#第九届立创电赛#USB小键盘

注：* 为必填项

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* 1、项目功能介绍

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生活中不时需要用到外接键盘，但常规外接键盘往往体积较大，携带也不方便。于是我萌生了自己做一个小键盘的想法，通过软件定义按键功能，使用屏幕显示当前键盘的按键配列，从而实现体积小、按键全、易用、触感好的需求。

手上刚好有esp32s2开发板支持硬件USB，搞起！

 

*2、项目属性

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原创，首次公开

 

 

* 3、开源协议

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MIT

 

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*4、硬件部分

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一、主体电路

1. 由于开发板的USB仅能用于烧录和供电，不能用于USB hid通讯，因此需引出USB d+ d-到pcb外侧；
2. 为方便调试及后续扩展，使用多排排针引出开发板全部io，并为串口、spi、I2C引出专门的排针组；除满足键盘基本功能外，也方便直接使用开发板的资源做其他工作。
3. 由于制作小键盘按键数量少，为实现全部按键的功能，需要使用软件实现按键功能切换（即换层）；传统键盘换层依靠人本身的记忆，有学习和使用门槛；本设计使用屏幕来提示当前按键布局。
4. esp32s2虽然io资源非常多，但是为了实验键盘矩阵（使用二极管防鬼影、掩蔽），使用2*5矩阵设计电路；为充分利用手头余料，二极管设计了两种焊盘尺寸，择一焊接即可。

二、定位板。

定位板是机械键盘的重要组成部分，定位板可以对按键支撑固定，让按键更加稳定。

直接沿轴体安装区域绘制外形框并阵列，添加板框，以pcb外形层的方式完成定位板的绘制。

 

（实物为早期版本，原定通过螺丝进行定位，实际发现并没有安装螺丝的必要）

 

三、外壳绘制。

1. 由于按键区域需要裸露在外，开发板和屏幕所在区域需要使用外壳保护，使用立创eda绘制这样的外壳存在一定难度。

本案使用上下盖的方式绘制方盒，对按键区域进行整体挖槽，按键和开发板之间添加实体（需准确计算实体和上下盖的高度）实现外壳基本结构

2. 为了让按键得到足够的支撑力，下压的确定感更清晰，相邻按键之间全部添加螺柱（但是实际不拧螺丝）作为结构上的支撑柱

组装后实物（使用了无刻键帽垃圾包搭配的渐变色）

3. OLED区域上盖开窗，并绘制盖板（使用透明材质加工或者打印），也可以使用正面面板取代。

 

*5、软件部分

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由于esp32有乐鑫官方支持arduino环境，本项目使用arduino ide开发。烧录也非常简单，通过主板上引出的串口连接到电脑，或者通过开发板上的USB连接电脑USB即可，然后通过上电前按下boot按键（pin 0）进入烧录模式即可串口烧录。

代码主要分以下几个部分：

1. 矩阵按键扫描。针对矩阵按键进行了编程实验，最终选择了调用更为简洁的Adafruit_Keypad库。

2. USB键盘设备功能实现。乐鑫官方库已经提供了USBHIDKeyboard类，根据范例初始化USB功能、发送按键事件即可。需要注意的是此库调用的参数并非hid协议定义的keycode，再叠加方便自定义的因素，需要重新对键盘事件函数进行重新包装，才能方便直观地把配置转换为实际调用的参数。

3. 按键功能定义、换层功能。通过实际测试，最终决定使用二维数组存储按键定义，按下右下方按键进入换层模式，如此时按下其他按键则切换到对应层，如未按下其他按键触发右下方按键自生功能，如按下当前层对应的按键则无事发生。

按键二维数组：

short keySets[layerNum][10] = {

 

4. OLED屏幕驱动和内容模板。

OLED屏幕使用Adafruit_GFX库驱动，但是需要针对显示内容进行重新包装。

显示内容始终为4行文本，其中1/2行对应两排实体按键的功能。第3行提示按键状态（编号几的按键按下或者放开），仅供调试和演示动画。第四行反色提示当前功能（键盘/换层）

显示的内容使用字符串数组保存，通过当前功能（键盘/换层）、所在层、按键状态决定渲染的字符串。

5. 考虑OLED屏幕寿命和老化，一定时间无操作则关闭OLED，有操作时再唤醒屏幕。

 

*6、BOM清单

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BOM见自动生成的bom，需要注意需额外购买：

1. 0.96英寸I2C协议的OLED屏幕 * 1 （这个应该人人有吧，如果没有建议淘宝购买）
2. esp32-s2-salola * 1 
3. 按键键帽 * 10  （建议淘宝购买无刻键帽垃圾包）
4. M3 螺丝 * 4
5. USB数据线  * 1 （一端为）

BOM中以下器件根据实际需求准备：

1. USB插座可以不准备，使用排针-排母的方式插接USB线，或者直接焊接USB线到pcb
2. 排针排母可以根据实际需求酌情焊接
3. D1-D10,以及D11-D20是为兼容不同封装尺寸二极管而绘制的两组焊盘，可以根据手头的零件选择其中一组焊接
4. 轴体根据个人喜好购买，注意引脚需要与PCB匹配（凯华2脚）

 

*7、大赛LOGO验证

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* 8、演示您的项目并录制成视频上传

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