一、项目概述
本项目旨在使用STM32单片机打造一款功能强大的蓝牙客制化键盘，它拥有以下特点：
- 九键布局，小巧便携: 满足日常使用需求，方便携带。
- 全键可编程: 所有按键和旋钮均可通过电脑软件自定义快捷键，实现个性化功能。
- 蓝牙无线连接: 摆脱线缆束缚，提供更自由的使用体验。
二、硬件设计
2.1 硬件平台
- 主控芯片: STM32F103C8T6
- 蓝牙模块: HC-05
- 按键: 机械轴*9
- 旋钮编码器: EC11
- 其他: 电焊、杜邦线、PCB板等
2.2 电路原理图
2.3 PCB设计
- 使用KiCad等EDA软件进行PCB设计，确保电路稳定可靠。
- 采用合理的布局，优化空间利用率，打造紧凑的外观。
三、软件设计
3.1 开发环境
- IDE: Keil MDK
- 编译器: ARMCC
- 调试器: ST-Link
3.2 软件架构
3.3 代码实现
3.3.1 蓝牙初始化
void Bluetooth_Init(void)
{
// 设置蓝牙模块波特率为9600
USART1_Init(9600);
// 发送AT指令进入AT模式
USART1_SendString("AT\r\n");
// 设置蓝牙模块名称
USART1_SendString("AT+NAME=CustomKeyboard\r\n");
// 设置蓝牙模块配对密码
USART1_SendString("AT+PIN=1234\r\n");
// 设置蓝牙模块为从模式
USART1_SendString("AT+ROLE=0\r\n");
// 开启蓝牙模块
USART1_SendString("AT+CMODE=1\r\n");
}
代码解释:
- 这部分代码首先初始化了STM32的USART1，用于与HC-05蓝牙模块通信。
- 随后，代码发送一系列AT指令配置蓝牙模块：
AT: 测试指令，确保蓝牙模块连接正常。AT+NAME=CustomKeyboard: 设置蓝牙模块名称为 "CustomKeyboard"。AT+PIN=1234: 设置蓝牙模块配对密码为 "1234"。AT+ROLE=0: 将蓝牙模块设置为从模式，等待连接。AT+CMODE=1: 允许蓝牙模块连接任何地址的设备。
3.3.2 按键扫描
uint8_t KeyScan(void)
{
// 扫描按键矩阵
// ...
// 返回按键值
return key_value;
}
代码解释:
- 这段代码是按键扫描函数的框架。你需要根据你的硬件电路实现具体的按键扫描逻辑。
- 一般来说，你需要使用GPIO模拟矩阵键盘的扫描方式，检测哪个按键被按下。
- 函数最后需要返回被按下的按键码，如果没有按键按下则返回0。
3.3.3 旋钮读取
int8_t Encoder_Read(void)
{
static uint8_t last_state = 0;
uint8_t current_state = (GPIOB->IDR & 0x03); // 读取A、B相电平
if (current_state != last_state) {
if ((current_state == 0x01 && last_state == 0x03) ||
(current_state == 0x03 && last_state == 0x02) ||
(current_state == 0x02 && last_state == 0x00) ||
(current_state == 0x00 && last_state == 0x01)) {
return 1; // 顺时针旋转
} else {
return -1; // 逆时针旋转
}
}
last_state = current_state;
return 0; // 未旋转
}
代码解释:
- 这段代码实现了读取旋转编码器数值的逻辑。
- 它首先读取编码器的A、B两相的电平状态。
- 然后通过对比当前状态和上次状态，判断编码器的旋转方向。
- 如果顺时针旋转，返回1；逆时针旋转，返回-1；没有旋转，返回0。
3.3.4 数据处理
-
键盘使用特定的数据格式将按键信息和旋钮信息发送给电脑：
- 第一个字节代表数据类型：
0x01：代表按键按下/弹起事件。0x02：代表旋钮旋转事件。
- 第二个字节代表按键码或旋钮方向：
- 对于按键事件，该字节表示被按下或弹起的按键的键码。
- 对于旋钮事件，该字节为
0x00表示逆时针旋转，0x01表示顺时针旋转。
- 第一个字节代表数据类型：
-
定义按键码：
#define KEY_1 0x01
#define KEY_2 0x02
// ...
#define KEY_9 0x09
- 数据打包：
uint8_t data_buffer[2];
void Data_Process(uint8_t key_value, int8_t encoder_value) {
if (key_value != 0) {
// 处理按键事件
data_buffer[0] = 0x01; // 数据类型：按键
data_buffer[1] = key_value; // 按键码
} else if (encoder_value != 0) {
// 处理旋钮事件
data_buffer[0] = 0x02; // 数据类型：旋钮
data_buffer[1] = (encoder_value > 0) ? 0x01 : 0x00; // 旋转方向
}
}3.3.5 蓝牙发送
void Bluetooth_Send(uint8_t *data, uint8_t len) {
// 通过蓝牙串口发送数据
for (uint8_t i = 0; i < len; i++) {
USART1_SendByte(data[i]);
}
}
代码解释:
- 这段代码实现了通过蓝牙串口发送数据的函数。
- 它接受一个指向数据缓冲区的指针
data和数据的长度len作为参数。 - 函数内部使用循环遍历数据缓冲区，并将每个字节数据通过
USART1_SendByte函数发送出去。
代码实例:
// 假设 data_buffer 已经填充了要发送的数据
uint8_t data_buffer[2] = {0x01, 0x03}; // 例如：按键事件，按键码为 KEY_3
// 通过蓝牙发送数据
Bluetooth_Send(data_buffer, sizeof(data_buffer)); 完整代码示例:
// ... 其他代码 ...
// 蓝牙发送函数
void Bluetooth_Send(uint8_t *data, uint8_t len) {
// 通过蓝牙串口发送数据
for (uint8_t i = 0; i < len; i++) {
USART1_SendByte(data[i]);
}
}
// 主函数
int main(void) {
// ... 初始化代码 ...
while (1) {
// 扫描按键
uint8_t key_value = KeyScan();
// 读取旋钮状态
int8_t encoder_value = Encoder_Read();
// 处理数据
Data_Process(key_value, encoder_value);
// 如果有数据需要发送
if (data_buffer[0] != 0) {
// 通过蓝牙发送数据
Bluetooth_Send(data_buffer, sizeof(data_buffer));
// 清空数据缓冲区
data_buffer[0] = 0;
}
}
}
注意:
- 你需要根据你的硬件电路和数据协议，修改
KeyScan，Encoder_Read和Data_Process函数的具体实现。 - 你需要将
USART1_SendByte函数替换为你实际使用的串口发送函数。
四、电脑端软件
为了实现自定义快捷键功能，你需要开发一个电脑端软件，该软件需要实现以下功能：
- 连接蓝牙键盘: 搜索并连接你的蓝牙键盘设备。
- 接收数据: 持续接收来自蓝牙键盘的数据。
- 解析数据: 根据预定义的数据格式解析接收到的数据，识别按键事件和旋钮事件。
- 执行快捷键: 根据用户预先设置的快捷键映射关系，执行相应的操作。例如，用户可以将
KEY_1映射为Ctrl+C快捷键，将旋钮顺时针旋转映射为音量+操作。
以下是一个使用 Python 实现的电脑端软件示例代码：
import bluetooth
import keyboard # 需要安装 keyboard 库: pip install keyboard
# 蓝牙键盘设备地址
BT_ADDR = "00:11:22:33:44:55"
# 蓝牙服务UUID
BT_UUID = "00001124-0000-1000-8000-00805F9B34FB"
def handle_data(data):
"""处理接收到的数据"""
data_type = data[0]
data_value = data[1]
if data_type == 0x01: # 按键事件
key_code = data_value
print(f"按键事件: {key_code}")
# TODO: 根据 key_code 执行相应的快捷键操作
elif data_type == 0x02: # 旋钮事件
direction = "顺时针" if data_value == 0x01 else "逆时针"
print(f"旋钮事件: {direction}")
# TODO: 根据 direction 执行相应的操作
def main():
"""主函数"""
print("正在搜索蓝牙设备...")
devices = bluetooth.discover_devices(lookup_names=True)
for addr, name in devices:
if addr == BT_ADDR:
print(f"找到设备: {name} ({addr})")
break
else:
print("未找到设备")
return
print("正在连接...")
sock = bluetooth.BluetoothSocket(bluetooth.RFCOMM)
sock.connect((BT_ADDR, 1)) # 假设蓝牙服务端口号为 1
print("连接成功")
try:
while True:
data = sock.recv(1024)
if data:
handle_data(data)
except KeyboardInterrupt:
print("程序退出")
finally:
sock.close()
if __name__ == "__main__":
main()
代码说明:
- 导入库: 导入
bluetooth库用于蓝牙通信，导入keyboard库用于模拟键盘操作。 - 定义常量: 定义蓝牙键盘的设备地址
BT_ADDR和服务 UUIDBT_UUID。 handle_data()函数: 该函数用于处理接收到的数据，根据数据类型和数据值执行相应的操作。main()函数: 该函数是程序的入口点，负责搜索蓝牙设备、连接设备、接收数据并调用handle_data()函数处理数据。- 模拟快捷键: 在
handle_data()函数中，你可以使用keyboard库提供的函数模拟键盘操作来实现快捷键功能。例如，使用keyboard.press_and_release('ctrl+c')模拟Ctrl+C快捷键。
注意:
- 你需要将
BT_ADDR替换为你的蓝牙键盘的实际地址。 - 你需要根据你的键盘硬件和数据协议修改代码。
- 你需要根据你的需求修改
handle_data()函数中的快捷键映射关系。
五、总结
本文介绍了如何使用STM32制作一款蓝牙客制化键盘，并详细讲解了硬件设计、软件设计以及数据传输协议等方面的内容。通过该项目，你可以学习到蓝牙通信、按键扫描、编码器读取等知识，并锻炼嵌入式系统开发能力。
你可以根据自己的需求，进一步扩展键盘的功能，例如增加RGB背光、支持多层配置、实现宏定义等。
