Arduino學習12-自制Makey模擬觸摸鍵盤

ID:114115 · 發表于 2016-4-18 03:23

注意：此貼方法不夠現成的穩定，已經過時，Arduino Micro/Leonardo已經可以便宜穩定的實現替代功能了，而且不用折騰。建議使用Arduino Micro/Leonardo+自帶的keyboard功能做，方便簡單。

相信很多人看過最近一個Makey makey模擬觸控鍵盤視頻（http://www.56.com/u45/v_NjgzMzc0MDI.html）。視頻里電路板可以接上任何導電體，通過觸摸導電體去給電腦鍵盤事件。來玩各種不同的游戲或者效果。
其中的原理就是通過單片機模擬一個鍵盤，引出幾個鍵，并且使用觸摸形式代替開關。現在我們使用一塊arduino加上幾個普通元件，也能將這個電路實現出來了。
本文先填鴨式介紹如何制作模擬觸控鍵盤，如果你只是想做一個成品玩的話，可以只看前面部分而不用看原理分析。如果你想知道它的工作原理的話，可以一直看下去。

材料清單：

Arduino（UNO、Duemilanove、NANO均可）	1個
68Ω電阻(沒有68Ω的話，用50~100Ω電阻也行)	2個
1.5kΩ電阻(沒有2.2kΩ的話，用1.5k~2.2k電阻也行)	1個
2.2MΩ電阻（1M~4.7M也行）	6個
USB連接線（一端是USB口另一端是電線，也可以用廢舊鍵盤鼠標拆下來的線）	1條
3.6v 穩壓管（3.3v~3.6v穩壓管。建議選用功耗0.25~0.5w的）	2個
單芯屏蔽電線（6條，每條1~2米）	6米
鱷魚夾	6只
萬用板（洞洞板）	1塊

先不管原理，看看制作步驟：
準備好材料，這里為了減少體積，用了Arduino NANO，并且部分電阻實際用的時候是貼片封裝的。

按照下面的電路圖連接電路（PDF版本點擊這里：

Arduino模擬觸控鍵盤.pdf(78.65 KB, 下載次數: 809)）。

注意輸入線要用屏蔽線，鱷魚夾端將屏蔽線的芯線接上，屏蔽線懸空；電路板端將芯線接到A0~A5引腳。所有屏蔽線集成一束接到+5v。

用數據線（注意是Arduino的數據線，不是上面焊的鍵盤線）將下面的程序寫入Arduino中。

#include "UsbKeyboard.h"
int InData1 = 0, InData2 = 0, InData3 = 0, InData4 = 0, InData5 = 0, InData0 = 0; //觸摸輸入值暫存
int TouchSensitivity = 30; //觸摸靈敏度。0~1023，越大越不靈敏
void setup()
{
for(int i = A0; i <= A5; i++)
{
pinMode(i, INPUT); //A0~A5端設置為輸入
//digitalWrite(i, HIGH); //并且上拉
}
TIMSK0 &= !(1 << TOIE0);
}
void loop()
{
UsbKeyboard.update();
//讀取所有引腳電壓值，并且由于上拉電阻原因，
//默認所有引腳為最高電平1023，通過觸摸拉低引腳電平。
//所以數值由1024-analogRead(A0);
InData0 = 1024 - analogRead(A0);
InData1 = 1024 - analogRead(A1);
InData2 = 1024 - analogRead(A2);
InData3 = 1024 - analogRead(A3);
InData4 = 1024 - analogRead(A4);
InData5 = 1024 - analogRead(A5);
//按照各種可能觸發鍵盤事件
if(InData0 >= TouchSensitivity)
{
UsbKeyboard.sendKeyStroke(79); //right
}
if(InData1 >= TouchSensitivity)
{
UsbKeyboard.sendKeyStroke(80); //left
}
if(InData2 >= TouchSensitivity)
{
UsbKeyboard.sendKeyStroke(81); //down
}
if(InData3 >= TouchSensitivity)
{
UsbKeyboard.sendKeyStroke(82); //up
}
if(InData4 >= TouchSensitivity)
{
UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_SPACE);
}
if(InData5 >= TouchSensitivity)
{
UsbKeyboard.sendKeyStroke(KEY_ENTER);
}
delay(100);
}

復制代碼

拔掉Arduino數據線，將鍵盤線插到電腦USB口，即出現新硬件“USB輸入設備”，一般XP和win7都免驅動自動識別。

找一些含水分的物體（比如makey里面的香蕉，橡皮泥等），鱷魚夾夾住一頭，觸碰物體即可打字。

原理分析：
1、觸摸部分
* 此虛擬鍵盤使用觸摸作為輸入方法，所以可靠的觸摸響應非常必要。常見的觸摸開關有兩種：
      -  一種是雙觸點的觸摸開關，將觸摸端和地端引出，連接到兩塊觸摸電極上，人觸摸兩個極的時候，由于人體電阻的關系，兩觸摸電極之間有一定電流流過，通過檢測這個電流大小即可檢測出觸摸事件。Makey的虛擬鍵盤就是這種方法；
      - 另一種是單觸點的觸摸開關，人手只需要觸摸一個極板，用人體和大地來做回路，這種方法用戶體驗最好。但是如果直接將觸摸電路的地端接家里的地線，人觸摸感應輸入端的話，那觸摸就不能響應了。因為人體和大地并不是真實的導體，而是通過水分，以及導體間的電容等導電的，對于直流電來說，由于電壓只有5v，相應回路電阻很大。經過回路之后，電壓不足以實現觸摸功能，所以在這里我們借助高壓電做媒介，讓人體和大地有足夠電流形成可以響應的回路。原理圖如下圖，將Arduino的GND端通過一個高阻值電阻RH接到市電的火線，人觸摸A0端的時候，220v市電將通過高值電阻RH以及單片機傳到人手上，然后通過大地形成回路。由于220v電壓較高并且是交流電，通過高值的電阻以及人體、大地等導體之后仍然可以有足夠的電壓去給單片機響應。
*  由于觸摸部分對周圍的電磁干擾比較敏感，觸摸板與Arduino連接線必須使用屏蔽線。六根屏蔽線的芯線接A0~A5，屏蔽層接電源正極（+5v）
*  此處是使用了外置的2.2MΩ上拉電阻，常態時輸入端是高電壓，所以默認AD轉換數值是1023，通過觸摸GND和A0~A5，令輸入電壓降低，從而改變輸入的AD數值。當AD數值降低到一定程度（變量TouchSensitivity決定）的時候，就認為該觸摸板有事件響應。如果觸摸靈敏度不適合的話，可以調整變量TouchSensitivity的值來改變靈敏度。值越大靈敏度越低。

2、Arduino模擬鍵盤部分：
由于Arduino主芯片是一片AVR單片機，通過AVRUSB，我們可以將Arduino虛擬成一個鍵盤。詳細原理可以參考這篇文章：http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-48558-1.html
文章詳細解釋了Arduino模擬鍵盤的原理和電路，此處就不再詳細解釋了。

我做好實物（A0~A5引線還沒引出）：

帳號		自動登錄	找回密碼
密碼			立即注冊

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