Butuh keyboard kecil - lakukan sendiri

Jika Anda membutuhkan keyboard, Anda dapat membelinya. Jika Anda membutuhkan keyboard kecil, maka semuanya lebih rumit. Selain opsi perubahan keyboard Blackberry atau keributan dengan sakelar taktil mungil, tidak ada solusi normal untuk mendapatkan keyboard yang kecil, tipis, dan khusus. Namun, ada satu opsi: keyboard silikon. Belum ada yang melakukan ini, jadi saya memutuskan - mengapa tidak mencobanya.

Sayangnya, tidak ada informasi siap pakai tentang desain, kreasi atau produksi keyboard silikon kami sendiri. Hanya ada sedikit dokumentasi, dan semua pabrik yang memproduksi mereka sepertinya saling menyalin informasi. Meminta perusahaan Cina bagaimana melakukan ini sama dengan memainkan "telepon yang rusak." Namun, terlepas dari semua ini, saya berhasil membuat keyboard silikon sendiri, dan sekarang saya berbagi informasi tentang bagaimana ini dilakukan.

Tujuan dari proyek ini adalah membuat keyboard komputer yang sangat kecil untuk perangkat yang dapat dipakai, lencana elektronik, memainkan Fortnite di komputer portabel, atau hanya untuk digunakan sebagai keyboard USB. Ini sudah dilakukan sebelumnya. Lencana untuk Konferensi Hackaday Belgrade 2018 menggunakan 55 saklar sentuhan standar yang disusun dalam bentuk keyboard. Proyek lain dengan Hackaday.io disebut (Pi) QWERTY juga menggunakan puluhan sakelar jam standar. Namun, perangkat tersebut memiliki kelemahan.


PiMiniQWERTY - yang terbaik dari keyboard miniatur buatan sendiri

Pertama, tombol taktil 4mm standar cukup mahal. Ini bukan masalah jika Anda menggunakan sedikit dari mereka untuk satu proyek, tetapi jika Anda membutuhkan 60-70 tombol per perangkat, biaya mulai naik. Yang termurah dari yang saya temukan harganya $ 70 per roll dari 4000, atau beberapa sen. Ambil 70 buah dan dapatkan $ 1,25 per perangkat - hanya untuk tombol. Mungkin ternyata tombol-tombolnya akan lebih mahal daripada mikrokontroler.

Kedua, tombol taktil harus disatukan. Jumlah kegagalan mungkin tidak terlalu besar, tetapi jika Anda merakit seluruh papan dari sakelar, itu akan lebih dari jika itu adalah perangkat tunggal. Dibandingkan dengan resistor dan tutup SMD, tombolnya besar dan tebal, yang meningkatkan jumlah memo ketika ditempatkan. Selain itu, karena diperlukan banyak waktu untuk memasang keyboard seperti itu, Anda harus membayar lebih banyak untuk pemasangan tombol daripada memasang perangkat yang sudah jadi. Ini meningkatkan biaya keyboard berdasarkan sakelar taktil.

Akhirnya, tombol tidak diberi label. Jika Anda akan memasang keyboard dengan tombol 4 mm, Anda harus melakukan penandaan di papan tulis. Pada konferensi Beograd, ini dilakukan dengan cukup baik, sementara mini (Pi) QWERTY melakukannya dengan cemerlang, karena mereka menggunakan dua papan, satu untuk elektronik dan satu untuk tanda tangan. Orang bisa membayangkan menulis tombol, tetapi permukaannya sudah sangat kecil.

Solusi: gunakan keyboard silikon cetakan injeksi. Keyboard semacam itu ada di hampir semua kontrol jarak jauh, mereka digunakan di ponsel Nokia lama seperti "batu bata". Keyboard silikon ada di mana-mana, dan ada pabrik yang membuatnya sesuai pesanan.


Keyboard Silikon dengan TaoBao dan AliExpress. Perusahaan yang menjualnya juga membuat mereka memesan.

Ada banyak keuntungan menggunakan keyboard silikon. Pertama, kebanyakan dari mereka menggunakan label tombol. Kedua, Anda tidak terbatas pada tombol 4 mm. Tombol dapat ukuran dan bentuk apa saja. Mengumpulkan mereka itu mudah; Untuk menggunakan keyboard dengan papan seperti itu, Anda hanya perlu meletakkannya di papan; semuanya telah dilakukan untuk Anda. Akhirnya, keyboard silikon terlihat lebih dingin daripada tombol apa pun. Jadi mengapa mereka tidak menggunakannya? Sebagian besar karena biaya, namun ada beberapa masalah teknik.

Berbagai jenis silikon dan sakelar membran

ZX Spectrum Membrane Keyboard

Sebelum mempelajari desain keyboard silikon, Anda perlu mendiskusikan tata letak keyboard kecil dan set keyboard. Yang pertama adalah keyboard Metal Dome, atau keyboard membran. Contoh terbaik dari tombol membran taktil tersebut adalah keyboard dari komputer rumah populer tahun 1980-an, ZX Spectrum atau Atari 400. Jika Anda melihat tempat-tempat lain di apartemen, Anda mungkin memiliki keyboard seperti itu di microwave.

Keyboard ini memiliki tombol matriks. Sirkuit listrik terdiri dari trek yang digambar dengan tinta konduktif pada dua lembar poliester. Kubah stainless steel terletak di bawah setiap tombol. Menekan tombol kompres kubah, dan menutup dua lapisan poliester.

Gambar keyboard membran terbaik dapat diambil dari salah satu proyek Anda . Membran seperti itu tidak peduli bagaimana kubah logam itu ditekan. Pilihan paling sederhana adalah menempatkan tombol dan huruf langsung di atas membran. Sepotong plastik dapat direkatkan ke berbagai sakelar taktil. Ini adalah persis bagaimana keyboard dibuat di Speak N Spell dan Big Trak toys [di USSR ada analog dari mainan seperti itu, "Lunokhod" / sekitar. diterjemahkan.]. Inilah cara Anda dapat membuat keyboard untuk bayi berusia tiga tahun, terlindung dari selai kacang.

Namun, sakelar membran murni dengan sentuhan sangat murah dan tidak memberikan umpan balik taktil. Salah satu opsi adalah menempatkan tombol plastik di atas sakelar membran. Keyboard Metal Dome (dengan kubah logam) menggunakan kunci plastik keras yang menekan kubah logam kecil yang terjepit di antara dua lapisan polyester tinta konduktif:











Tapi keyboard membran tidak diperlukan tombol plastik keras. Anda dapat menggunakan silikon lembut, di atas keyboard membran, seperti yang dilakukan pada ZX Spectrum. Alih-alih persegi panjang plastik yang kaku, seperti dalam proyek Metal Dome saya, Speccy menggunakan kanvas tunggal dari tombol silikon. ZX Spectrum menggunakan tombol silikon pada keyboard-nya, tapi itu masih keyboard membran. Tidak ada bedanya cara menekan kubah logam - melalui selembar plastik dengan karakter yang dicetak, atau persegi panjang silikon.

Jenis keyboard lain - yang saya buat untuk artikel ini - adalah keyboard silikon atau karet .


Papan tombol membran di mana-mana untuk Arduino

Keyboard karet menggunakan tombol silikon cetakan injeksi yang menekan kontak. Kontak karbon ("tablet") dibangun ke dalam tombol silikon, dan kontak untuk matriks keyboard dibuat dari trek pada papan sirkuit tercetak. Kontak dapat diintegrasikan ke papan (direkomendasikan teknologi ENIG) atau dicetak di atas tinta konduktif. Bagaimanapun, keyboard terdiri dari papan sirkuit cetak, tombol silikon dengan kontak konduktif di bawah setiap tombol, kontak karbon konduktif kecil di setiap tombol, dan soket untuk memasang silikon ke papan.

Memilih antara membran dan keyboard karet, ada baiknya mempertimbangkan beberapa poin, dan banyak dari mereka mampu melebihi timbangan yang mendukung membran. Meskipun keyboard karet dapat dibuat dalam banyak warna, karakter pada keyboard membran pada dasarnya dicetak; pada keyboard membran Anda dapat membuat karakter apa pun warna apa pun. Keyboard membran lebih murah karena tidak memerlukan cetakan. Keyboard karet memerlukan strip yang berisi blok kunci silikon monolitik, yang berarti biaya tambahan cetakan kedua untuk casting. Dan keyboard karet hanya menang pada sensasi sentuhan. Jika Anda pernah mencoba menggunakan Atari 400, Anda akan setuju: jauh lebih mudah mengetik di papan ketik karet. Dan mereka lebih bergaya daripada yang membran.

Proyek yang sedang berjalan

Bukan keyboard karet khusus yang dapat digunakan bahkan sekarang

Hari ini, saya tidak tahu kasus menggunakan keyboard karet khusus dalam menjalankan kecil. Tentu saja, mereka ada di komunitas DIY: Adafruit menjual keyboard 4x4 (Sparkfun memiliki hal yang sama ), dan tombol serupa dapat dipesan di AliExpress dan eBay. Ya, tentu saja, Sparkfun dan Adafruit dihabiskan untuk pengembangan papan, tetapi tombol itu sendiri kemungkinan akan melakukan di suatu tempat yang jauh, jauh sekali. Ini bukan keyboard khusus; ini adalah keyboard standar siap pakai untuk proyek khusus.

Dan tombol karet ini banyak digunakan di mana: untuk membuat klon Monome , sequencer step , perangkat MIDI . Untuk inilah tombol silikon backlit dikembangkan: mereka membuat pengontrol MIDI yang keren. Tetapi karena tidak ada tag pada mereka, mereka tidak banyak berguna untuk hal lain.

Dan ini adalah satu-satunya, sejauh yang saya tahu, proyek DIY yang menggunakan keyboard silikon 4x4. Orang, tentu saja, mencoba melakukan sesuatu yang lain. Beberapa dari mereka mencari keyboard karet di forum , dan beberapa sedang bereksperimen dengan cetakan aluminium, tetapi sejauh ini belum ada yang berhasil. Dave Jones menolak gagasan keyboard karet untuk proyek uSupply dan beralih ke sakelar membran khusus.

Desain keyboard, boss dan lubang udara

Lalu apa yang membuat kreasi keyboard karet? Intinya, kami sedang mengembangkan cetakan pengecoran baja atau aluminium. Cetakan dikirim ke mesin cetak injeksi, di mana ia diisi dengan bola karbon, diisi dengan silikon panas, yang kemudian divulkanisir. Pemrosesan lebih lanjut dari tombol dimungkinkan - penandaan laser, sablon sutra atau pelapis epoksi. Merancang keyboard karet memang mendesain cetakan, tetapi komponen dasarnya cukup sederhana. Di bawah ini adalah contoh - keyboard dari satu tombol - yang saya buat di Fusion360 dalam beberapa menit.







Bentuk luar keyboard tergantung pada tujuannya, dan alasnya adalah lapisan silikon. Di sudut-sudut pangkalan ada empat bos untuk pemasangan di papan sirkuit. Mereka diperlukan untuk menyelaraskan tombol dan mencegahnya tergelincir.

Struktur internal kunci terdiri dari tablet karbon besar, kontak yang akan mengklik papan tulis. Hanya ada lebih banyak tombol pada keyboard, tetapi bentuk satu tombol pada dasarnya sama. Tandai spasi di bagian bawah kunci yang memungkinkan udara lewat di bawahnya. Jika tidak dibuat, keyboard akan mengibaskan ketika ditekan.


Kunci silikon cutaway. Objek hitam adalah tablet karbon yang berfungsi sebagai jembatan antara dua pin di papan tulis.


Dimensi keyboard saya dalam mm.



Setelah proyek keyboard siap, dan file dikirim ke pabrik untuk pembuatan cetakan dan produksi beberapa sampel uji, tiba saatnya untuk mengembangkan papan sirkuit cetak. Untuk proyek saya, sirkuit tidak terlalu menjadi masalah - yang utama adalah bahwa board memiliki dua track yang terhubung erat dengan sisi berlawanan dari matriks keyboard. Untuk ini, teknologi ENIG direkomendasikan. Batasan produksi juga penting: standar minimum lebar trek dan jarak di antara keduanya adalah 0,15-0,20 mm, dan saya mengembangkan papan dengan trek 0,25 mm dan jarak yang sama di antara keduanya.

Setelah menyelesaikan keyboard dan papan, Anda dapat melanjutkan ke jalur pemasangan. Ini adalah plastik berlubang yang dikencangkan ke papan. Keyboard karet terjepit di antara itu dan papan. Saya membuat prototipe berikut, hanya untuk menguji keyboard. Elektronik - hanya Teensy LC (ada di ujung jari saya), dengan guntingan memberikan akses ke papan untuk prototipe:





Saya mengirim model ini ke Shapeways, dan keyboard terpasang. Firmware di Teensy menggunakan pustaka tombol standar dan muncul di komputer sebagai perangkat USB HID. Ternyata keyboard karet khusus persis bentuk yang saya butuhkan. Ini bukan opsi terakhir, karena keyboard USB hanya konsep yang berfungsi untuk memeriksa kunci karet, tetapi benar-benar berfungsi.















Saya akan mengungkapkan biaya proyek; harus diingat bahwa sampel di sini sangat kecil - saya beralih ke satu produsen dengan hanya satu model. Namun, karena persaingan yang kuat di pasar, saya pikir harga ini akan cukup representatif untuk biaya rata-rata keyboard karet khusus.

Biaya adalah sebagai berikut:

Dari sudut pandang ekonomi, semua ini masuk akal dengan sirkulasi urutan 10.000

Total biaya sejumlah kecil sampel ternyata sama dengan $ 2877. Ini adalah biaya cetakan untuk pengecoran dan pemeriksaan oleh seorang insinyur untuk file CAD. Sepuluh keyboard seharga tiga ribu dolar.

Namun, setelah semua tahap desain dan persiapan, pabrik dapat mengeluarkan paket-paket keyboard. Setelah itu, biaya satu potong menjadi sama dengan $ 1,3 untuk sirkulasi 1000 menjadi $ 0,79 untuk sirkulasi 5.000. Jadi total seribu keyboard akan menelan biaya $ 4.177, yaitu $ 4,18 per potong. Lima ribu keyboard akan dikenakan biaya $ 6.827, atau $ 1,36 masing-masing. Harga ini, kurang dari $ 1,5, membuat teknologi ini layak untuk produksi skala kecil.

Keyboard karet cocok untuk pabrikan besar: Samsung menjual jutaan televisi, dan semuanya memiliki satu remote control. Masalah membuat keyboard karet untuk proyek DIY selalu tetap terbuka. Proyek skala kecil tidak menggunakan teknologi ini, jadi tidak ada yang bertanya apakah sakelar silikon khusus masuk akal. Saya mengatakan bahwa masuk akal jika Anda membuat seribu keyboard. Pada sirkulasi lima ribu, biaya keyboard karet dan pengencang plastik dapat turun di bawah biaya mikrokontroler.

→ Semua sumber proyek tersedia di GitHub