立创EDA开源项目：基于ESP32-C3的CV工程师三键蓝牙键盘DIY全攻略

立创EDA开源项目：基于ESP32-C3的CV工程师三键蓝牙键盘DIY全攻略

最近在B站和立创社区看到不少朋友在玩各种客制化键盘，作为一个经常和代码打交道的嵌入式工程师，我总在想能不能自己做一个既好玩又实用的小玩意儿。于是就有了这个想法：做一个专属于我们“CV工程师”（复制粘贴工程师）的迷你蓝牙键盘，只有三个最核心的键——Ctrl+X、Ctrl+C、Ctrl+V。

说干就干，我选择了ESP32-C3作为主控，因为它自带蓝牙，价格也比STM32亲民不少，非常适合DIY。整个项目从画板、打样到焊接、编程，前后折腾了小一个月，现在第一版已经验证成功，可以稳定使用了。今天我就把这个项目的完整制作过程分享出来，手把手教你从零复刻这个三键小键盘。无论你是刚入门的嵌入式爱好者，还是想找个有趣项目练手的创客，跟着这篇攻略走，都能把它做出来。

1. 项目概览与核心思路

咱们先来看看这个键盘到底是个啥，以及我为什么这么设计。

1.1 什么是“CV工程师键盘”？

顾名思义，这是一个为简化“复制（Ctrl+C）”、“粘贴（Ctrl+V）”、“剪切（Ctrl+X）”这三个高频操作而生的迷你键盘。它只有三个机械轴，通过蓝牙连接到你的电脑、平板甚至手机，按下对应的键，就相当于按下了键盘上的组合键。它的核心价值在于：

• 效率工具：将需要两只手操作（一手按Ctrl，一手按字母键）的组合键，简化成单手一键触发。
• 可编程玩具：基于ESP32-C3，你可以通过Arduino轻松改写键值。比如把X键改成Z，实现“一键撤销（Ctrl+Z）”，或者定义成其他任何你想要的快捷键。
• 入门级DIY项目：涵盖了PCB设计、焊接、电源管理、蓝牙HID（人机接口设备）编程等嵌入式开发的多个基础环节，是个非常综合的练手项目。

1.2 硬件设计总览

为了降低制作难度和成本，我把整个键盘的PCB（电路板）设计成了“三合一”拼版。你只需要在立创EDA下单一次，收到后沿着V-CUT线掰开，就能得到三块板子：

1. 定位板：固定机械轴和键帽。
2. 主控板：核心大脑，承载ESP32-C3芯片及其最小系统。这里我提供了两个选项：使用现成的合宙ESP32-C3开发板，或者使用我重新绘制的兼容PCB（board1）。
3. 底板：承载电池、电源管理芯片、RGB灯和轴座，并与主控板连接。

拼版设计示意图，拿到后剪开即可

核心特性：

• 主控：ESP32-C3（RISC-V内核，集成蓝牙5.0）
• 连接：蓝牙HID，无需接收器
• 轴体：支持全键热插拔（使用凯华热插拔轴座）
• 背光：每键一颗可编程RGB LED（WS2812B反贴灯）
• 供电：内置锂电池，支持充放电管理（ETA9741芯片）
• 结构：螺丝固定，可拆卸维护

2. 物料清单（BOM）与硬件详解

动手之前，先把所有需要的零件备齐。下面这个清单非常详细，你可以在立创商城或其它电子元器件平台一站式购齐。

2.1 电子元器件清单

注意：关于主控的选择，合宙带USB串口（方便烧录程序）的版本经常缺货。我的解决方案是直接在自己画的键盘PCB里集成了一块ESP32-C3的最小系统板（即board1），这样打板回来就自带主控了，省事。如果你选择购买合宙的不带串口版本（价格便宜，约9.9元），则需要额外准备一个USB转TTL串口调试器来烧录程序。

2.2 关键部件说明与选型替代

1. 主控：ESP32-C3这是项目的大脑。我选择它而不是STM32，主要原因就是成本低且原生集成蓝牙，不需要外挂蓝牙模块。ESP32-C3基于RISC-V架构，功耗和性价比都不错。在Arduino环境下开发也非常方便。

2. 电源管理芯片：ETA9741这是一个集成了充电、升压、路径管理的芯片。它的作用是：

• 通过USB口给内置的3.7V锂电池充电。
• 将电池的3.7V电压升压到稳定的5V，供给ESP32-C3和RGB灯珠。
• 实现有USB插入时用USB供电，无USB时自动切换电池供电。 这颗芯片大大简化了DIY的电源设计难度。

3. RGB灯珠：WS2812B（反贴）这是可寻址RGB灯珠，每个灯珠都可以单独控制颜色和亮度。“反贴”的意思是它的发光面朝向PCB板子背面。焊接时务必注意方向：在PCB正面（有丝印的一面）朝上看，灯珠上的小三角标记应该在右下角。焊反了灯不会亮。

RGB灯珠焊接方向示意图（从PCB正面看）

4. 电池：402020锂电池尺寸为20x20mm，非常小巧。实际上键盘内部空间有冗余，甚至可以叠放两块以增加续航。购买时选择带保护板的，更安全。

3. 制作与组装步骤

东西齐了，咱们就开始动手组装。这个过程就像拼乐高，细心一点就能成功。

3.1 焊接PCB

1. 分离PCB：收到打样回来的板子后，沿着板子中间的V-CUT线（一条浅浅的切割线），小心地将其掰成定位板、主控板、底板三块。
2. 焊接顺序建议：遵循“先贴片，后直插；先矮件，后高件”的原则。
   • 首先焊接底板上的贴片元件：电阻、电容、ETA9741芯片、电感、WS2812B灯珠。
   • 重中之重：焊接WS2812B灯珠时，务必核对方向（小三角在右下角）。可以使用烙铁或热风枪，注意温度不要过高，避免烫坏灯珠。
   • 然后焊接热插拔轴座。轴座有方向，对准PCB上的孔位按压下去，从背面焊接固定即可。
   • 最后焊接拨动开关。
3. 焊接主控板（如果使用自制的board1）：如果你的主控是使用我绘制的board1，则需要焊接ESP32-C3芯片及其周边的阻容元件。如果使用合宙模块，则只需将模块焊接到底板对应的焊盘上。

3.2 机械结构组装

组装顺序可以参考下图，确保螺丝、螺柱、螺母正确配合：

1. 将M2螺柱（6+3mm）拧入定位板的四个螺丝孔。
2. 将M2x12mm螺丝穿过底板的对应孔位。
3. 将底板和定位板对准，把螺丝拧入第一步已经固定在定位板上的螺柱中。
4. 在螺丝尾部拧上M2螺母锁紧。
5. 将机械轴体插入定位板，并卡入热插拔轴座中。
6. 盖上键帽。
7. 将电池放入底板预留空间，并用双面胶或泡棉胶固定。

3.3 电池激活与测试

大多数聚合物锂电池出厂时处于“休眠”状态，需要先充电激活。

1. 将键盘通过Type-C接口连接到电脑或5V充电器上。
2. 此时ETA9741的充电指示灯（通常是一个红色LED）应该会亮起，表示正在充电。
3. 充电一段时间（约半小时到一小时）后，可以打开电源开关，测试系统是否上电。

4. 软件环境搭建与程序烧录

硬件组装好了，接下来就是赋予它灵魂——写入程序。

4.1 开发环境准备

你可以选择Arduino IDE或VSCode + PlatformIO。这里以更通用的Arduino IDE为例。

1. 安装Arduino IDE：从官网下载并安装。
2. 添加ESP32开发板支持：
   • 打开Arduino IDE，进入文件 -> 首选项。
   • 在“附加开发板管理器网址”中填入：

     https://espressif.github.io/arduino-esp32/package_esp32_index.json

   • 然后进入工具 -> 开发板 -> 开发板管理器，搜索“esp32”，找到并安装“Espressif Systems”提供的ESP32开发板包。

提示：如果网络环境导致安装缓慢或失败，可以搜索“Arduino ESP32 离线安装”寻找国内镜像的安装方法。

4.2 烧录程序到键盘

这是最关键的一步，烧录设置不对会导致键盘无法启动。

1. 连接键盘：用USB线连接键盘和电脑。
2. 选择开发板与端口：
   • 工具 -> 开发板选择 “ESP32C3 Dev Module”。
   • 工具 -> Port选择识别到的串口（如COMx或/dev/cu.usbmodemxxx）。
3. 关键配置：根据你使用的主控板，进行不同的设置。
   • 如果使用合宙的ESP32-C3开发板：
     • 工具 -> Flash Mode选择DIO。
   • 如果使用本工程自制的ESP32-C3板（board1）：
     • 工具 -> Flash Mode选择QIO。
4. 烧录程序：打开我提供的项目源代码（.ino文件），点击上传按钮。等待编译和烧录完成。

注意：如果你购买的是合宙“不带串口”的版本（便宜的那款），它没有内置USB转串口芯片。你需要额外使用一个USB转TTL串口调试器，将其RX/TX/GND引脚分别连接到开发板上对应的烧录引脚（通常是GPIO8/U0TXD和GPIO9/U0RXD），并手动让开发板进入下载模式（拉低GPIO9后复位），才能烧录。相比之下，使用我自制的board1或合宙带串口的版本会省事很多。

4.3 程序功能与自定义

我提供的初始程序已经实现了三个按键分别模拟Ctrl+X,Ctrl+C,Ctrl+V的功能，并包含简单的RGB呼吸灯效。代码结构清晰，你可以轻松修改：

// 示例：修改键值映射 const uint8_t keymap[3] = { KEY_LEFT_CTRL, KEY_X, // 第一个键：Ctrl + X (剪切) KEY_LEFT_CTRL, KEY_C, // 第二个键：Ctrl + C (复制) KEY_LEFT_CTRL, KEY_V // 第三个键：Ctrl + V (粘贴) }; // 如果你想改成 Ctrl+Z (撤销)，只需将 KEY_X 改为 KEY_Z // const uint8_t keymap[3] = { // KEY_LEFT_CTRL, KEY_Z, // 改为撤销 // KEY_LEFT_CTRL, KEY_C, // KEY_LEFT_CTRL, KEY_V // };

RGB灯效在代码中也有独立的函数控制，你可以发挥创意，编写流水灯、彩虹波等效果。

5. 调试与常见问题

制作过程中难免会遇到一些小问题，这里把我踩过的坑总结一下：

• 问题1：RGB灯不亮

  • 检查1：首先确认WS2812B灯珠是否焊反。这是最常见的问题。
  • 检查2：检查灯珠的电源（5V）和地线是否焊接良好。
  • 检查3：数据线（DIN）是否正确地连接到了ESP32-C3的对应引脚（如GPIO8）。

• 问题2：按键无反应，但系统有电（RGB灯可能亮）

  • 检查1：用镊子短接轴座的两个焊盘，模拟按键按下。如果此时电脑有反应，说明是机械轴体或轴座接触问题。
  • 检查2：检查程序中的按键引脚定义是否与实际PCB设计一致。
  • 检查3：蓝牙是否连接成功？查看电脑的蓝牙设备列表，确认键盘已配对并连接。

• 问题3：无法烧录程序

  • 检查1：Flash Mode设置是否正确？合宙板用DIO，自制板用QIO，务必核对！
  • 检查2：USB线是否只充电不支持数据？换一根线试试。
  • 检查3：串口端口是否被其他软件占用？关闭可能的串口监视器。
  • 检查4（针对不带串口的合宙板）：是否正确连接了外部串口调试器，并使开发板进入了下载模式？

• 问题4：电池不供电或充不进电

  • 检查1：电池是否激活？先插上USB充电一段时间试试。
  • 检查2：检查ETA9741芯片及周围的电感、电容是否焊接牢固，有无虚焊或短路。

这个项目从构思到实现，最大的乐趣在于把想法一点点变成现实。虽然它只有三个键，但麻雀虽小五脏俱全，涵盖了开源硬件DIY的完整流程。希望这篇详细的攻略能帮你顺利做出自己的第一把客制化键盘。如果在制作过程中遇到任何问题，欢迎在立创EDA的原项目页面下留言讨论。祝你制作顺利，享受创造的快乐！