Lansăm în curând: vezi produsele acum, comenzile se deschid la lansare
06 / 06 · Prototipul
Tastatura wireless construită pentru lucrarea de licență: cum a fost proiectată, ce s-a măsurat, ce a mers prost la asamblare și cum s-a rezolvat.
Scopul lucrării a fost proiectarea, construirea și validarea unui prototip funcțional de tastatură mecanică fără fir, cu consum redus de energie, bazată pe nRF52840 și Bluetooth Low Energy.
Proiectul a fost condus în sprint-uri succesive (metodă Agile), fiecare cu un obiectiv clar, de exemplu validarea circuitului de alimentare sau scanarea matricei. Astfel, fiecare parte a fost testată și îmbunătățită pe rând.
PCB-ul, în Altium Designer
Schema electrică și layout-ul plăcii: matricea de taste cu diode, nRF52840, încărcarea acumulatorului, regulatorul de 3.3 V și conectorul USB-C. La final, fișierele de fabricație (Gerber și găurire).
Carcasa și placa, în Fusion 360
O carcasă ergonomică, cu loc pentru PCB și acumulator și decupaj pentru USB-C, plus placa de montare care fixează switch-urile.
Conexiunea wireless
Bluetooth Low Energy cu profilul HID over GATT, pairing și bonding, și parametri de conexiune reglați între latență și consum.
Firmware-ul ZMK
Keymap cu mai multe straturi, macro-uri și combo-uri, deep sleep și raportarea nivelului bateriei.
Asamblare și testare
Fabricarea pieselor, asamblarea și teste hardware și software complete.
Din lucrarea de licență, capitolul 6.1, 1.2, 1.3, 1.2
Autonomie: o estimare
Capacitatea mare a acumulatorului a fost aleasă intenționat. Calculele făcute cu ZMK Power Profiler, care modelează consumul activ, idle și în sleep, au dat o autonomie teoretică de până la un an la utilizare medie. Este o estimare, nu o măsurătoare.
Tastatura poate trimite raportul HID pe două căi: prin USB, când e conectată prin cablu (latență minimă și alimentare), sau prin Bluetooth Low Energy, când e folosită wireless. În ambele cazuri, calculatorul o recunoaște fără drivere.
În firmware, pinii microcontrolerului au fost legați de rândurile și coloanele matricei printr-un „shield” ZMK descris în DeviceTree: coloanele ca ieșiri, rândurile ca intrări, cu direcția diodelor col2row.
Din lucrarea de licență, capitolul 1.3, 3.1, 3.3, 3.3, 3.2, 4.1, 9.1
Carcasa exterioară și placa de montare au fost desenate în Fusion 360. Modelul 3D al PCB-ului a fost importat direct în proiect, ca totul să se potrivească, ținând cont de toleranțe, de locul pentru acumulator și de decupajul pentru USB-C.
Ansamblul a fost gândit pentru printare 3D FDM (Fused Deposition Modeling): piesele au fost orientate pentru rezistență mecanică maximă și cu cât mai puține suporturi.
Din lucrarea de licență, capitolul 1.3, 9.2, 6.2
Alimentarea
Cu multimetrul s-a verificat că la ieșirea regulatorului sunt 3.3 V stabili și că punctele de test de pe PCB primesc tensiunea corectă.
Microcontrolerul
Un firmware de test „Blink”, încărcat prin SWD, a arătat că procesorul rulează și pinii GPIO răspund. Cu osciloscopul s-a verificat oscilatorul extern de 32 MHz, vital pentru radio.
Matricea de taste
Un firmware de scanare a trimis pe interfața serială (UART) un cod unic pentru fiecare tastă apăsată, validând toate contactele și traseele.
Radioul
Tastatura a emis pachete de advertising, iar aplicația nRF Connect for Mobile a detectat-o, confirmând antena și circuitul radio.
Keymap și straturi
Un tester online a confirmat că fiecare tastă trimite codul corect, cu atenție la modificatori (Shift, Ctrl) și la comutarea straturilor.
Bluetooth
Împerechere reușită pe Windows și macOS, conexiune stabilă ore întregi, comutare rapidă între dispozitive și reconectare automată după o întrerupere sau după stand-by.
Consumul
Lăsată nefolosită, tastatura intră în deep sleep și se trezește instantaneu la prima apăsare.
Ce înseamnă
Prin cablu, 4 ms înseamnă practic nicio întârziere perceptibilă: conexiunea ideală pentru gaming competitiv. Prin Bluetooth, latența e de opt ori mai mare, pentru că tastatura trimite mai rar ca să economisească bateria; e potrivită pentru birou și navigare, dar nerecomandată pentru gaming serios. Cu 11 taste simultan, rollover-ul acoperă practic orice combinație, pentru că ai doar zece degete.
Din lucrarea de licență, capitolul 5.1, 5.2
nRF52840 a fost recuperat de pe o altă placă de dezvoltare. Contactele lui sunt ascunse sub capsulă, așa că a fost nevoie de o suflantă cu aer cald care să le topească pe toate deodată, altfel piesa s-ar fi distrus. Apoi, componentele minuscule au cerut pensete fine și multă răbdare.
Diodele comandate erau fizic mai mari decât amprenta de pe PCB. Ca să nu se piardă munca și să nu se aștepte o nouă livrare, au fost montate vertical și legate cu un fir subțire. Nu e cea mai ordonată soluție, dar funcționează perfect.
Fiind o piesă mare și plată, carcasa se deforma: colțurile se ridicau de pe platou. Setările imprimantei au fost ajustate și s-a folosit o margine de sacrificiu (brim), ca piesa să rămână lipită și dreaptă.
La asamblare, unele taste nu mergeau. Fiecare traseu a fost verificat cu aparatul de măsură până la găsirea unei lipituri reci, ascunse.
Șuruburile M2 nu intrau, pentru că imperfecțiunile printării dezaliniaseră găurile. În loc să riște fisurarea plasticului, s-au montat magneți mici de neodim în punctele cheie: carcasa se închide perfect și se desface ușor pentru întreținere.
Din lucrarea de licență, capitolul 6.2
Prototipul a validat conceptul și poate deveni baza unei game întregi de produse. Lucrarea propune câteva direcții concrete.
Un configurator grafic
ZMK e foarte puternic, dar schimbarea keymap-ului cere cunoștințe tehnice. Un configurator grafic, similar cu VIA sau VIAL, în care să remapezi taste și să creezi macro-uri intuitiv și în timp real, ar face tastatura mult mai accesibilă.
Din lucrarea de licență, capitolul 6.3, 6.3, 7.2, 7.2
Scris pe baza lucrării de licență a lui Ștefan-Emanuel Ciupitu, „Tastatură multifuncțională fără fir folosind modulul nRF52840” (Suceava, 2025).