導入「自作キーボードにBluetoothをひとつまみ」
これを作りました。
遡って1年前、友人から勧められたMint60が初めて触れた自作キーボードでした。
分割キーボードなので、キーボードの間に書見台を置いて文字起こしをしたり、社用のノートPCを置いたり、お皿を置いたりと、デスクワークの利便性が飛躍的に向上しました。ありがとう、Mint60。
そして、ふと思ったわけです。
「これ、無線にしたら最強じゃね？」
と。
しかし、テストもせず、いきなり難度の高いものを作り始めるなんて愚の二乗。
まずは小さく手軽なもの、マクロキーボードを試作してみました。
この記事は、キーボード制作の流れをざっくりと紹介するものになります。個々の説明などはいずれ。
コンセプト
- 回路の動作検証のため、発注・制作コストを抑える。
- 後に使いたい技術要素を試験的に盛り込む。
試したい要素と技術
無線(Bluetooth)
Bluetoothを搭載しているArduinoマイコンといえば、ESP32。
技術資料も多いので、少なくとも色々試すには良いと思います。
そして何より安い。(国内で1500円、海外の通販で500円)
3.3V系なので、後述する3.7Vの電池との相性がいいのもポイント高いです。
電池
充電したい。乾電池は重い。なら、リチウムイオンポリマー電池を使っちゃいましょう。
今回の試作で特に試験したいのは、ここの充電回路がうまく動くかどうかですね。
フルカラーLED
ゲーミング需要。
開発中の動作確認にも便利です。
キーボードでよく使われているフルカラーチップLEDが5V系ばかりだったので、原始的な4本足のフルカラーLEDを採用しました。
回路図設計
8キーしかないので、キースイッチのダイオードは必要ないから省略。
基板図設計
名刺サイズにしました。名刺ケースとしても使えるようにしたかった(未実装)。
このあと、ゾーンをGNDで塗りつぶします。
発注
PCB(基板)とキーボードアクリルプレートをElecrowさんに発注。
10セットで、
PCB: $19.90
プレート: $5.80 x2
送料: $9.30
合計: $40.80
1万円くらいは覚悟していたので想定より安くて驚きました。
制御
ArduinoIDEにESP32のライブラリを適用して開発しました。
Bluetoothの接続部分は、ESP32 BLE Keyboard libraryを使用させてもらいました。
フルカラーLEDのテストに、RGBにそれぞれスイッチを対応させ、スイッチを押すと色が変化していくようプログラムしました。
#include <BleKeyboard.h>
#define BUILTIN_LED 2
#define LED_R 17
#define LED_G 21
#define LED_B 19
#define KEYSW_1 33
#define KEYSW_2 25
...
#define SETTINGSW 32
#define LEDC_BASE_FREQ 12800
#define LEDC_RESOLUTION 8
#define LEDC_CHANNEL_R 0
#define LEDC_CHANNEL_G 1
#define LEDC_CHANNEL_B 2
BleKeyboard bleKeyboard("BleMacroKeyboard", "BleMacroKeyboardd_manufacturer", 100);
void PwmLed(int channel) {
static uint8_t brightness[3] = {0, 0, 0};
static int diff[3] = {1, 1, 1};
ledcWrite(channel, brightness[channel]);
if (brightness[channel] == 0) {
diff[channel] = 1;
} else if (brightness[channel] == 255) {
diff[channel] = -1;
}
brightness[channel] += diff[channel];
}
int read_all_sw() {
unsigned int pushed = 0;
if(digitalRead(SETTINGSW) == LOW) {
pushed |= (1<<0);
}
if(digitalRead(KEYSW_1) == LOW) {
pushed |= (1<<1);
}
if(digitalRead(KEYSW_2) == LOW) {
pushed |= (1<<2);
}
...
return pushed;
}
void setup() {
pinMode(KEYSW_1, INPUT_PULLUP);
pinMode(KEYSW_2, INPUT_PULLUP);
...
pinMode(SETTINGSW, INPUT_PULLUP);
pinMode(BUILTIN_LED, OUTPUT);
digitalWrite(BUILTIN_LED, LOW);
ledcSetup(LEDC_CHANNEL_R, LEDC_BASE_FREQ, LEDC_RESOLUTION);
ledcAttachPin(LED_R, LEDC_CHANNEL_R);
ledcSetup(LEDC_CHANNEL_G, LEDC_BASE_FREQ, LEDC_RESOLUTION);
ledcAttachPin(LED_G, LEDC_CHANNEL_G);
ledcSetup(LEDC_CHANNEL_B, LEDC_BASE_FREQ, LEDC_RESOLUTION);
ledcAttachPin(LED_B, LEDC_CHANNEL_B);
ledcWrite(LEDC_CHANNEL_R, 0);
ledcWrite(LEDC_CHANNEL_G, 0);
ledcWrite(LEDC_CHANNEL_B, 0);
bleKeyboard.begin();
}
void loop() {
// static variable defind.
static unsigned int sw_pushed_saved = 0;
// measures for chattering.
if(sw_pushed_saved != read_all_sw()) {
digitalWrite(BUILTIN_LED, HIGH);
delay(5);
// for LED
unsigned int sw_pushed = read_all_sw();
unsigned int sw_pushed_xor = sw_pushed ^ sw_pushed_saved;
if(sw_pushed & (1<<1)) {
PwmLed(LEDC_CHANNEL_R);
}
if(sw_pushed & (1<<2)) {
PwmLed(LEDC_CHANNEL_G);
}
if(sw_pushed & (1<<3)) {
PwmLed(LEDC_CHANNEL_B);
}
// setting sw
if(sw_pushed_xor & (1<<0)) {
//
}
// ble
if(bleKeyboard.isConnected()) {
if(sw_pushed_xor & (1<<4)) {
if(sw_pushed & (1<<4)) {
bleKeyboard.press('a');
} else {
bleKeyboard.release('a');
}
}
if(sw_pushed_xor & (1<<5)) {
if(sw_pushed & (1<<5)) {
bleKeyboard.press(KEY_ESC);
} else {
bleKeyboard.release(KEY_ESC);
}
}
...
}
sw_pushed_saved = sw_pushed;
digitalWrite(BUILTIN_LED, LOW);
}
}
```
# 組み立て
ソケットにしたので、キースイッチの交換が出来ます。
フルカラーLEDも期待通りに動作しました。
充電して、Bluetooth接続も出来ました。
# レビュー
## 得られたもの
やりたかったこと(技術的に)はだいたい出来ました。試作機としては十分。何回か失敗することを想定していたのですが、1回でパスしてしまい拍子抜けです…
## 要改善箇所
### 厚さ
約40mm。ほかの自作キーボード(mint60など)と比べると10mm程度厚い。電源を内蔵しているので、仕方ないところもありますが、もう少しスリムにしたいですね。
### Bluetooth接続
AndroidとWin10には接続出来たのですが、[Macには接続出来ません](https://qiita.com/optimisuke/items/b258b1c7a0d2388bde64)でした。ライブラリをそのまま使っているので、接続部分を自分で書く必要がありそうです。
### 電池もち
300mAhのバッテリーでは、2,3時間で充電が切れてしまうようです。
今回採用した電池は、Li-Poの中では容量の少ない方ですので、もっとバッテリー容量の大きいものを採用する必要がありそうです。
また、消費電力量を抑える工夫なども特にしていないので、そのあたりもやっていきたいですね。
### 見た目
基板表面が見えたほうが洒落ていると考え、トッププレートを透明にしたのですが、汚いはんだが見えてしまうのは盲点でした。
色の濃い背景の上に透明アクリルを配置すると、薄く反射するのできれいなのですが、無難にいくなら透過しないプレートがベターですね。
↑ ここ、好きところとダメなところが同時に同時に楽しめる角度。
# 次回
本丸である分割キーボードの制作をします。
↓ 只今の進捗。
乞うご期待!!!
（ここに第2回のリンク貼る）