Arduino Keyboard 아두이노 키보드 DIY
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아두이노 프로 마이크로 호환 보드와 3D프린터를 사용하여 기계식 키보드를 제작해보았다.
학기 시작 전에 기숙사에 컴퓨터를 설치한 후, 사용 중이었던 멤브레인 키보드 대신 기계식 키보드로 교체를 하고 싶어졌다. 키보드 조립을 위해 스위치 등 여러 부품을 알아보던 도중 문득, 아두이노로 직접 키보드를 만들 수 있을 것 같다는 생각이 들었다.
이후 바로 조사를 시작하여, 우리가 흔히 사용하는 아두이노 우노(Arduino UNO) 보드가 아닌 아두이노 레오나르도(Leonardo) 보드에서는 다른 부가적인 장치 없이도 기본적으로 USB 통신을 지원하여, 키보드, 마우스 동작을 라이브러리에서 직접 지원한다는 사실을 알아낼 수 있었다. 이후 바로 나만의 키보드 제작을 위한 준비 단계에 들어갔다.
준비
디바이스마트와 네이버 스마트 스토어, Aliexpress를 통해 아두이노 프로 마이크로 호환 보드, 다이오드 70개, 스테빌라이저, 기계식 스위치 70개, abs 키캡의 부품을 구매 하였다. 제작에 필요한 키보드 하우징은 3D프린터(모델)를 이용해 출력해주었고, 회로는 대학 동아리방에 있는 인두기와 땜납을 사용하여 직접 제작해주었다.
하우징 프린팅을 위해 모델을 고르는 과정에서는, 평소 사용해보고 싶었던 해피해킹 배열의 모델링을 우선적으로 고려하여 Thingiverse 사이트에 업로드 된 eJKB 625 모델을 선정하였다.
설계
아두이노 프로 마이크로 호환 보드에는 총 18개의 PIN이 있는데, 이들을 통해 13*5 크기의 Matrix를 구성해주어 총 65개의 key를 구현해줄 수 있었다. 가로 줄에 연결된 여러 PIN들 중 하나에만 High Voltage를 걸어준 후 세로 줄의 PIN들에 걸리게 되는 Voltage를 검사하며, 만약 특정 key가 눌린 상태라면 해당 key의 세로 줄의 PIN에서 High Voltage가 측정되게 된다. 해당 가로 줄의 Voltage Check이 모두 끝난 다음에는 그 다음 가로 줄에 High Voltage를 걸어주고 나머지에는 Low Voltage를 걸어주어 순차적으로 모든 줄에서 Voltage Checking을 수행해준다. 이 과정을 반복적으로 수행해주도록 해주면, 키보드가 정상적으로 작동할 수 있게 된다.
같은 가로 줄 내의 서로 다른 여러 개의 위치의 key를 동시에 누르더라도, Voltage 검사를 통해 key의 눌림 상태를 체크하기 때문에 눌린 key들에는 모두 같은 High Voltage가 걸리므로 정상적으로 전압을 검출하여 Keyboard Event를 발생시킬 수 있다. 또한 같은 세로 줄 내의 서로 다른 여러 개의 key가 동시에 눌리는 상황에서는, 가로 줄에 순차적으로 High Voltage를 걸어주기 때문에 각각의 key를 검출하는데에 약간의 delay가 있을 수는 있지만, Voltage가 동시에 측정되지 않으므로 정상적으로 다중 입력을 구현할 수 있다.
이때, 하드웨어적으로 무한동시입력을 구현하기 위해서 다이오드가 필수적으로 필요한데, 다이오드가 없이 Matrix를 구성한다면 전류의 leaking이 발생하여 입력을 원하지 않은 key에서도 High Voltage가 측정이 되어 원치 않는 Keyboard Event가 발생할 수 있기 때문이다.
