تحتاج لوحة مفاتيح صغيرة - افعلها بنفسك

إذا كنت بحاجة إلى لوحة مفاتيح ، يمكنك شراء واحدة. إذا كنت بحاجة إلى لوحة مفاتيح صغيرة ، فكل شيء أكثر تعقيدًا. بالإضافة إلى خيارات تغيير لوحة مفاتيح Blackberry أو التشويش على مفاتيح اللمس الدقيقة ، لا توجد حلول طبيعية للحصول على لوحات مفاتيح صغيرة ورقيقة ومتخصصة. ومع ذلك ، هناك خيار واحد: لوحات المفاتيح سيليكون. لم يفعل أحد هذا بعد ، لذلك قررت - لماذا لا نجربه.

لسوء الحظ ، لا توجد معلومات جاهزة عن تصميم أو إنتاج أو إنتاج لوحات مفاتيح السيليكون الخاصة بنا. هناك القليل من الوثائق ، ويبدو أن جميع المصانع التي تقوم بتصنيعها تقوم بنسخ المعلومات من بعضها البعض. إن سؤال شركة صينية عن كيفية القيام بذلك هو نفس طريقة لعب "هاتف مكسور". لكن على الرغم من كل هذا ، تمكنت من صنع لوحة مفاتيح السيليكون الخاصة بي ، وأنا الآن أشارك المعلومات حول كيفية القيام بذلك.

الهدف من المشروع هو إنشاء لوحة مفاتيح كمبيوتر صغيرة جدًا للأجهزة القابلة للارتداء ، أو شارات إلكترونية ، أو تشغيل Fortnite على جهاز كمبيوتر محمول ، أو لمجرد استخدامه لوحة مفاتيح USB. وقد تم ذلك بالفعل من قبل. استخدمت شارة مؤتمر هاكاداي بلغراد لعام 2018 55 من مفاتيح اللمس القياسية مرتبة على شكل لوحة مفاتيح. مشروع آخر مع Hackaday.io يسمى (Pi) QWERTY يستخدم أيضا العشرات من مفاتيح الساعة القياسية. ومع ذلك ، فإن هذه الأجهزة لها عيوبها.


PiMiniQWERTY - أفضل لوحات المفاتيح المصغرة محلية الصنع

أولاً ، أزرار اللمس القياسية 4 مم غالية الثمن. هذه ليست مشكلة إذا كنت تستخدم عددًا صغيرًا منها لمشروع واحد ، ولكن إذا كنت بحاجة إلى 60 إلى 70 زرًا لكل جهاز ، فستبدأ التكلفة في الارتفاع. أرخص من تلك التي وجدت تكلفة 70 دولار لكل لفة من 4000 ، أو بضع سنتات لكل منهما. خذ 70 قطعة واحصل على 1.25 دولار لكل جهاز - فقط للأزرار. قد يتضح أن الأزرار سوف تكلف أكثر من متحكم.

ثانيا ، يجب وضع أزرار اللمس معا. قد لا يكون عدد حالات الفشل كبيرًا للغاية ، ولكن إذا قمت بتجميع اللوحات بأكملها من المحولات ، فسيكون العدد أكبر مما لو كانت أجهزة مفردة. بالمقارنة مع مقاومات SMD وأغطية ، الأزرار كبيرة وسميكة ، مما يزيد من عدد القصاصات عند وضعها. أيضًا ، نظرًا لأن تجميع لوحة المفاتيح هذه يستغرق وقتًا طويلاً ، فعليك أن تدفع أكثر لتجميع الأزرار أكثر من تثبيت الجهاز النهائي. هذا يزيد من تكلفة لوحة المفاتيح على أساس مفاتيح اللمس.

أخيرًا ، لم يتم تسمية الأزرار. إذا كنت ستقوم بتجميع لوحة مفاتيح بأزرار 4 مم ، فسيتعين عليك القيام بالعلامات على السبورة. في مؤتمر بلغراد ، تم هذا بشكل جيد ، في حين أن mini (Pi) QWERTY فعلت ذلك ببراعة ، لأنهم استخدموا لوحتين ، واحدة للإلكترونيات وواحدة للتوقيعات. يمكن للمرء أن يتخيل نقش الأزرار ، ولكن سطحه صغير جدًا بالفعل.

الحل: استخدام لوحات المفاتيح سيليكون مصبوب حقن. توجد لوحات المفاتيح هذه في جميع أجهزة التحكم عن بُعد تقريبًا ، وقد تم استخدامها في هواتف نوكيا القديمة مثل "الطوب". لوحات مفاتيح السيليكون موجودة في كل مكان ، وهناك مصانع تجعلها تطلب ذلك.


لوحات المفاتيح سيليكون مع تاوباو و AliExpress. الشركات التي تبيعها تجعلها تطلب ذلك.

هناك العديد من المزايا لاستخدام لوحات المفاتيح سيليكون. أولاً ، يستخدم معظمهم تسميات الأزرار. ثانيا ، أنت لا تقتصر على أزرار 4 مم. يمكن أن تكون الأزرار بأي حجم وأي شكل. جمعها سهل. لاستخدام لوحة المفاتيح هذه مع لوحة ، تحتاج فقط إلى وضعها على اللوحة ؛ كل شيء آخر قد تم بالفعل بالنسبة لك. أخيرًا ، تبدو لوحة مفاتيح السيليكون أكثر برودة من أي أزرار. فلماذا لا يستخدمونها؟ معظمها بسبب التكلفة ، ولكن هناك بعض المشاكل الهندسية.

أنواع مختلفة من مفاتيح السيليكون والغشاء

ZX الطيف غشاء لوحة المفاتيح

قبل الخوض في تصميم لوحات مفاتيح السيليكون ، تحتاج إلى مناقشة تخطيط لوحات المفاتيح الصغيرة ومجموعات لوحة المفاتيح. الأولى هي لوحات مفاتيح Dome المعدنية ، أو لوحات المفاتيح الغشائية. أفضل الأمثلة على أزرار الأغشية اللمسية هذه هي لوحات المفاتيح من أجهزة الكمبيوتر المنزلية الشائعة في الثمانينيات أو ZX Spectrum أو Atari 400. إذا نظرت إلى أماكن أخرى في الشقة ، فقد يكون لديك لوحة مفاتيح من هذا القبيل في الميكروويف.

تحتوي لوحات المفاتيح هذه على أزرار مصفوفة. تتكون الدائرة الكهربائية من مسارات مرسومة بحبر موصل على ورقتين من البوليستر. تقع قبة الفولاذ المقاوم للصدأ تحت كل زر. الضغط على الزر يضغط على القبة ، ويغلق طبقتين من البوليستر.

يمكن التقاط أفضل صور لوحة المفاتيح الغشائية من أحد مشاريعك . هذه الأغشية لا تهتم كيف تم ضغط القبة المعدنية. أبسط خيار هو وضع الأزرار والحروف مباشرة أعلى الغشاء. يمكن لصقها على قطعة من البلاستيك مجموعة من مفاتيح اللمس. هذا هو بالضبط كيف تصنع لوحات المفاتيح في لعب Speak N Spell و Big Trak [في الاتحاد السوفياتي كان هناك تناظر لمثل هذه اللعبة ، "Lunokhod" / تقريبا. العابرة.]. هذه هي الطريقة التي يمكنك بها صنع لوحة مفاتيح لطفل عمره ثلاث سنوات ، محمي من زبدة الفول السوداني.

ومع ذلك ، فإن مفاتيح التبديل للأغشية النقية عن طريق اللمس رخيصة جدًا ولا تقدم ملاحظات عن طريق اللمس. أحد الخيارات هو وضع الأزرار البلاستيكية فوق مفتاح الغشاء. تستخدم لوحات مفاتيح Metal Dome (مع قبة معدنية) مفاتيح بلاستيكية صلبة تضغط على قباب معدنية صغيرة محصورة بين طبقتين من البوليستر الموصل بالحبر:











لكن لوحات المفاتيح الغشائية غير مطلوبة أزرار بلاستيكية صلبة. يمكنك استخدام سيليكون ناعم ، أعلى لوحة المفاتيح الغشائية ، كما هو الحال في ZX Spectrum. بدلاً من المستطيلات البلاستيكية الجامدة ، كما هو الحال في مشروع Metal Dome ، استخدم Speccy لوحة قماشية واحدة من أزرار السيليكون. استخدم ZX Spectrum أزرار سيليكون على لوحة المفاتيح الخاصة به ، لكنه كان لا يزال لوحة مفاتيح غشائية. لا فرق في كيفية الضغط على قبة معدنية - من خلال ورقة من البلاستيك مع الأحرف المطبوعة ، أو مستطيلات السيليكون.

هناك نوع آخر من لوحات المفاتيح - تلك التي صنعتها لهذه المقالة - وهو لوحة مفاتيح سيليكون أو مطاطية .


لوحة المفاتيح غشاء في كل مكان لاردوينو

تستخدم لوحة المفاتيح المطاطية أزرار سيليكون مقولبة بالحقن تضغط على جهات الاتصال. يتم وضع جهة اتصال كربونية ("الكمبيوتر اللوحي") في زر السيليكون ، ويتم إنشاء جهات اتصال مصفوفة لوحة المفاتيح من المسارات الموجودة على لوحة الدوائر المطبوعة. يمكن دمج جهات الاتصال في اللوحة (يوصى باستخدام تقنية ENIG) أو طباعتها أعلى الأحبار الموصلة. في أي حال ، تتكون لوحة المفاتيح من لوحة دوائر مطبوعة ، وأزرار سيليكون مع جهات اتصال موصلة تحت كل زر ، ووجهات اتصال كربون صغيرة موصلة في كل زر ، ومآخذ لربط السيليكون بالوحة.

عند الاختيار بين الغشاء ولوحة المفاتيح المطاطية ، يجدر النظر في بضع نقاط ، وكثير منهم قادرون على تفوق الميزان لصالح الغشاء. على الرغم من أنه يمكن صنع لوحات المفاتيح المطاطية بألوان كثيرة ، إلا أن الحروف الموجودة على لوحة المفاتيح الغشائية تطبع بشكل أساسي ؛ على لوحة المفاتيح الغشائية ، يمكنك عمل أي أحرف من أي لون. لوحات المفاتيح الغشائية أرخص لأنها لا تحتاج إلى قالب. تتطلب لوحات المفاتيح المطاطية شريطًا يحتوي على كتلة متجانسة من مفاتيح السيليكون ، مما يعني التكلفة الإضافية للقالب الثاني للقالب. ولوحة المفاتيح المطاطية تفوز فقط على الأحاسيس اللمسية. إذا كنت قد جربت استخدام Atari 400 ، فسوف توافق: من الأسهل بكثير الكتابة على لوحات المفاتيح المطاطية. وهم أكثر أناقة من الأغشية.

المشاريع الجارية

ليست لوحة مفاتيح مطاطية متخصصة يمكن استخدامها حتى الآن

اليوم ، لا أعرف حالات استخدام لوحات المفاتيح المطاطية المتخصصة في الأعمال الصغيرة. بطبيعة الحال ، فهي موجودة في مجتمع DIY: Adafruit تبيع لوحات المفاتيح 4X4 (Sparkfun لديه نفس الشيء ) ، ويمكن طلب أزرار مماثلة على AliExpress و eBay. نعم ، بالطبع ، أنفق Sparkfun و Adafruit على تطوير لوحات ، ولكن من المرجح أن تفعل الأزرار نفسها في مكان ما بعيد. هذه ليست لوحات المفاتيح المتخصصة. هذه لوحات مفاتيح قياسية جاهزة للمشاريع المتخصصة.

واستخدمت هذه الأزرار المطاطية كثيرًا حيث: لإنشاء استنساخ Monome ، جهاز تسلسل خطوة ، جهاز MIDI . ولهذا السبب تم تطوير أزرار السيليكون الخلفية: فهي تجعل وحدات التحكم MIDI باردة. ولكن نظرًا لعدم وجود علامات عليها ، فهي ذات فائدة قليلة لأي شيء آخر.

وهذه هي المشروعات الوحيدة ، حسب علمي ، التي تستخدم لوحات المفاتيح المصنوعة من السيليكون 4 × 4. الناس ، بالطبع ، يحاولون القيام بشيء آخر. يبحث بعضها عن لوحات المفاتيح المطاطية في المنتديات ، والبعض الآخر يجرب قوالب ألمنيوم ، لكن حتى الآن لم ينجح أحد. رفض ديف جونز فكرة لوحات المفاتيح المطاطية لمشروعه uSupply وتحولت إلى مفاتيح الأغشية المتخصصة.

تصميم لوحة المفاتيح ، ورئيسه والثقوب الهواء

إذن ما الذي يجعل إنشاء لوحة مفاتيح مطاطية؟ في جوهرها ، نقوم بتطوير قالب الصب الصلب أو الألومنيوم. يتم إرسال القالب إلى آلة قولبة الحقن ، حيث يتم ملؤه بكرات الكربون ، المملوءة بالسيليكون الساخن ، والذي يتم تفريزه بعد ذلك. يمكن إجراء مزيد من المعالجة للأزرار - وضع علامات بالليزر أو طباعة الشاشة الحريرية أو طلاء الإبوكسي. تصميم لوحة المفاتيح المطاطية هو تصميم قالب ، ولكن المكونات الأساسية بسيطة للغاية. فيما يلي مثال - لوحة مفاتيح من مفتاح واحد - صنعتها في Fusion360 في بضع دقائق.







يعتمد الشكل الخارجي للوحة المفاتيح على الغرض ، والقاعدة عبارة عن طبقة من السيليكون. في زوايا القاعدة هناك أربعة رؤساء للتركيب على لوحة الدوائر. هناك حاجة لمحاذاة الزر ومنعه من الانزلاق.

يتكون الهيكل الداخلي للمفتاح من قرص كربون كبير ، جهة الاتصال التي ستضغط على اللوحة. يوجد ببساطة المزيد من المفاتيح على لوحة المفاتيح ، ولكن شكل مفتاح واحد هو نفسه بشكل أساسي. حدد المسافات في أسفل المفتاح مما يسمح للهواء بالمرور تحته. إذا لم يتم تصنيعها ، فستضغط لوحة المفاتيح عند الضغط عليها.


مفتاح سيليكون كوتاواي. الكائن الأسود عبارة عن لوح كربون يعمل كجسر بين دبابيس على السبورة.


أبعاد لوحة المفاتيح هي في ملم.



بعد أن كان مشروع لوحة المفاتيح جاهزًا ، وتم إرسال الملفات إلى المصنع لتصنيع القوالب وإنتاج عدة عينات اختبار ، فقد حان الوقت لتطوير لوحة دوائر مطبوعة. بالنسبة لمشروعي ، لم تكن الدائرة مهمة كثيرًا - الشيء الرئيسي هو أن اللوحة بها مساران يرتبطان ارتباطًا وثيقًا بالجوانب المقابلة لمصفوفة لوحة المفاتيح. لهذا ، يوصى بتقنية ENIG. تعتبر قيود الإنتاج مهمة أيضًا: الحد الأدنى القياسي لعرض المسار والمسافة بينهما هو 0.15-0.20 ملم ، وقمت بتطوير لوح به مسارات 0.25 ملم ونفس المسافة بينهما.

بعد الانتهاء من لوحة المفاتيح واللوحة ، يمكنك المتابعة إلى شريط التثبيت. هذا هو مثقب البلاستيك مشدود إلى المجلس. يتم تثبيت لوحة مفاتيح مطاطية بينها وبين اللوحة. أنا جعلت النموذج الأولي التالي ، فقط لاختبار لوحة المفاتيح. الإلكترونيات - فقط Teensy LC (كان في متناول يدي) ، مع وجود انقطاع يتيح الوصول إلى اللوحة للنماذج الأولية:





لقد أرسلت هذا النموذج إلى Shapeways ، وتم تجميع لوحة المفاتيح. تستخدم البرامج الثابتة على Teensy مكتبة Keypad القياسية وتظهر على الكمبيوتر كجهاز USB HID. لقد تحولت إلى لوحة مفاتيح مطاطية متخصصة بالشكل الذي أحتاجه بالضبط. ليس هذا هو الخيار الأخير ، حيث أن لوحة مفاتيح USB هي مجرد مفهوم عملي لفحص المفاتيح المطاطية ، لكنها تعمل بالفعل.















سأكشف عن تكلفة المشروع ؛ يجب ألا يغيب عن البال أن العينة هنا صغيرة جدًا - التفت إلى مصنع واحد فقط له طراز واحد فقط. ومع ذلك ، نظرًا للمنافسة القوية في السوق ، أعتقد أن هذه الأسعار ستكون تمثيلية كافية لمتوسط ​​تكلفة لوحة المفاتيح المطاطية المتخصصة.

التكلفة هي كما يلي:

من وجهة نظر اقتصادية ، كل هذا منطقي من خلال تعميمات تصل إلى 10000

تبين أن التكلفة الإجمالية لعدد صغير من العينات تساوي 2877 دولارًا. هذه هي تكلفة القالب الخاص بالصب والتدقيق من قبل مهندس لملفات CAD. عشرة لوحات المفاتيح لمدة ثلاثة آلاف باكز.

ومع ذلك ، بعد كل مراحل التصميم والإعداد ، فإن المصنع قادر على إصدار حزم من لوحات المفاتيح. بعد ذلك ، تصبح تكلفة قطعة واحدة تساوي 1.3 دولار لتداول من 1000 إلى 0.79 دولار لتداول 5000. وبالتالي فإن إجمالي ألف لوحة مفاتيح سيكلفني 4،177 دولار ، أي 4.18 دولار لكل قطعة. سيكلف خمسة آلاف لوحة مفاتيح 6،827 دولار ، أو 1.36 دولار لكل فرد. هذا السعر ، الذي يقل عن 1.5 دولار ، يجعل هذه التقنية قابلة للإنتاج على نطاق صغير.

تعد لوحات المفاتيح المطاطية مناسبة للشركات المصنعة الكبيرة: تبيع Samsung ملايين أجهزة التلفزيون ، وكلها مزودة بجهاز تحكم عن بعد واحد. ظلت مسألة صنع لوحة مفاتيح مطاطية لمشروع DIY دائمًا مفتوحة. المشاريع الصغيرة لا تستخدم هذه التكنولوجيا ، لذلك لم يكن هناك من يسأل عما إذا كانت مفاتيح السيليكون المتخصصة منطقية. أقول أنه من المنطقي إذا قمت بعمل ألف لوحة مفاتيح. عند تداول خمسة آلاف ، قد تنخفض تكلفة لوحة المفاتيح المطاطية والسحابات البلاستيكية أقل من تكلفة متحكم.

→ جميع مصادر المشروع متاحة على جيثب