0,1,2,3}; // 扫描pin，（默认低电平，逐个输出高电平）

int scanPos = 0; // 当前扫描位

#define btnPinA\_len 6

#define btnPinD\_len 4

int btnPinA[] = {5,4,3,2,1,0}; // 按钮pin，模拟端口

int btnPinD[] = {8,9,10,11}; // 按钮pin，数字端口

#define btn\_len 10

byte btn[scanPin\_len][btn\_len]; // 按钮状态

byte btnTmp[btn\_len]; // 临时按钮状态

#define KEY\_FN KEY\_RIGHT\_SHIFT // FN键

// 8\*10的按键映射矩阵

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();

  // 初始化扫描pin

  for(int i=0; i<scanPin\_len; i++) {

    pinMode(scanPin[i], OUTPUT);

  }

  // 初始化按钮pin

  for(int i=0; i<btnPinD\_len; i++) {

    pinMode(btnPinD[i], INPUT);

  }

  // 初始化按钮状态

  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() {

  // 轮询设置scanPin

  for(int i=0; i<scanPin\_len; i++) {

    if(i == scanPos) {

      digitalWrite(scanPin[i], HIGH);

    } else {

      digitalWrite(scanPin[i], LOW);

    }

  }

  delay(5);

  // 读取按键信息

  readBtn();

  // 处理状态有改变的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; // 下一个

}

void readBtn() {

  // 先读模拟口，再读数字口

  // 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 ++;

  }

}

制作图集

* 第一版键帽（3D打印机精度还是有点欠缺，特别是处理弧线）：

* 打印机底板想换成玻璃的，结果新买的毛玻璃打印时受热不均，碎了。。。还是乖乖用回美纹纸吧

* 在打印中，加热头松动掉落，还好机器有自动保护，没有造成火灾。幸亏代码不是我写的，要不然肯定会火灾的，^_

* 打印过程中底座脱落，都打成鸟窝了。。。一路坎坷啊

* 轴体安装，再次简单粗暴的没有使用卫星轴

* 飞线，这是第一版没加二极管的连线，没有做pcb，直接飞线连，简单高效，适合屌丝程序员，O(∩_∩)O哈哈~

* ArduinoLeonardo还没到货，拿uno测试按键

* 外壳组装效果

* 第一版键帽（字母是用美纹纸贴上去的，就是这么简单粗暴）

* Leonardo到货，测试驱动

* 右手组装成功（黑色更有感觉啊）

* 新版键帽（白色），美纹纸弱爆了，必须整高端点，然后发现白色材料打印效果很赞，光滑度也高了不少，打印材料还是相当重要的

* 电路板，裸露在键盘外还是挺有极客范的哦

* 最后效果，键盘在手，天下我有

总结

做完整个键盘感觉非常有成就感，也非常实用，截止目前已经用了快半年时间了，已经非常喜欢机械键盘的按键反馈，也非常习惯分体键盘的布局，手腕也不再弯着，没有酸过了。最后来大致汇总下花费吧（屌丝程序员装B有望啦。。。）

* 80颗国产黑轴 104元

* 元器件 24元（邮费贵，还有很多二极管和万能板没用到）

* Leonardo 30元

大概材料花费在160元左右，比普通的机械键盘便宜多了，而且还是分体的，所有按键可随意自定义（驱动程序都自己写的，还有啥不能改的，O(∩_∩)O哈哈~）

最后晒一下我在小黑屋的办公桌（这键盘是不是B格最高的？ O(∩_∩)O~~）

问答

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