Benötigen Sie eine kleine Tastatur - machen Sie es selbst

Wenn Sie eine Tastatur benötigen, können Sie eine kaufen. Wenn Sie eine kleine Tastatur benötigen, ist alles komplizierter. Zusätzlich zu den Blackberry-Tastatur-Remake- Optionen oder dem Aufwand mit winzigen Tastschaltern gibt es keine normalen Lösungen, um kleine, dünne und spezialisierte Tastaturen zu erhalten. Es gibt jedoch eine Option: Silikontastaturen. Bisher hat das noch niemand gemacht, also habe ich beschlossen - warum nicht mal probieren?

Leider gibt es keine vorgefertigten Informationen über das Design, die Erstellung oder die Herstellung unserer eigenen Silikontastaturen. Es gibt nur sehr wenige Unterlagen, und alle Fabriken, in denen sie hergestellt werden, scheinen Informationen voneinander zu kopieren. Eine chinesische Firma zu fragen, wie das geht, ist dasselbe wie ein „kaputtes Telefon“ zu spielen. Trotz alledem habe ich es geschafft, meine eigene Silikontastatur herzustellen, und jetzt teile ich Informationen darüber, wie dies gemacht wird.

Ziel des Projekts ist es, eine sehr kleine Computertastatur für tragbare Geräte, elektronische Abzeichen, das Spielen von Fortnite auf einem tragbaren Computer oder einfach für die Verwendung als USB-Tastatur zu erstellen. Dies wurde bereits zuvor getan. Das Abzeichen für die Hackaday Belgrade-Konferenz 2018 verwendete 55 taktile Standardschalter, die in Form einer Tastatur angeordnet waren. Ein anderes Projekt mit Hackaday.io namens (Pi) QWERTY verwendete ebenfalls Dutzende von Standarduhrschaltern. Solche Geräte haben jedoch ihre Nachteile.


PiMiniQWERTY - das Beste aus hausgemachten Miniaturtastaturen

Erstens sind Standard-4-mm-Tastknöpfe ziemlich teuer. Dies ist kein Problem, wenn Sie eine kleine Anzahl davon für ein Projekt verwenden. Wenn Sie jedoch 60 bis 70 Tasten pro Gerät benötigen, steigen die Kosten. Der billigste von denen, die ich gefunden habe, kostete 70 Dollar pro Rollout von 4000 oder ein paar Cent pro Stück. Nehmen Sie 70 Stück und erhalten Sie 1,25 USD pro Gerät - nur für die Tasten. Es kann sich herausstellen, dass die Tasten mehr kosten als der Mikrocontroller.

Zweitens müssen taktile Tasten zusammengesetzt werden. Die Anzahl der Fehler ist möglicherweise nicht sehr groß. Wenn Sie jedoch ganze Karten aus Switches zusammenbauen, ist dies mehr als bei einzelnen Geräten. Im Vergleich zu SMD-Widerständen und Kappen sind die Tasten groß und dick, was die Anzahl der Abfälle beim Platzieren erhöht. Da die Montage einer solchen Tastatur viel Zeit in Anspruch nimmt, müssen Sie für die Montage der Tasten mehr bezahlen als für die Installation eines fertigen Geräts. Dies erhöht die Kosten der Tastatur basierend auf taktilen Schaltern.

Schließlich sind die Schaltflächen nicht beschriftet. Wenn Sie eine Tastatur mit 4-mm-Tasten zusammenbauen, müssen Sie die Markierung auf der Platine vornehmen. Auf der Belgrader Konferenz war dies recht gut gelungen, während mini (Pi) QWERTY dies hervorragend tat, da zwei Karten verwendet wurden, eine für die Elektronik und eine für Signaturen. Man kann sich vorstellen, die Knöpfe zu beschriften, aber ihre Oberfläche ist bereits sehr klein.

Lösung: Verwenden Sie spritzgegossene Silikontastaturen. Solche Tastaturen sind in fast allen Fernbedienungen enthalten, sie wurden in alten Nokia-Handys wie "Brick" verwendet. Silikontastaturen gibt es überall und es gibt Fabriken, die sie auf Bestellung herstellen.


Silikontastaturen mit TaoBao und AliExpress. Die Firmen, die sie verkaufen, stellen sie auch auf Bestellung her.

Die Verwendung von Silikontastaturen bietet viele Vorteile. Erstens verwenden die meisten von ihnen Schaltflächenbeschriftungen. Zweitens sind Sie nicht auf 4-mm-Tasten beschränkt. Schaltflächen können jede Größe und Form haben. Sie zu sammeln ist einfach; Um eine solche Tastatur mit einer Platine zu verwenden, müssen Sie sie nur auf der Platine platzieren. alles andere wurde bereits für Sie erledigt. Schließlich sieht die Silikontastatur cooler aus als alle Tasten. Warum benutzen sie sie nicht? Meist aus Kostengründen gibt es jedoch einige technische Probleme.

Verschiedene Arten von Silikon- und Membranschaltern

ZX Spectrum Membrantastatur

Bevor Sie sich mit dem Design von Silikontastaturen befassen, müssen Sie das Layout kleiner Tastaturen und Tastatursets erläutern. Die ersten sind Metal Dome-Tastaturen oder Folientastaturen. Die besten Beispiele für solche taktilen Membrantasten sind Tastaturen von bekannten Heimcomputern der 1980er Jahre, ZX Spectrum oder Atari 400. Wenn Sie sich andere Stellen in der Wohnung ansehen, haben Sie möglicherweise eine solche Tastatur in der Mikrowelle.

Diese Tastaturen verfügen über eine Matrix. Der Stromkreis besteht aus Spuren, die mit leitfähiger Tinte auf zwei Polyesterfolien gezeichnet sind. Unter jedem Knopf befindet sich eine Edelstahlkuppel. Durch Drücken der Taste wird die Kuppel komprimiert und zwei Schichten Polyester geschlossen.

Die besten Folientastaturbilder können aus einem Ihrer Projekte entnommen werden . Solche Membranen kümmern sich nicht darum, wie die Metallkuppel gepresst wurde. Die einfachste Möglichkeit besteht darin, Knöpfe und Buchstaben direkt auf der Membran zu platzieren. Ein Stück Plastik kann auf eine Reihe von Tastschaltern geklebt werden. Genau so werden Tastaturen in Speak N Spell- und Big Trak- Spielzeugen hergestellt [in der UdSSR gab es ein Analogon zu einem solchen Spielzeug, „Lunokhod“ / ca. übersetzt.]. So können Sie eine Tastatur für ein dreijähriges Baby herstellen, die vor Erdnussbutter geschützt ist.

Reine Membranschalter per Berührung sind jedoch sehr billig und bieten keine taktile Rückmeldung. Eine Möglichkeit besteht darin, die Kunststoffknöpfe über dem Membranschalter zu platzieren. Bei Metallkuppeltastaturen (mit Metallkuppel) werden Hartplastiktasten verwendet, die auf kleine Metallkuppeln drücken, die zwischen zwei Schichten leitfähigen Tintenpolyesters angeordnet sind:











Folientastaturen sind jedoch keine Hartplastikknöpfe erforderlich. Sie können weiches Silikon über der Folientastatur verwenden, wie dies beim ZX Spectrum der Fall ist. Anstelle von starren Plastikrechtecken wie in meinem Metal Dome-Projekt verwendete Speccy eine einzelne Leinwand mit Silikonknöpfen. Das ZX Spectrum verwendete Silikontasten auf seiner Tastatur, aber es war immer noch eine Folientastatur. Es macht keinen Unterschied, wie man eine Metallkuppel drückt - durch eine Plastikfolie mit gedruckten Zeichen oder Silikonrechtecken.

Eine andere Art von Tastatur - die, die ich für diesen Artikel hergestellt habe - ist eine Silikon- oder Gummitastatur .


Die allgegenwärtige Membrantastatur für Arduino

Die Gummitastatur verwendet spritzgegossene Silikontasten, die die Kontakte drücken. In die Silikontaste ist ein Carbon-Kontakt („Tablet“) eingebaut, und die Kontakte für die Tastaturmatrix werden aus den Spuren auf der Leiterplatte erstellt. Kontakte können in die Platine integriert werden (ENIG-Technologie empfohlen) oder auf leitfähige Tinten gedruckt werden. In jedem Fall besteht die Tastatur aus einer Leiterplatte, Silikontasten mit leitenden Kontakten unter jeder Taste, kleinen leitfähigen Kohlekontakten in jeder Taste und Buchsen zum Anbringen von Silikon an der Platine.

Bei der Wahl zwischen einer Membran und einer Gummitastatur sollten einige Punkte berücksichtigt werden, und viele von ihnen können die Skalen zugunsten einer Membran überwiegen. Obwohl Gummitastaturen in vielen Farben hergestellt werden können, werden die Zeichen auf der Folientastatur im Wesentlichen gedruckt. Auf der Folientastatur können Sie beliebige Zeichen beliebiger Farbe erstellen. Folientastaturen sind billiger, weil sie keine Form benötigen. Gummitastaturen erfordern einen Streifen, der einen monolithischen Block von Silikonschlüsseln enthält, was die zusätzlichen Kosten einer zweiten Form für das Gießen bedeutet. Und die Gummitastatur gewinnt nur bei taktilen Empfindungen. Wenn Sie jemals versucht haben, den Atari 400 zu verwenden, werden Sie zustimmen: Es ist viel einfacher, auf Gummitastaturen zu tippen. Und sie sind stilvoller als Membranmembranen.

Laufende Projekte

Keine spezielle Gummitastatur, die auch jetzt noch verwendet werden kann

Heute kenne ich keine Fälle, in denen spezielle Gummitastaturen in kleinen Auflagen verwendet werden. Natürlich gibt es sie in der DIY-Community: Adafruit verkauft 4x4-Tastaturen (Sparkfun hat das Gleiche ), und ähnliche Schaltflächen können bei AliExpress und eBay bestellt werden. Ja, natürlich haben Sparkfun und Adafruit für die Entwicklung von Boards ausgegeben, aber die Buttons selbst werden wahrscheinlich irgendwo weit weg sein. Dies sind keine speziellen Tastaturen. Dies sind vorgefertigte Standardtastaturen für spezielle Projekte.

Und diese Gummiknöpfe wurden häufig verwendet, um einen Monome-Klon , einen Step-Sequenzer oder ein MIDI-Gerät zu erstellen. Aus diesem Grund wurden die hintergrundbeleuchteten Silikontasten entwickelt: Sie sind coole MIDI-Controller. Da sie jedoch keine Tags enthalten, sind sie für nichts anderes von Nutzen.

Und dies sind meines Wissens die einzigen DIY-Projekte, die 4x4-Silikontastaturen verwenden. Die Leute versuchen natürlich, etwas anderes zu tun. Einige von ihnen suchen in den Foren nach Gummitastaturen, andere experimentieren mit Aluminiumformen, aber bisher ist es niemandem gelungen. Dave Jones lehnte die Idee von Gummitastaturen für sein uSupply- Projekt ab und wechselte zu speziellen Membranschaltern.

Entwerfen Sie Tastatur-, Boss- und Luftlöcher

Was macht die Schaffung einer Gummitastatur aus? Im Wesentlichen entwickeln wir eine Stahl- oder Aluminiumgussform. Die Form wird zu einer Spritzgießmaschine geschickt, wo sie mit Kohlenstoffkugeln gefüllt wird, die mit heißem Silikon gefüllt sind, das dann vulkanisiert wird. Eine weitere Bearbeitung der Tasten ist möglich - Laserbeschriftung, Siebdruck oder Epoxidbeschichtung. Das Entwerfen einer Gummitastatur ist das Entwerfen einer Form, aber die grundlegenden Komponenten sind ziemlich einfach. Unten sehen Sie ein Beispiel - eine Tastatur mit einer einzigen Taste -, das ich in wenigen Minuten in Fusion360 erstellt habe.







Die äußere Form der Tastatur hängt vom Verwendungszweck ab, und die Basis besteht aus einer Silikonschicht. An den Ecken der Basis befinden sich vier Vorsprünge zur Montage auf einer Leiterplatte. Sie werden benötigt, um den Knopf auszurichten und ein Verrutschen zu verhindern.

Die interne Struktur des Schlüssels besteht aus einer großen Carbon-Tablette, dem Kontakt, der auf die Platine klickt. Es gibt einfach mehr Tasten auf der Tastatur, aber die Form einer Taste ist im Wesentlichen dieselbe. Markieren Sie die Zwischenräume am unteren Rand des Schlüssels, damit Luft darunter strömen kann. Wenn sie nicht erstellt wurden, bewegt sich die Tastatur beim Drücken.


Cutaway Silikonschlüssel. Ein schwarzes Objekt ist eine Carbon-Tablette, die als Brücke zwischen zwei Stiften auf der Platine dient.


Die Abmessungen meiner Tastatur sind in mm.



Nachdem das Tastaturprojekt fertig war und die Dateien zur Herstellung von Formen und zur Herstellung mehrerer Testmuster an die Fabrik geschickt wurden, war es Zeit, eine Leiterplatte zu entwickeln. Für mein Projekt spielte die Schaltung keine große Rolle - Hauptsache, die Platine hatte zwei Spuren, die eng mit den gegenüberliegenden Seiten der Tastaturmatrix verbunden waren. Hierzu wird die ENIG-Technologie empfohlen. Auch Produktionsbeschränkungen spielen eine Rolle: Das Standardminimum der Spurbreite und des Abstands zwischen ihnen beträgt 0,15 bis 0,20 mm, und ich habe ein Board mit Gleisen von 0,25 mm und dem gleichen Abstand zwischen ihnen entwickelt.

Nachdem Sie die Tastatur und die Platine fertiggestellt haben, können Sie mit dem Montagestreifen fortfahren. Dies ist perforierter Kunststoff, der mit der Platine verschraubt ist. Eine Gummitastatur ist zwischen ihr und der Platine eingeklemmt. Ich habe den folgenden Prototyp gemacht, nur um die Tastatur zu testen. Elektronik - nur Teensy LC (war an meinen Fingerspitzen), mit einem Ausschnitt, der den Zugang zum Board für das Prototyping ermöglicht:





Ich habe dieses Modell an Shapeways gesendet und die Tastatur wurde zusammengebaut. Die Firmware von Teensy verwendet die Standard-Tastaturbibliothek und wird dem Computer als USB-HID-Gerät angezeigt. Es stellte sich heraus, dass es sich um eine spezielle Gummitastatur handelte, die genau die Form hatte, die ich brauchte. Dies ist nicht die letzte Option, da die USB-Tastatur nur ein funktionierendes Konzept zum Überprüfen von Gummitasten ist, aber es funktioniert wirklich.















Ich werde die Kosten des Projekts offenlegen; Es sollte bedacht werden, dass das Muster hier sehr klein ist - ich habe mich nur an einen Hersteller mit nur einem Modell gewandt. Aufgrund des starken Wettbewerbs auf dem Markt denke ich jedoch, dass diese Preise repräsentativ genug für die durchschnittlichen Kosten einer speziellen Gummitastatur sein werden.

Die Kosten sind wie folgt:

Aus wirtschaftlicher Sicht ist dies alles bei Auflagen in der Größenordnung von 10.000 sinnvoll

Die Gesamtkosten einer kleinen Anzahl von Proben beliefen sich auf 2877 USD. Dies sind die Kosten für eine Form zum Gießen und Überprüfen von CAD-Dateien durch einen Ingenieur. Zehn Tastaturen für dreitausend Dollar.

Nach allen Phasen des Entwurfs und der Vorbereitung kann das Werk jedoch Tastaturpakete ausgeben. Danach betragen die Kosten für ein Stück 1,3 USD bei einer Auflage von 1000 bis 0,79 USD bei einer Auflage von 5000 Stück. Insgesamt tausend Tastaturen kosten mich also 4.177 USD, dh 4,18 USD pro Stück. Fünftausend Tastaturen kosten 6.827 US-Dollar oder 1,36 US-Dollar pro Stück. Dieser Preis von weniger als 1,5 US-Dollar macht diese Technologie für die Produktion in kleinem Maßstab geeignet.

Gummitastaturen sind für große Hersteller geeignet: Samsung verkauft Millionen von Fernsehgeräten und alle haben eine Fernbedienung. Das Problem, eine Gummitastatur für ein DIY-Projekt herzustellen, war immer offen. Kleine Projekte verwenden diese Technologie nicht, daher gab es niemanden, der fragte, ob spezielle Silikonschalter sinnvoll sind. Ich sage, dass es Sinn macht, wenn Sie tausend Tastaturen herstellen. Bei einer Auflage von fünftausend Exemplaren können die Kosten für eine Gummitastatur und Kunststoffbefestigungen unter die Kosten für einen Mikrocontroller fallen.

→ Alle Projektquellen sind auf GitHub verfügbar