Дополнительная клавиатура своими руками

Handmade: Программируемая клавиатура для онлайн-трейдинга своими руками

Пользователи форума для инвесторов и трейдеров Bear Bull Traders нередко обсуждают вопросы гаджетов для торговли на бирже. В одном из тредов участник по имени Райан поделился своим опытом превращения цифровой панели на клавиатуре в специализированный гаджет с горячими клавишами для сверхбыстрой торговли. Мы подготовили подробную адаптацию его истории.

Шаг #1: железо

Существуют специализированные гаджеты для онлайн-трейдинга — мы рассказывали о них в блоге. Некоторые трейдеры используют кейпад X-keys XK-24, но его стоимость довольно высока, поэтому автор топика отказался от такого варианта.

Клавиатуры и кейпады для геймеров также не подошли по разным причинам, например Stream Deck от Elgato работал только под Windows 10, а нужно было работать под «семеркой».

В итоге было решено превратить в инструмент трейдера обычную USB-клавиатуру — для этого нужно было лишь каким-то образом перепрограммировать ее клавиши так, чтобы с ее помощью отправлять торговые приказы в торговый терминал в одно касание.

Прежде чем приступать к перепрограммированию, нужно было решить, какие клавиши за что будут отвечать, и соответствующим образом их промаркировать. Райан разработал специальную табличку с перечислением горячих клавиш, вырезал новые обозначения из бумаги и приклеих их к выбранным клавишам. В итоге все выглядело примерно так:

Шаг #2: софт

Для перепрограммирования клавиатуры использовалась программа HID Macros. Это был личный проект одного разработчика, который решил переписать систему на новом языке программирования. Проект уже не обновляется, но последняя версия программы вполне хорошо работает. Настроить HID Macros помогает вот это подробное руководство.

Работает все довольно просто. Например, если вам нужно запрограммировать на клавиатуре клавишу с цифрой семь таким образом, чтобы она при нажатии печатала букву b, то для этого нужно подключить клавиатуру, открыть программу и обнаружить девайс с помощью функции Scan. Затем нужно будет нажать на клавишу, которую следует перепрограммировать, и выбрать новое действие, выбрав Send keyboard sequence и нажав на нужную клавишу. После этого конфигурация сохраняется, и клавиша начинает вести себя по-новому.

Результат

В итоге можно получить вторую клавиатуру, на которой настроены горячие клавиши для совершения нужных операций. После этого достаточно лишь подключить получившееся устройство к компьютеру и настроить горячие клавиши в торговом терминале. Другие пользователи форума также попробовали поэкспериментировать и, например, создать специализированный кейпад для трейдинга (изображен на заглавной картинке топика).

Источник

KeeBee. Изготовление с нуля собственной USB-клавиатуры

Несколько месяцев назад завершился мой проект по изготовлению USB-клавиатуры. Среди прочего, я выполнил дизайн электронных схем, спроектировал печатную плат, запрограммировал прошивку, сделал макет в CAD и произвёл сборку устройства. В результате получилась удобная клавиатура, которую я использую ежедневно и ласково называю KeeBee:

Клавиатура KeeBee в окончательном виде

Несколько целей проекта:

1. Самостоятельное создание схемы.
2. Написание прошивки клавиатуры.
3. Узнать, как работает протокол USB.

На работе я в основном разрабатываю программное обеспечение для облачных сервисов, где отсутствует много слоёв реального оборудования. Поэтому очень приятно избавиться от некоторых абстракций и опуститься на аппаратный уровень: здесь реальные электронные устройства, которые можно потрогать и использовать.

Исследование и макет CAD

Мне очень нравятся минималистичные клавиатуры в стиле OLKB Planck и Preonic, которые за счёт ортолинейного расположения клавиш получаются очень компактными. Ещё я сразу знал, что хочу использовать переключатели Cherry MX Brown. Имея виду эти два компонента дизайна, я начал играть с ключевыми макетами в OpenSCAD. Это отличный инструмент с открытым исходным кодом, который работает скорее как язык программирования, чем WYSIWYG-интерфейс для мышки.

Взяв размеры элементов из документации Cherry MX, я сделал макет верхней пластины, затем добавил переключатели и клавиши, чтобы получить представление о том, как будет выглядеть окончательный результат. Верхняя пластина находится над печатной платой клавиатуры и служит хорошим стабилизатором для переключателей.

Дизайн верхней пластины:

После добавления клавиш:

Прототипирование платы и проектирование прошивки

В качестве основного микроконтроллера я выбрал STM32F042K6T6. Это около трёх долларов за чип, если брать от одной штуки. У него достаточно контактов для матрицы сканирования 69 клавиш (всего 32 контакта). Он работает на процессоре ARM Cortex M0 и содержит специальную USB-периферию для отправки USB-сигнала, не загружая этой задачей основной процессор. Я купил dev-плату Nucleo для прототипирования с этим чипом, прежде чем интегрировать его в дизайн своей печатной платы. Nucleo очень удобно легла на макетную плату и запиталась по USB.

Я разместил на макетной плате маленькую цепь на четыре клавиши, чтобы протестировать диодный контур, который я изучал. Игнорируя USB-сторону уравнения, на первом шаге требовалось заставить переключатели Cherry надёжно включать и выключать четыре соответствующих светодиода при нажатии кнопок.

Матрица сканирования — это такая техника, которую нужно использовать, когда у вас больше переключателей, чем контактов на микроконтроллере.

Когда матрица удовлетворительно заработала, пришло время поработать над USB.

Встроенный цикл прошивки по сути такой:

1. Просканировать все клавиши в матрице.
2. Сопоставить расположение кнопок с соответствующими символами в выбранной раскладке (QWERTY, Dvorak и т. д.).
3. Взять результат сопоставления, сгенерировать пакеты USB HID Report и отправить на периферийное устройство USB.
4. Включить светодиод на клавиатуре, если клавиша нажата, выключить — если нет.

Из main.cc:

Компонент keyboard.SendReport фактически передаёт пакеты USB-хосту. Я упорно пытался заставить USB правильно работать. В этом протоколе много нетривиальных слоёв, которые требуют точного тайминга и правильной идентификации устройства. В итоге пришлось запустить Wireshark, чтобы прослушать все USB-пакеты, поступающие на мой ноутбук Linux и выяснить, где что потерялось. Поиск в интернете практически ничего не дал, на большинство вопросов отвечают примерно так: «Вероятно, ваше USB-устройство сломалось, нужно купить новое». Если вы на самом деле пытаетесь сконструировать USB-устройство, такие ответы не очень полезны. Мне оставалось только погрузиться в объёмные спецификации USB с большим количеством незнакомой терминологии.

Повозившись некоторое время, я всё-таки заставил клавиатуру с четырьмя клавишами корректно идентифицировать себя как USB HID (Human Interface Device) и все нажатия правильно передавались на ноутбук:

Регистрация в качестве USB-вендора и получение официального device id дорого стоит. Если у вас просто любительский проект, то придётся захватить идентификатор какого-нибудь похожего устройства. Я подумал, что “Gear Head” звучит круто, тем более они выпускают клавиатуры, поэтому выбрал их.

Схема и печатная плата

Получив более-менее работающую прошивку и рабочий прототип, пришло время составить схему и дизайн печатной платы в KiCAD и сделать реальную печатную плату. Когда я добился, что схема для 4 кнопок работает, осталась относительно простая задача соединить всё вместе:

После разработки схему и установки площадок для компонентов нужно произвести макет реальной печатной платы:

KiCAD умеет красиво рендерить будущую плату в 3D:

Есть много отличных учебников по KiCAD. Я начал с отличной видеосерии Getting to Blinkey 4.0 от Криса Гэммела, где он подробно разъясняет все этапы создания схемы светодиодного юлинкера в KiCAD от начала до конца.

Заказ печатной платы и компонентов

Доведя схему и дизайн печатной платы до удовлетворительного уровня, я начал размещать кучу заказов:

1. Все компоненты из списка материалов: переключатели, светодиоды, диоды, микроконтроллеры и т. д. Я обычно заказываю такие штуки на DigiKey.
2. Сама печатная плата. Довольно много сервисов готовы недорого изготовить вам прототип. У меня отличный опыт работы с OshPark и JLCPCB. Для этого проекта я выбрал JLCPCB из-за цены на такой размер, а ещё потому что они разрешили выбрать синее покрытие.
3. Все остальные детали: крышки и прочее. Для этого проекта мой шурин помог лазером вырезать верхнюю и нижнюю клавиатурные пластины из 1/4” акриловых листов. Для остальных частей можно использовать онлайновые сервисы лазерной резки и 3D-печати, если нет доступа к оборудованию.

День, когда пришла посылка с платой, самый лучший:

JLCPCB очень доступный сервис. Этот дизайн с доставкой DHL из Китая обошёлся менее чем в $30, а весь процесс от загрузки файлов до прихода посылки занял чуть больше недели.

Шурин взял DXF-файлы из OpenSCAD и забросил их в лазерный резак:

Окончательная сборка

Получив все детали, я начал сборку. Первый шаг — сборка компонентов печатной платы: паяльник для больших электронных компонентов и паяльная станция для поверхностного монтажа маленьких компонентов, таких как микроконтроллер STM32.

Общее время сборки платы составило около трёх часов — большую часть заняла пайка 70 диодов и переключателей.

Я добавил хедер для JTAG-отладки, через который подключил JLINK Edu mini для прошивки микроконтроллера с помощью OpenOCD.

Затем пришло время окончательного тестирования и финальной сборки:

Сын решил, что это отличный поезд для его животных:

Итоги

От первоначальной идеи до окончательной сборки проект занял около трёх месяцев. Было исключительно полезно в качестве хобби сделать то, что я до сих пор ежедневно использую на работе.

Все файлы проекта опубликованы на GitHub, в том числе исходники прошивки, схемы печатных плат, список материалов и модели CAD.

Источник

Ардуино и клавиатуры (полный гайд)

Привет, жители Хабра! Сегодня я решил сделать полный гайд по клавиатурам для Arduino.
Внимание! Статья ориентирована преимущественно на новичков!

Во многих проектах появляется необходимость создания возможности ввода данных пользователем. Если вам нужно реализовать большое количество кнопок(относительно), то подключать их по-отдельности становится и долго, и нерационально. Для этой цели лучше выбрать какую-нибудь клавиатуру, но как и к любому выбору, к нему нужно подходить осознано. Какие же бывают виды клавиатур и как с ними взаимодействовать?

Глобально, все модули данного типа можно поделить на две большие категории: матричные и аналоговые.

Матричные клавиатуры

Самый простой, дешёвый и популярный вид клавиатур. Он относительно прост в изготовлении и заполняет собой большую часть рынка модулей ардуино. Выглядит чаще всего следующим образом:

Принцип работы

Понять как устроена данная клавиатура можно изучив следующую схему:

Чтобы понять какая кнопка была нажата, нужно подавать сигнал на первые четыре контакта модуля и смотреть какой сигнал возвращается со второй. Но не стоит пугаться того, что вам придется писать алгоритмы обработки для восьми пинов вручную — в этом нам поможет готовая библиотека «keypad.h», благодаря которой нам не придется изобретать велосипед.

Подключение к плате

Подключение собственно модуля

В этой статье я воспользуюсь следующей схемой подключения:

У Вас наверное возникает вопрос: «Почему я решил использовать пины со второго по девятый, пропустив нулевой и первый?» — дело в том, что некоторые модули, используют их в качестве каналов RX и TX для получения и передачи данных соответственно. К примеру, блютуз модуль. Поэтому с учётом возможного дополнения проекта другими модулями, было решено оставить данные пины подключения свободными.

Написание скетча

Для начала, для того, чтобы получить возможность использовать библиотеку для подключения клавиатур в коде, нужно установить её на ваше устройство. Это можно сделать следующим образом: в самой Arduino IDE нажимаем Скетч -> Подключить библиотеку -> Управлять библиотеками… либо используем комбинацию горячих клавиш «Ctrl + Shift + I». В поиске вбиваем «keypad.h»(без скобочек) и нажимаем «Установка».

После установки приступаем к написанию скетча:

Плюсы и минусы

Минусы

Плюсы

Аналоговые клавиатуры

Принцип работы

В аналоговых клавиатурах для изменения уровня напряжения используются резисторы, а сигнал выходит по одному каналу, который подключается в, собственно, аналоговый пин на плате. Как всё устроено можно понять взглянув на следующую схему:

Подключение к плате

Подключение выполняется очень просто, но может изменятся в зависимости от конкретной клавиатуры. В этой статье я буду рассматривать пример использование этой китайской аналоговой клавиатуры с али.

Итак: аналоговый выход клавиатуры соединяем с любым аналоговым пином на плате, контакт VCC на плате соединяем с 3.3V(не смотрите на надпись на самой клавиатуре, которая гласит о 5V — это ошибка), а GND на плате с GND на модуле. Вы можете воспользоватся следующей схемой:

Написания скетча

Здесь не нужно использовать сторонние библиотеки, т.к. всё предельно просто и понятно. Вот собственно и сам код, который считывает нажатую кнопку и выводит её номер, от 1 до 16(слева на право, с верху в низ) либо 0 если ничего не нажато, в монитор порта.

Плюсы и минусы

Плюсы

Минусы

Итоги

Лично я рекомендую использовать именно аналоговые клавиатуры, так как они чаще-всего более качественные и подключать их проще-простого. Главное обращать внимание на таблицу значений нажатых кнопок, которую предоставляет производитель или же, если таковой нет, можно сделать эти замеры самостоятельно, выводя значения из аналогового порта в монитор порта, чтобы потом использовать их в коде. Но выбор, всегда остается за Вами: использовать стандартный дешёвый вариант либо переплатить ради значительных плюсов в некоторых ситуациях.

На этом у меня всё. Оставляйте свои вопросы в комментариях, пишите своё мнение и встретимся на просторах Хабра!

Источник