描述

主意

如今，我們都面臨著 Covid-19 大流行；我們知道有多種感染方式，其中之一是觸摸被感染者或觸摸被感染者觸摸過的東西。事實上，病毒在某些表面上可以抵抗幾個小時。

在我們的日常生活中，我們觸摸了許多以前被別人觸摸過的物體。例如，當我們進入電梯時，我們必須按一個按鈕來選擇所需的樓層。

該項目針對所有在傳統鍵盤上中繼的機器（電梯自助加油站、公共飲水機）進行教學，在這些機器中，用戶必須物理觸摸鍵盤的按鈕，從而使自己和他人面臨被感染的風險。該適配器可以針對每種鍵盤布局進行配置，并且必須安裝在傳統鍵盤的頂部。它提供了一個免觸摸界面（紅外傳感器矩陣），用戶無需觸摸設備，因為當距離 2-3 厘米時檢測到手指的存在；然后適配器將負責按下物理按鈕。另一種交互是通過藍牙：在這種情況下，用戶必須通過掃描相關的二維碼將手機連接到適配器，然后他才能通過應用程序與鍵盤交互，它在顯示器上再現了原始鍵盤的數字副本。如果您按下應用程序中的按鈕，適配器將按下機器鍵盤上的該按鈕。

這個項目可以幫助防止病毒傳播的方式是它消除了機器和用戶之間的聯系。

這個項目也可以被看作是從今天我們仍然需要與機器進行物理交互的世界到未來可能的世界的“橋梁”，在這個世界中，每次交互都是非接觸式的，甚至可能是由我們的思想控制的機器。

框圖

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主控制器是一個 Arduino MKR 1010 WiFi，它負責通過 BLE 與手機上的應用程序通信并讀取 IR 矩陣（免觸摸界面）。它還通過 I2C 與 Arduino Pro Micro 通信。

輔助控制器是 Arduino Pro Micro。這個小控制器處理電機和編碼器。它的工作是從主控制器接收目標位置數據，然后移動軸以到達這些目標位置。

該應用程序是使用 Flutter 開發的，該框架允許在 Dart 中編寫應用程序，然后為許多不同的操作系統（IOS、OSX、Android 等）生成應用程序文件。

硬件

硬件是使用 Fusion 360 開發的。它由一個 3 軸系統組成：X 軸和 Y 軸由兩個直流有刷電機移動，Z 軸 I 由步進電機移動。伺服電機上連接著物理按下鍵盤上按鈕的尖端。

除不銹鋼棒、螺釘和螺栓、電機等外，所有硬件均使用 PLA 進行了 3D 打印。

通過查看 Fusion360 設計，可以輕松組裝硬件。https://a360.co/2YJQkPy這是在瀏覽器中查看設計和下載的鏈接

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這張圖片顯示了按下物理按鈕的尖端在哪里。

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軸編碼器

X軸和Y軸的編碼器集成在結構中。特別是在每個齒輪支架上都有 2 個紅外發射器和 2 個接收器，并且齒輪具有間隙，當它旋轉時，從一個 IR 接收器產生輸出，該輸出相對于另一個 90 度異相。

Z 軸不需要編碼器，因為它已經集成在伺服電機中。

Y軸一體式編碼器

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X軸一體式編碼器

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藍牙連接

要將應用程序與鍵盤適配器連接，用戶只需掃描相關的二維碼。標簽充當整個系統的參考點。

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給鍵盤拍照：一旦用戶給鍵盤拍照，圖像處理過程就開始了。特別是應用了高斯模糊濾波器，然后是邊緣檢測算法，最后是閉合路徑搜索算法。結果是包含鍵盤按鈕邊界的圖像。

處理后的鍵盤圖像。以紅色突出顯示按鈕邊界

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用戶必須選擇檢測到的閉合路徑邊界中的哪些是真正的按鈕。事實上，圖像中可能還有其他接近的路徑幾何形狀。選擇路徑后，必須提供按鈕的標簽。

配置按鈕時，其邊界變為淺藍色

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選擇所有按鈕后，需要按右上角的“下一步”按鈕保存配置，并在“保存”按鈕上仔細檢查布局后應用更改。

配置檢查頁面

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紅外傳感器矩陣

墻壁頂部的孔用于插入紅外發射器和接收器

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紅外傳感器矩陣是無觸摸交互方式。事實上，這項技術可以在手指（或更一般地說是一個物體）觸摸按鈕之前檢測到它。紅外發射器和接收器安裝在結構墻壁頂部的孔中。在矩陣結構的兩個相鄰側有紅外發射器，在另外兩側有紅外接收器。

矩陣不是由主控制器（Arduino MKR 1010）直接控制的，因為有 10 個發射器和 10 個接收器需要控制，并且需要大量的 GPIO。取而代之的是兩個電路：一個用于控制 IR 發射器，另一個用于控制接收器。第一個由兩個 3-8 通道解碼器組成，第二個由兩個 8-3 通道解復用器組成。這大大減少了控制矩陣所需的 GPIO 數量至僅 5 個（4 個輸出用于選擇激活哪對 IR，1 個用于讀取所選對接收器的值）。

矩陣紅外發射器選擇器

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矩陣紅外接收器選擇器

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存儲鍵盤布局配置

鍵盤配置需要永久存儲在內存中，以便在啟動時加載。不幸的是，Arduino MKR 1010 的微控制器沒有集成的 EEPROM 存儲器，所以我決定使用一個外部的，它通過 I2C 總線與主控制器通信。EEPROM IC 是 STMicroelectronics 24C04WP。它有 4kbit（512 字節）的可用內存，足以存儲多達 45 個按鈕。

為什么是兩個微控制器而不是一個？

劃分BLE控制和通過電機和編碼器的運動的選擇來自第一次測試。事實上，原始設置全部由 Arduino MKR 1010 管理。該配置的問題在于，與兩個連續編碼器中斷例程之間的時間相比，某些 BLE 中斷例程太慢；因此缺少一些編碼器 ISR，導致軸未對準。相反，單獨的控制器只負責處理電機和編碼器，因此更加準確

電路實現

該電路已在原型板上實現。

電路板正面（使用 Arduino MKR 1010）

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等等，但是 Arduino Micro 在哪里？好吧，對于一些空間限制，Arduino Micro 就在 Arduino MKR 的下方！

電路板正面（不帶 Arduino MKR 1010）

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我真的希望您喜歡我的項目，并且覺得它有趣或有用。我也希望將來這個項目可以幫助對抗病毒的傳播。

感謝您的閱讀！