分享科技與遊戲 by HKGoldenMr.A: 維修 Pro Micro 並改裝為 USB HID 腳踏按鈕

2024-09-29

維修 Pro Micro 並改裝為 USB HID 腳踏按鈕

在下有幾塊損壞的微控制器開發板，已經廢棄了一段時間，但掉棄又覺得很浪費
最近尋找資料時發現網上有一些 USB腳踏按鈕可以自訂按鍵功能，但價錢差不多 10 至 20美金
而且自訂按鍵功能還需要使用專用的軟件，而這些專用軟件並不支持 Linux
因此才想到將其中一塊損壞的 Pro Micro 安置到腳踏按鈕，將腳踏按鈕改裝成 USB HID 裝置

損壞的 Pro Micro
腳踏按鈕
V7 微型開關
外殼改裝
維修 Pro Micro
改裝腳踏安裝
測試效果
總結
參考資料

損壞的 Pro Micro

一塊 Micro USB Type-B 接口脫落的的 Pro Micro 兼容開發板

Micro USB Type-B 總共有 5支引腳，接口大部分焊墊都脫落
只剩下 VCC 、 D- 及 GND 3支引腳，但 D+ 及 ID 則脫落
由於 Pro Micro 不需要成為宿主裝置，因此 ID引腳不需要連接，但 D+引腳則是必須連接

但由於 D+引腳的焊墊已經脫落，無法重新焊接，因此在下追蹤 D+引腳線路
所以即使焊墊已經脫落，仍然可以將使用線路或借用焊接到線路的另一端的零件來連接到 D+引腳
而 GND引腳可以使用開發板的 GND引腳亦可

除了需要重新焊接 Micro USB Type-B 的線路，在下還將 Pro Micro 上已經焊接的引腳除焊及移除

腳踏按鈕

在下從廢棄的兒童玩具車拆除 FS-01 腳踏按鈕

腳踏按鈕的內部

V7 微型開關

腳踏按鈕的核心使用 V7系列的微型開關(Micro Switch)

腳踏按鈕使用單軸雙切(Single Pole Double Throw, SPDT) ，因此會有 3個終端

COM 為共通終端(Common)
NC 為常關終端(Normally Close)，表示按鈕未被按下時會與 COM 連接
NO 為常開終端(Normally Open)，表示按鈕未被按下時不會與 COM 連接

由於原本的電線妨礙改裝，因此在下將電線除焊及移除

外殼改裝

腳踏按鈕的底殼

在下想將 Pro Micro 安置在底殼，但底殼的結構，無法令 Pro Micro 貼在底殼

在下將底殼稍作修改，將部分結構削走，令 Pro Micro 剛好能平放安置在底殼

電線孔同樣需要擴張來讓 USB Type-C 的接口通過

測試削走的情況

Pro Micro 還需要測試會否影響 V7微型開關的安置位置

維修 Pro Micro

確認 Pro Micro 及 USB Type-C 測試板能安置在底殼，便要維修 Pro Micro

在下使用與 USB引腳相同配色的跳線焊接到 Pro Micro 剩餘的焊墊上
而 D+引腳的跳線則焊接到與 D+引腳焊墊相連的電阻器

在下將跳線焊接到 D+引腳並順著角度繞回 Pro Micro 原本 USB 的方向，並根據 USB引腳的次序排列跳線
檢查線路正確及沒有短路後，使用 UV膠固定及保護跳線，避免跳線脫落

以相同方法便將跳線焊接在 USB Type-C 測試板對應功能的焊點上
同樣使用 UV膠固定及保護跳線

連接到電腦USB，電腦系統偵測到 Pro Micro ，並將 Sketch 寫入到 Pro Micro 測試
結果 Pro Micro 能正常運作

改裝腳踏安裝

測試將已經焊接跳線及連接測試電路板的 Pro Micro 安置到腳踏按鈕的底蓋

將 V7微型開關的 COM接點及 NO接點分別焊接到 Pro Micro 的 GND引腳及 D2引腳
(不一定使用 D2引腳，任意一支具備輸入訊號的 GPIO 即可)

將焊接完成的 Pro Micro 開發板、 USB Type-C 測試板、 V7微型開關安置到腳踏按鈕的底蓋

改裝後的腳踏按鈕外觀基本上與原來沒有分別
只在接駁電源後， Pro Micro 的 LED 亮著時才發現內有乾坤

測試效果

測試下按下腳踏按鈕的效果

總結

網上有很多 Micro USB Type-B 接口脫落的資訊，主要都是因為表面黏著方式焊接
因此所有承受力都在焊墊上，稍微施加壓力，除了接口，會連同焊墊都會脫落

這個改裝最困難是維修 Pro Micro 的 USB接口
由於 Micro USB Type-B 每支引腳的焊墊闊度只有 0.4毫米，焊墊之間只有 0.25毫米
要將跳線焊接到焊墊上是非常困難，還有其中一條跳線由於沒有焊墊需要焊接到電阻器
所有需要維修及焊接的範圍及空間都非常微細，最後奇蹟地大約只需要20分鐘左右完成焊接、檢查、固定

由於 Pro Micro 使用 ATmega32u4 ，即是可以使用 Arduino IDE 編寫程式
對在下而言， Arduino IDE 能夠跨平台使用，比專用軟件設定按鍵內容更方便，而且還可以製作更複雜的按鍵組合

PROGMEM const byte PIN = 2;
bool isPressed = false;
void onIdle() {
	delay(2);
}
void onPress() {
	isPressed = true;
	delay(2);
}
void onHold() {
	delay(2);
}
void onRelease() {
	isPressed = false;
	delay(2);
}
void setup() {
	pinMode(PIN, INPUT_PULLUP);
}
void loop() {
	bool buttonSignal = digitalRead(PIN);
	if (!isPressed && buttonSignal) {
		onIdle();
	} else if (!isPressed && !buttonSignal) {
		onPress();
	} else if (isPressed && !buttonSignal) {
		onHold();
	} else if (isPressed && buttonSignal) {
		onRelease();
	}
}

在下將閒置(Idle) 、按下(Press) 、按著(Hold) 、釋放(Release) 的狀態分開，方便開發指定狀態時的操作

另外在下認為 Pro Micro 的速度太快，能捕捉到下腳踏按鈕多次回彈
因此使用邏輯分析儀(Logic Analyzer) 配合 PulseView 捕捉按下及釋放的訊號
(按此下載 PulseView)

由按下至釋放整個操作時間大約 112毫秒

按下的操作時間大約 742微秒

釋放的操作時間大約 1289微秒

因此為了避免，在下將操作延遲 2毫秒來避免回彈，結果沒有再發生回彈

參考資料

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