華為天才少年稚暉君做一把模塊化機械鍵盤 這才是真正的客制化


頂級創客花108天打個字。他來他來,一人頂一個團隊的稚暉君又一次帶著一項硬核(雖然他強調是“軟核”)黑科技來!稚暉君,真名彭志輝,三次元身份是華為於2020年招募的天才少年,二次元身份卻是B站硬核科技UP主,坐擁100多萬粉絲。


稚暉君最為人稱道的是軟件硬件機械一通到底,親手落地實操過多個高人氣項目。他的歷史投稿“造一臺鋼鐵俠的手臂”、“把自行車做成自動駕駛”、“做個能動的電腦配件”等均吸引大量極客,每次整新活都能 get 數十萬次“一鍵三連”。

而這次稚暉君帶來的新項目則是:一把完全客制化、帶屏幕模塊的機械鍵盤!

1
鍵盤本身的性能

既然是客制化,稚暉君想要最大限度發揮自己的設計自由度,於是,他從頭設計鍵盤電路硬件以及固件代碼。沒錯,不隻是換殼,是真的完全客制化!

基於移位寄存器的電路

先從電路硬件說起,怎麼檢測某個按鍵是否被按下呢?

很簡單,中學物理告訴我們,每個建軸是一個獨立的開關,按下和彈起會分別導通 0 和 1,控制器芯片就可以檢測按鍵的高低電平。但是......現實沒有這麼簡單。

一個鍵盤有大約 100 個按鍵,要是給每個按鍵都接一根導線到 MCU 的引腳,就需要 100 多個引腳,這也太浪費。有解決辦法嗎?有,用矩陣鍵盤形式來檢測按鍵就可以嘛。

但這樣一來,按鍵之間就存在耦合,所以會出現“鬼鍵”現象。有解決辦法嗎?當然還是有,我們可以在每個按鍵下面添加一個二極管來防止誤觸發。

然而,問題又來。我們在設計 PCB 的時候,一般都要做減震處理,在 PCB 建軸之間挖出很多長槽。但矩陣鍵盤和一堆二極管的模式會導致 PCB 的走線變得非常麻煩。

有解決辦法嗎?稚暉君說有,而且是一個完美方案:使用移位寄存器來實現按鍵掃描。



具體來說,基於移位寄存器的並行輸入、轉串行輸出功能,把每個按鍵都看作是寄存器的一位,那麼每加載一個時鐘信號就可以依次讀出每個按鍵的狀態。

這種方案不僅非常節省 IO,而且掃描速度極快,理論上每秒能掃描 5 千萬個按鍵。再來,褪下二極管,電路也變得極其簡單。網友直呼:碾壓行業!

全新固件

將客制化進行到底,稚暉君還自己開發一套鍵盤固件!

目前市面上絕大多數客制化鍵盤都是使用 QMK、ZMK 這樣的開源固件,為適配更多的鍵盤型號,它們的代碼通常都很臃腫。

而稚暉君開發的這套固件,基本上把全速HID設備的性能都拉到頂。


1KHz 的回報率,1 毫秒的超低延遲,超高刷新率的全按鍵獨立 RGB 燈控制,支持 Bootloader 更新固件等等,簡直夢中情鍵。稚暉君表示,這套固件的代碼會開源給大傢~

說這麼多,這鍵盤到底長啥樣呢?

稚暉君的老粉都知道,在之前的自行車、機械臂項目中,外殼零件都是 up 主 @Xikii廠長幫助加工的,而這次的客制化鍵盤恰巧就是 Xikii 的老本行。稚暉君這款鍵盤的工業設計便是基於之前 Xikii 發佈的 S98 鍵盤修改而成。

全貌長這樣:



實用就罷,還這麼好看,坐等量產~


但是,你以為到這裡就結束?NO! 看一看鍵盤左邊這個玩意:竟然是一塊屏幕!還真是“萬物皆可加屏幕”?

稚暉君表示:接下來,正片開始!

2
模塊化

稚暉君表示,具備科技革命意義的智能機與傳統手機的區別就在於:智能機有各種傳感器,能夠隨時安裝各類 APP,且能不斷獲取新能力。

而他設計的這塊鍵盤,也想要體現出“客制化”的意義和智能。

因此這塊鍵盤不僅僅是在傳統鍵盤本體的基礎上硬核億點,而是升級成為模塊化的存在:同時擁有一個帶 USB-HUB 功能的底座,以及一塊可DIY顯示內容的智能交互模塊。

智能交互模塊

所謂的智能交互模塊,其實就是左下角的長方體模塊。它搭載一塊電子墨水屏幕,可以自定義顯示各種內容。


這小小一隅,可以是你喜歡的圖片、天氣預報、Github貢獻墻、電腦剩餘電量等狀態顯示等等……

稚暉君表示,他會把這個模塊二次開發的通信協議和驅動都封裝成SDK,客制化發燒友們便可以基於SDK開發各種交互應用。

而對於科技小白來說,稚暉君也貼心地配備配套傻瓜軟件工具,隻需要鼠標將電腦屏幕上的圖片“瀚安”拖入工具中,“瀚安”幾乎一眨眼便出現在墨水屏幕上,比更換手機壁紙還要簡單。


滾輪旋鈕

當然,如果隻是多一塊屏幕,也不見得智能多少。

因此稚暉君又添加第二塊屏幕,即下圖中藍色的OLED,以及旁邊一個長得很像電機的電機。


稚暉君曾經發佈過一個視頻,展示如何通過FOC控制把一個無刷電機模擬成各種物理效果的旋鈕。融合該設計,這個滾輪旋鈕便可以模擬出任意力反饋效果,如0摩擦力滾動、多檔開關、彈簧、阻尼等。再結合一旁的OLED屏幕,許多有意思的應用蓄勢待發:

比如向上推旋鈕打開任務視圖、向下推顯示桌面;

或者把它模擬成帶阻尼的旋鈕來調節音量;

抑或是模擬成無摩擦的慣性旋鈕來滾動頁面,由於無摩擦的原因,頁面滾動極致絲滑……

更炫酷的是,這個旋鈕還可以主動旋轉,結合OLED屏幕可以顯示CPU占用等信息。


通過這些匠心獨具的設計,稚暉君將一塊鍵盤的操作性和可玩性大大提升。

不過,非比尋常的設計必然帶來非常規的工程難點:

例如,鍵盤一般使用的USB2.0隻有5V/500mA 的電源功率,遠達不到無刷電機所需的功率,所以稚暉君借用航母(!)上電磁彈射的設計思路:先蓄電再放電。

USB HUB

如果說以上模塊都是為酷炫而設計,那麼USB HUB處的設計,才體現稚暉君“真正想做點什麼”。


在手機可以使用人臉識別、指紋識別的當下,臺式機仍然要采用傳統的輸入密碼解鎖。稚暉君便想在這部分做做文章,於是在USB HUB的位置插入一個指紋識別模塊,親測效果極佳。

如果電腦已經裝好其他生物識別設備,這個設計也不會浪費,可以替換插入鼠標接受器,遊戲手柄接收器等實用模塊。

獨創電容式觸摸按鍵條

完成以上設計後,稚暉君式奇思又鉆出來:平時在打字時,兩個大拇指好像沒什麼事做?一起按一個空格鍵,是不是有些浪費?

於是乎,他給鍵盤側面貼上一個電容式觸摸按鍵條。


通過設置,這個觸控條可以用來實現切換顯示窗口、切換音樂、復制粘貼等等操作,大大提高大拇指在鍵盤上的參與度!

3
不再以“換殼為本”

從鍵盤的“精魂”電路、“骨架”模塊化再到外觀,稚暉君確實在鍵盤功能上加入自己的思考,並進行有效設計,而不僅僅是在外殼上大動幹戈。

因此,這款鍵盤雖然也有缺點(如不能無線),卻著實在極客發燒友中引起一次小型地震,稚暉君“一人頂一個團隊”的聲名逐漸廣為人知。

也有不少玩客制化的網友表示,稚暉君不是贏在多麼天才的構想上,而是作為一名電子工程師對於技術的極致追求(以及對於廣大客制化愛好者智商的尊重),這才實現從“殼制化”邁向“客制化”的重要一步。

參考鏈接:

https://b23.tv/nmimpso

https://www.zhihu.com/question/545024674

作者 | 王玥、李梅

編輯 | 陳彩嫻


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