无线蓝牙翻谱器【物理开关、演奏模式】

项目简介：

目前主流翻谱器大多采用轻触开关，演奏时经常会不小心按到模式切换的问题。因此本项目采用物理编码开关，进行不同输入方式的切换（左右、上下、PageUP/PageDown、空格/回车）。电源开关也采用物理开关，彻底解决软开关虚待机、并消除“心理不断电”的问题。

在外壳上，除了在底部增加防滑垫外，同时还预留配重块位置，降低翻谱器异常移动、打滑的概率，提高使用稳定性。

并且主流翻谱器，普遍没有更改左脚、右脚对应的键值。因此额外开发配套windows上位机软件方便改键值。

为了满足日常使用和演奏场合，分为2种模式：

日常模式（开关为“开”）：30分钟不踩脚踏进入休眠模式，节省电量。适合日常使用。

长开模式（开关为“长”）：不进入休眠模式，直到电池保护为止。适合于长时间演奏场合。

 

《使用说明书》见附件

 

源代码开源（含CH592X固件及改键上位机程序）（github）：

https://github.com/motozilog/OSHWTuner

 

iOS 18(Piascore)、Android 11、Win10演示视频(B站)：

https://www.bilibili.com/video/BV1dDgW6QEwV

 

 

主要参考

3D模型主要参考：

原模型作者：Keeze101 ，在此基础上进行了二次创作

https://makerworld.com.cn/zh/models/1785193-fan-ye-qi-esp32-ble

 

蓝牙、低功耗、Flash读写等代码主要参考了：

WCH官方Demo

https://www.wch.cn/downloads/CH592EVT_ZIP.html

 

USB代码主要参考了：

作者：bibilala 的TP78-基于CH582M的小红点VIA三模客制化键盘 https://github.com/ChnMasterOG/tp78_v2

作者：trbbadboy  的 基于CH582F的USB/蓝牙双模小手柄 https://oshwhub.com/trbbadboy/project_luetaijq

 

测试内容：

蓝牙己测试内容：

Android  11，红米K40， MIUI 12.0.8：《有谱么》(版本号：3.48a)、《WPS Office》(版本号：14.43.0)

iOS 18.7.8，iPad Air 3(MUUK2CH/A)：《Piascore》、《WPS Office》、《Acrobat》

Windows 10-21H2，无线网卡为Intel AC 9462：《MAME》（版本号：0.157）、《在线键盘测试》(https://www.zfrontier.com/lab/keyboardTester)

Windows 7 SP1，无线网卡为DW1397：《MAME》（版本号：0.157）、《在线键盘测试》(https://www.zfrontier.com/lab/keyboardTester)

Windows 11，无线网卡为RTL8852B：《MAME》（版本号：0.287）、《在线键盘测试》(https://www.zfrontier.com/lab/keyboardTester)

 

USB己测试内容：

Windows 10-21H2，芯片组为HM370：《MAME》（版本号：0.157）、《在线键盘测试》(https://www.zfrontier.com/lab/keyboardTester)

Windows 7 SP1，芯片组为HM86：《MAME》（版本号：0.157）、《在线键盘测试》(https://www.zfrontier.com/lab/keyboardTester)

Windows 11，CPU Ryzen 9‑7845HX（内嵌USB控制器）：《MAME》（版本号：0.287）、《在线键盘测试》(https://www.zfrontier.com/lab/keyboardTester)

 

己知不兼容：

iOS版《懂音律》

没有条件测试：

iOS版《forScore》（需要付费：168元）

 

理论上支持，但没有条件测试：

USB&蓝牙：Windows XP、Windows 8、Ubuntu

 

Windows上位机配置工具，支持Win 10、Win 11，（使用脚本运行的方式支持Win7 SP1）

 

硬件设计：

设计原则

由于实在没有考虑到这波涨价潮，居然连阻容都猛涨，特别是电容，可以从原来0.00X一个涨成几角钱一个。那就只能放弃之前的同厂家习惯，那间便宜够用，就用那间。

考虑到复刻难度，所有必焊器件均采用0603（除了ESD是0402外）

 

MCU选型

挑选MCU是个关键，需要一款不需要签协议就能拿到资料，开源社区使用较多的。那么能选的是主要是WCH、ESP32、nRF这几家。

一开始是打算用nRF52840，毕竟是ZMK固件标准支持。但是nRF52840的封装直接将我劝退了。BGA中间加个类似于QFN的ePad…….手焊成功率极低，果断放弃。并且这个项目只需要7个I/O。没有必要为ZMK带来如此大的麻烦。

（图：nRF52840的封装）

 

而立创开源广场看见三模键盘，大多采用CH582，而CH592只见到有蓝牙键盘，但却没有见到有CH592的USB键盘。那干脆开坑搞CH592的蓝牙与USB双模，毕竟CH592的蓝牙BLE 5.4，而CH582是蓝牙BLE 5.3。（所以这就为软件挖了个坑，要做USB协议的移植......）

但是常用CH592F在商城中经常缺货，那就换成CH592X，毕竟尺寸一样、间距一样，焊接难度一样，并且还可以多4个I/O，只是贵了0.04元（5.89元与5.93元的区别，一个I/O只要1分钱，真的太良心了，要是其它芯片也是1分钱一个I/O就爽死了）。

 

 

时钟

CH592X的就按照官方的设计进行，特别要注32M主晶振，不需要加起振电容，但是没有起振电容的话，就无法用示波器去看MCU是否起振，那就干脆在晶振的底层加测试点方便测试。

 

天线：

天线上由于常用的CA-C03在商城中没有，那就找性能接近的贴片天线。也是按照Datasheet中的π型匹配用对应的器件。注意一下，每款贴片天线π型匹配器件是不同的，不要随便换。毕竟业余DIY是没有天线匹配测试工具。

那么为什么不采用成本更低，直接在PCB上印刷的天线？因为之前因为PCB板材和板厚差异，在PCB印刷天线上翻过大车，而现在贴片天线是只需要几毛钱，就没有必要省这点钱而给自己挖个大坑。

 

 

退耦电容

尽管MCU的频率不高，并且供电要求低。但习惯上还是将退耦电容放在近管脚处，越近越好。但是CH592X的管脚只有0.4mm间距，不是太好靠近。那就只能像BGA那样，放在底层。由于没有采用盘中孔工艺，并且0603“立碑”情况较少，所以也就无所谓，直接将过孔打在焊盘上。

 

CH592自身的DC-DC

这个DCDC电路，别省，默认不开启DCDC，那么CH592是工作在3.3V下，而开启DCDC后，CH592工作电压降至1.28V，功耗降低60%

由于需要使用DCDC，因此，不能用普通电感。而应用功率电感。这里使用的是成本较高的T-Core设计的功率电感，在0603封装下可以有500mA，实际上，可以使用50mA的铁氧体或者层叠电感足够了。

 

I/O分配

MCU的I/O分配，我是从CW32李工学到了将I/O列出连接来的好习惯，这样可以一目了然那只脚对应那个网络。

 

电池管理

采用比较常用的TP4057，毕竟电池只有700mAH。在充电电流上，我选得比较保守，只选择了200mA（即0.3C)，充满电需要3.5个小时。

 

考虑到电池己自带过放保护，因此就不增加过放保护电路。

 

考虑到如果单独加电池电量检测芯片将会带来额外的成本，而这个项目对电池电量的检测要求不高，直接使用CH592自带的ADC即可，通过分压电阻接入ADC。考虑到电池电量可能会抖动，所以加了一个电容来消除ADC带来的抖动。实际上可以选择容值更小的电容，如：22pF。但是整个项目都没有比100nF更小容值的电容，为了不增加BOM数量，就用100nF。

 

为了低静态电流，采用100K级别的电阻，抗干扰肯定比不上9.1K+22K的组合。所以在Layout时，将这部分的电路尽可能靠近MCU，并且进行包地处理。减少潜在的干扰带来的采样不准。

 

为了开发方便，不可能等电池的电量从4.2V慢慢降到3.0V，因此设计一个外接电源测试的测试点，及0R电阻与主供电切断的电路。手上虽然有SK220可调电源，但考虑到大家开发时的方便，在WCH-LinkE转换板上做了一个成本极低的5V转1.77V~4.27V的可调电源，方便进行测试。而1.7V~4.2V这个区间内的阻值并不是常用阻值，所以采用并联和串联的方法，使常用阻值电阻得出该阻值。

 

供电：

由于CH592的功耗非常低，第1版试验时，长时间连接iPad也能在500mAH的电池下不开启DCDC的情况下使用5天。所以采用静态电流较低的LDO。由于需要支持长时间不休眠，所以选择TPS7A05。由于SOT-23经常缺货，只能选SOT-23-5。（为什么不采用常用的ME6211，因为ME6211的静态电流较大）。

 

长开模式：

为什么要设计长开模式，因为实际上，会有提前布场的工作，通常是提前半小时以上进行布场将设备全部检查无误。如果不设计长开模式的话，这个时间会进入休眠。万一再连出问题就会麻烦。

当然日常使用中，使用常用的开模式，这样在不操作30分钟后，将MCU进入休眠状态，避免不记得关电源。

为了长开模式，那就只能上双刀三掷开关。使用1个MCU I/O只在上电时获取状态。为什么要采用ADC方式，而不是数字高低电平方式？因为翻谱器设计时预留为后面使用2节7号电池或者CR2032电池供电使用，这样只要在1.0V以上也判断为长开模式。

 

 

软件设计：

 

开发环境：MounRiver Studio V2.4.0

模块	相关文件
主程序入口	hidkbd_main.c
蓝牙	hidkbd.c hiddev.c
USB	hidkbd_usb.c usb_hid.c
辅助	getId.c（获取CPU唯一ID、FLASH读写工具类） battservice.c（电池服务类）

 

主程序入口：初始化，给USB有5秒的时间进行握手，握手失败进入蓝牙模式。（避免在蓝牙连接时，插入USB到电脑充电时，切换带来中断）。由于电容昂贵，判断长开模式采用10次ADC采样进行，不加电容。

 

蓝牙：广播ID改为OSHWTuner_XXXX(XXXX是CPU唯一ID的后4位)，避免多台翻谱器一起用时冲突。

蓝牙模式下，尝试5分钟内进行连接，连接失败进入休眠模式。

连接成功后如果在30分钟内没有踩下脚踏，则进入休眠模式（如果为长开模式下，不进入休眠）

 

USB：主要移植自bibilala 的TP78-基于CH582M的小红点VIA三模客制化键盘。并参考trbbadboy  的 基于CH582F的USB/蓝牙双模小手柄进行以TMOS任务的方式进行运行。

在此基础上增加了HID_GET_REPORT和HID_SET_REPORT，从而实现Windows上位机下发配置到翻谱器上。（当然USB的描述符也要跟着改）。并增加事件处理：如果USB断开时，直接重启翻谱器，进入蓝牙模式。

 

辅助：

getId.c：获取CPU唯一ID、配置读写CH592的FLASH、旋转编码器的逻辑处理。

battservice.c：这里要注意一下，蓝牙时电池的电量WCH默认是20%，研究了很一阵子才知道怎样要用服务类去上报。后面其它项目遇到20%电量问题的话，可以参考我的代码。

 

 

上位机：

这是最让我震惊的地方，之前我的上位机大多数用C#去写，这次尝试用DeepSeek去写Python。原本以为会像泰山派1F街机那样，要N轮对话才搞定。

在半年后，DeepSeek进化之惊人！居然一版跑通主流程！更离谱的是，我丢给DS CH592的GET/SET REPORT代码，结果只在几个回合下就跑通（并顺便指出我的不足）！顺手再让DeepSeek做UI。

整个上位机部分只用了一个晚上就全部弄好！以往写这个工作量的上位机代码怎也要3天起步，还不一定能调通。

这次真的让我倒吸一口凉气！半年时间DeepSeek的进步之快，真的吓人！

(最初想用nRF52840主要就是不想弄上位机，想用现成ZMK的原因之一)

 

常见需要修改位置：

休眠超时 hidkbd.c 第87、91行（默认5分钟+30分钟）

 

USB枚举初始化等待时间hidkbd_main.c 第97行（默认等5秒）

 

电量百分比计算，battservice.c第554~556行，默认3.2V以下视为0%，3.5V以下视为1%，4.1V以上视为100%

 

外壳设计：

主要参考：

原模型作者：Keeze101 ，在此基础上进行了二次创作

https://makerworld.com.cn/zh/models/1785193-fan-ye-qi-esp32-ble#profileId-1970210

 

底面有四个防滑胶垫，应对大部分的场合和用户

 

并预留4个配重块位置，方便某些用户的需要

 

左右加入导线安装引导槽（实际上应设计成孔会更好一点）

使用一个603035电池，700mAh电池，满足连续运行5天的需求。当然也可以换更大的电池，但是注意，不要太厚，顶到PCB。并且要预留在多年后电池发涨鼓包后的上升高度。

 

 

脚踏加入防打滑设计

 

顶盖板要预留好旋转编码开关突出来的位置

 

LED采用导光柱将PCB的LED灯光引导到面板上

 

复刻指南：

务必准备热风枪至少也得要铁板烧，圈上的器件只能用热风枪或者铁板烧进行焊接

 

特别要注意双刀三掷开关，是要买G柄，而不是VG柄。要买左一右三，不是左三右一（第一次买时，建议VG和G都买上，避免商家发错货）。

 

 

由于旋转编码开关，没有定位柱，所以先将PCB其它零件焊好，烧录好固件，验证好功能后，将PCB装好，并上好固定螺丝

 

将其中一只脚先焊上

 

盖上顶盖板后，确认上下左右位置无误后，再将其它脚焊上

 

 

左右脚的导线，需要打热熔胶进行固定

 

3D外壳下单工艺参考（如果自己有3D打印机的话，将顶盖、脚踏打成橙色，会更好看(个人喜好)）：

 

面板下单工艺参考：

 

改键上位机使用(win10、win11，只能使用USB连接下。若无法连接请使用“以管理员身份运行”)：

 

改键上位机脚本使用(win7，只能使用USB连接下)：

提前安装：Python 3.8.10(以All Users模式)，并使用命令

python -m pip install hidapi==0.15.0

进行hidapi安装

 

1.以管理员方式打开 命令提示符

2.进入 上位机 目录，执行python oshw-tuner-v2.2.py

 

 

 

固件烧录(win7/10)：

1.打开WCHISPStudio

2.接上USB线，并找针将开关键旁边小孔里的Boot键按好，再打开开关

3.WCHISPStudio识别到CH59x后，选择固件进行下载即可

 

 

后记：

回顾多年前笔者参与某厂家的蓝牙手柄项目，再与现在WCH、ESP、nRF的开放，真的没法比。当年想要正常价拿到台湾某蓝牙芯片，必须要签保密协议，并且要现金拿货50K套才给资料和开发工具！(如果没有记错的话)。并且几乎没有任何支持，各种玄学问题，抓包抓到怀疑人生，好在最后蓝牙手柄是做成了，并且靠出口及衍生品才能回到本（pian qian）。

现在3个大厂都开源，并且基本上你想要的功能都有现成的Demo。不禁觉得时代变了，感谢这些厂商把门槛从“地狱”降到了“简单”，再加上AI的buffer助力，使蓝牙、USB开发不再困难。

并且3D模型也有大量的开源，以前动辄上万元的开模费，现在只需要几十元的3D打印即可搞定。（别说当年大家都用公模，因为真的亏不起！）

感谢嘉立创每月2次免费打样，及星火计划的支持，才让这个采用编码器的无线蓝牙翻谱器想法得以实现。