教你如何DIY一把可编程无线优联40%的机械键盘

玛丽苏 · 发表于 2016-1-7 10:44

本帖最后由玛丽苏于 2016-1-7 11:01 编辑

[ 前言 ]
随着电竞方面政策的开放，机械键盘这些年在国内也火起来了，同时国内的机械键盘客制化玩家也变得多起来。入坑客制化几个月，国内的客制化模式还比较单一，主要就是PCB、外壳、键帽再加上灯，有创新的也不是没有但比较少（比如BLE6，这个全球惟一BLE客制化60 PCB）。自己想要的键盘买不到，或者说太贵，那么，我只能自己动手了。
所有操作都没什么难度，所用到的东西都是现成的，我只是把这些东西按我的用法来实现了我想要的结果。重在想法，在我之前没人这么用过，也希望本文能给大家一些启发和帮助。

[ Part 1.准备工作与原理阐述 ]
准备工作主要指需要的材料，所有物品淘宝及闲鱼购得。这算是我的第一个无线40%机械键盘的尝试，所以成本控制得较低。这个完成之后的下一步就是做一个更窄边框更轻薄的无线40%机械键盘，40%这个尺寸在tmk固件的配合下我日用起来是毫无压力的。

名称	数量	价格
亚克力夹心外壳（闲鱼）	1	33元
MKC金属脚垫（淘宝）	2	20元
樱桃轴（39颗茶轴、1颗青轴）	40	80元
卫星轴6.25x（淘宝）	1	10元
罗技K230无线键盘（京东）	1	89元
ARDUINO USB Host Shield （淘宝）	1	44元
Arduino Leonardo R3（淘宝）	1	24元
松下2032电池（天猫）	5	11元

除开键帽后花费大致如上再加上邮费若干，除了壳我买到的价格较低一点外，其他列出的都是正常价。上面价格并没有包含键帽，键帽的价格不具有参考性，因为它可以下到几十上到过千。

然后说说，为什么选择使用优联呢？原因之一是我不是搞开发的，做蓝牙键盘我根本不会，先前的BLE60其实在编程功能以及续航上（日常使用两到三周）都比较满意了，但是我做不出那样的产品。另外，优联相比蓝牙也还是有几个好处的：
1是搞干扰能力强于蓝牙；
2是续航超强，两节AAA电池用一到两年；
3是键盘唤醒速度比蓝牙快，从节能休眠状态中唤醒几乎感觉不到明显延迟。

关于优联飞线，网上搜索“优联飞线”能找到不少的帖子和教程，都得飞成下面这样，而且一边飞还要注意时不时测试有没有线接错了。（以下图片来自网络）
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然而有了DIY有线机械键盘的经验，直接连接标准矩阵的话，是这样的，看上去简洁多了。有兴趣的可以看看国外这个教程（地址直通）。
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因为40键盘，如果不支持按键编程，是根本没办法正常用的，那还怎么让人输数字，怎么让人输符号了。然而，罗技的优联主控，并不能进行全键盘按键编程，虽然用按键增强软件能实现部分功能（比如ahk），但那并不是我想到的。因此介绍一个重要物品——USB to USB Keyboard Converter（github地址，geekhack地址）。
简单来说，这个转换器的原理就是获取usb键盘输入它的按键值，再输出新的值到PC上，因此用它可以实现tmk固件的各种高级功能。geekhac上有作者销售的成品，也有自己制作的方法。我这个是先前做的，制作最简单，就是Arduino Leonardo R3和ARDUINO USB Host Shield 叠起来就行了。
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上面这个体积是比较大了一点，还有一个比较小的组合方式，用Pro Micro或者Teensy加上mini host shield，体积就会减小到如下图所示。
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当然买作者hasu的成品会更小，只是价格较贵，50刀，邮费8刀。
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简单介绍完USB to USB keyboard converter后，接着继续，这次用的是罗技k230的主控，对于要使用的主控，最先应该测出该主控的按键矩阵，k230和k270网上都有现成的，k230的如下（感谢Luckybird929）。
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我将其整理成表格的形式如下，方便用我自己的方式飞线。

然后这次使用的是jd40的布局，总共40个键，四排的按键数依次为12 11 11 6。此处的作法就是我所用方法的关键了，我只保证每个按键都触发而不用管它是否对应。因此，我从k230的矩阵中选择了四列，如下图所示，蓝字为k230优联主控的接口以及对应按键，红色为之后要重映射第0层大致的按键。
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讲到这里大概理解我做了什么吧。
小结一下：
1.简化优联飞线。
2.使用USB to USB keyboard converter从usb接收端进行按键编程。

[ Part 2.焊接键盘 ]
在焊接前第一步，我先把外壳的边框给打磨了，亚克力外壳的边框切割痕迹比较明显，我是略微有点不能接受的。下图是打磨前的。
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然后是打磨后的。

因为没有使用PCB，所以将轴直接固定在上壳同时也是定位板上，这次使用的是茶轴，空格为青轴，啪啪啪的青轴用在空格上，用来保持打字时的节奏。
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背面每个轴再用热熔胶固定一下，因为这个定位板是可开轴盖的设计，所以热熔胶固定时只固定了上下两个位置。不用担心不牢固，我已经插拔多次键帽，没有把轴拔出来过。飞线的连接方式可以参考Part 1里给出的国外玩家写的教程，这时需要注意的是二极管的方向，连接前测试好，对于k230的主控，二极管黑色端接1、2、3、4这边，红色接10、11、12、13这些。接二极管主要是为了防止按键冲突，这样做到了全键盘任意6键无冲。
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空格键需要一组6.25x的卫星轴，我是拿一个废键盘的PCB切下一小部分，再打孔固定卫星轴的。如果是自己做外壳，还是建议使用定位板卫星轴或平衡杆。前面行线上已经二极管连好，现在接好列线，我用的OK单芯飞线，别用网线，太硬了超难用。
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接下来，按Part 1里给出的图，将行线和列线都连接到K230的优联主控上对应的针脚，同时电池要用的线也接好。这个外壳比较薄，所以使用CR2032电池来供电，根据另外一个飞线优联小伙伴的使用情况（他是104键盘盘丝洞式飞线），几毛钱一颗的杂牌2032也坚持了2个月。这里故意将线留长了一些，万一以后哪个轴有问题时有足够的空间将主控提起来，然后换轴。
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底部贴上防滑脚垫，前方用了两个mkc金属脚垫来让键盘使用时有一定的斜度。
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还有底壳上开了一个小孔，正好对应在优联主控开关的位置。
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这下键盘就组装完了，把接收器直接插电脑上试试，所有按键都是触发的，当然并没有和键盘上按键位置对应上，按键会在Part 3里再解决。

最终再装上键帽后，效果图如下。
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[ Part 3.编译固件&修改布局 ]
对于软件或硬件开发，我的经验是0，所以下面的过程只是按我的理解与方法来的，有不正规的还请程序猿大大包涵，有错误的也请指正。不会编程的照做也可以，本身并不需要多少编程知识，后面的改布局，依葫芦画瓢改就是了。

首先是搭建编译环境，我的操作系统是win10，不想安装Linux，因此在windows下首先安装cygwin。
1.安装时选择了安装Devel和Shell下的所有组件，其他基本是默认。
2.安装dfu-programmer，安装方法是按照github上给的Linux下安装的方法进行编译与安装。地址直达：https://github.com/dfu-programmer/dfu-programmer
3.安装aVR8-gnu-toolchAIn-installer-3.5.0.84-win32.any.x86，这是从官方下载的，下载完解压后，复制到cygwin文件夹里。
4.尝试编译USB to USB keyboard converter使用的固件，这个在Part 1里给出的github以及geekhack的网址里都有介绍，如下：
Build firmware
--------------
$ git clone git://github.com/tmk/tmk_keyboard.git
$ cd tmk_keyboard
$ git submodule init
$ git submodule update
$ cd converter/usb_usb
$ make
如果编译不成功，根据错误提示补全cygwin的组件。
5.将生成的hex刷入，win下使用的arduloader来刷的，这个win下刷hex的工具足够的傻瓜和简单。
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以上步骤完成，测试USB to USB keyboard converter是正常使用的，那就ok。下面才开始编译适用于本贴DIY的无线40用的固件。
用记事本打开tmk_keyboard\converter\usb_usb\keymap_common.h看看，会看到如下：
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这个排列看上去挺眼熟的，对吧。它就是一个标准104键的按键布局，为了后面更加方便进行修改，把这个布局改成40了。根据上面图片提供的按键值，40的话就应该如下图所示。
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再依照上图修改keymap_common.h文件，得到如下结果。
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接下来就是利用kle(Keyboard Layout Editor)和tkg来生成按键布局的源码了，这方面可以看看我写过的一个教程：PDF的百度网盘地址。
我用的是三层布局，按键如下：
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因为是jd40布局，而amj40也是这个布局，所以tkg里直接选amj40。然后将raw data复制过去，再设置好各个fn的功能。之后点击“下载.c文件“。
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将下载回来的.c文件重命名一下，比如我改为了keymap_yang.c，再移到tmk_keyboard\converter\usb_usb\目录。这个文件目前是不能直接使用的，还需要做一些修改。对照一个该目录下的其他几个keymap*.c就会知道怎么改了。大致如下，红框内的内容删除，蓝框内的稍微修改一下。
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最终的结果就是下图这样的。

现在可以开始编译了，因为我先前重命名了为keymap_yang.c，所以编译的时候使用命令为
make KEYMAP=yang
编译成功后得到usb_usb.hex，刷入USB to USB keyboard converter，一切工作正常。
上面通过kle及tkg来完成，当然也可以直接编辑keymap*.c这个文件，多对照看看就知道它是怎么样的格式以及各个按键的写法了，只是我觉得kle看起来更直观一些。

小结：可以说USB to USB keyboard converter是本文的关键，只要自己会搭建环境编译固件了，那么就不存在难度了。

[ Part 4.总结 ]
本来只是想分享一下这次制作的无线优联40键盘的，结果写得较多就干脆写成教程了。
USB to USB keyboard converter是个好东西，事实上除了用来飞线40外，像60键盘也可以通过此方法来飞线成无线键盘，并且支持编程。甚至是想给普通的无线键盘或者usb键盘使用tmk固件功能，也可以通过它来实现。
虽然说自己没有能力去开发一个无线键盘主控，但是，利用本文的方法还是制作出了自己想要的键盘，我还是很满意的。而且，这个键盘非常非常好用，毕竟优联本身已经是一个相当优秀的无线方案了。
最终成果是，一把日用主力40%无线机械键盘，重量270g，轻于Surface Pro 3的超薄原装键盘套（约300g）。
下一把的打算是：外壳也自己订做，上下两层改用碳纤维，中间夹心夹还是亚克力，但是键盘四周的边框会收窄到几近无边程度。同时，厚度会再稍微缩减一点，布局会修改一下，采用双空格。

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