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[atreides.git] / assembly / assembly.tex
1 \documentclass{article}
2 \title{Atreus Keyboard Assembly}
3 \date{ }
4 \usepackage{graphicx}
5 \begin{document}
6 \setlength{\parindent}{0cm}
7 \maketitle
8 \section{Prerequisites}
9
10 In order to assemble your keyboard, you'll need your kit plus a few
11 other tools. The kit should contain these parts and a few spares:
12
13 \begin{itemize}
14 \item Case (top plate, switch plate, spacer, bottom plate)
15 \item Sandpaper
16 \item Finishing wax
17 \item Diodes (42)
18 \item Cherry MX switches (37 blue/clear, 5 red)
19 \item A-Star Micro controller
20 \item Machine screws and nuts (8 each, 16mm M3 size)
21 \item Key caps (40 normal, 2 long)
22 \item USB micro cable
23 \item Rubber feet
24 \end{itemize}
25
26 You'll also need to have these on hand:
27
28 \begin{itemize}
29 \item Soldering iron and solder
30 \item Wire cutters
31 \item Brush for applying finishing wax (a toothbrush will do)
32 \item Optional: ``helping hands'' stand
33 \end{itemize}
34
35 \vspace{1em}
36
37 The latest version of this document can always be found
38 online.\footnote{http://atreus.technomancy.us/assembly.pdf} If you're
39 reading a black-and-white printed copy, you may find some of the
40 photos clearer in color onscreen. This copy describes
41 the circuit-board-based kit. If you have an earlier hand-wired kit,
42 see the older assembly
43 guide.\footnote{http://atreus.technomancy.us/assembly-hand-wired.pdf}
44
45 \section{Sanding Case}
46
47 The wood finishing process involves sanding down the wood to remove
48 scorch marks and produce a smooth surface, applying an oil/wax mixture
49 to further smooth it and protect it from fluids, and allowing it to
50 dry. The whole process takes about 45 minutes of work, but since each
51 side has to dry individually plan on allowing for a couple 30-minute
52 breaks to let it dry. You'll need a place to lay the pieces aside to
53 dry; a paper towel would help keep the oil from getting all over your
54 table or desk.
55
56 \vspace{1em}
57
58 Start by sanding down both sides of each piece. You may want to hold
59 two pieces together while sanding for strength or placing it on a flat
60 surface you don't mind scruffing up; too much pressure on a single
61 plate could damage it.
62
63 \vspace{1em}
64 \noindent\makebox[\textwidth]{%
65 \includegraphics[width=\linewidth]{sanding.jpg}}
66 \vspace{1em}
67
68 Keep in mind that the top side of the top plate and the bottom side of
69 the bottom plate are the only surfaces that are exposed to the touch
70 once the keyboard is fully assembled, so these will need the most
71 attention when sanding. You can sand the other surfaces as well just
72 to get the scorch marks off, but you don't need to worry about how
73 smooth the inner surfaces feel to the touch.
74
75 \section{Oiling Case}
76
77 Be sure to get all the wood dust off the pieces before you go on. Open
78 up the wax/oil mixture. Dip your brush in and start spreading it over
79 one side of each case piece. The color of the wood will darken as it
80 absorbs the oil. Try to ensure it's spread evenly. Be more generous
81 with the oil on the outer exposed surfaces.
82
83 \vspace{1em}
84 \noindent\makebox[\textwidth]{%
85 \includegraphics[width=\linewidth]{oiled.jpg}}
86 \vspace{1em}
87
88 As your brush goes over the edges of the laser-cut wood, it will get
89 dirty from charred wood particles. After you've finished oiling one
90 side of each piece, it's best to wash out the brush. Be sure it's
91 fully dry before going on.
92
93 \section{Drying Case}
94
95 Once one side of each piece is finished, you'll need to lay them out
96 for a half hour or so to let them dry. Once one side is dry, repeat
97 the process on the other side. After you've finished all the soldering
98 you can come back and add another few coats to the outermost surfaces
99 for a smoother texture. Once it's dried for a while, wipe the excess
100 off. While you're waiting, you can start soldering the diodes and
101 controller onto the circuit board, but don't solder any switches in
102 before the switch plate is ready or you'll just need to remove them
103 later.
104
105 \section{Diodes}
106
107 If you've never soldered before, there are plenty of good
108 introductions online.\footnote{This one from Adafruit is great:
109   https://learn.adafruit.com/adafruit-guide-excellent-soldering/tools}
110 Coat the tip of the iron thinly with some solder before you start. The
111 key is to use the iron to heat the joint for a second or two, then
112 bring in a dab of the solder and let it melt and stick to the
113 component and the circuit board pad.
114
115 \vspace{1em}
116
117 Take five diodes at a time and bend them into a U shape. Place them
118 into the diode holes next to each switch slot on the reverse side of
119 the board. Each diode has a black band on it; the band should be
120 pointing to the bottom of the circuit board, toward the arrow on the
121 board. Bend the legs of the diodes outwards to hold them in place,
122 then flip the board over and solder them in place.
123
124 \vspace{1em}
125 \noindent\makebox[\textwidth]{%
126   \includegraphics[width=\linewidth]{diodes.jpg}}
127 \vspace{1em}
128
129 Once they're soldered, trim the diode legs with wire
130 cutters. (This step should be done with protective eye covering.) Keep
131 the diode legs; they will be needed in the next step.
132
133 \section{Controller}
134
135 Once the diodes are in place, you can begin attaching the
136 controller. This is the trickiest part of the assembly process, so
137 once you knock this out it's all down hill. First pre-fill all the
138 holes we're going to use on the controller with solder. (This is all
139 the left side ones, plus all the right side ones except 3V3, 5V, and
140 VIN.) If you have a ``helping hands'' stand, this is where it comes in
141 useful.
142
143 \vspace{1em}
144
145 Take six trimmed diode legs and stick them into the top six pins on
146 the right-hand side of the controller by melting the pre-filled
147 solder. Solder one into the pin labeled ``GND'' as well. Put one in
148 the top and bottom pins on the other side, labeled ``0'' and
149 ``9''. We'll leave out the rest on the left for now to make
150 it easier to insert the controller into the circuit board, but we'll
151 make another pass to get those in next.
152
153 \vspace{1em}
154 \noindent\makebox[\textwidth]{%
155   \includegraphics[width=\linewidth]{controller-legs.jpg}}
156 \vspace{1em}
157
158 Straighten the attached legs as much as possible and carefully insert
159 them through the circuit board. Once they are in, you'll want to
160 populate the remaining left-side pins. Hold the board vertical either
161 using a set of helping hands or pinned between your knees as shown
162 below. Insert a diode leg through the circuit board hole so it touches
163 the already-solder-filled hole on the controller. Melt the solder
164 while pushing the diode leg barely through. You can blow on the solder
165 joint to cool it more quickly so it firms up.
166
167 \vspace{1em}
168 \noindent\makebox[\textwidth]{%
169   \includegraphics[width=0.5\linewidth]{insert-pin.jpg}}
170 \vspace{1em}
171
172 Once the pins are all in place on the controller side, it's time to
173 attach them to the circuit board. Bend them outwards and solder each
174 one, then trim all the legs.
175
176 \vspace{1em}
177 \noindent\makebox[\textwidth]{%
178   \includegraphics[width=\linewidth]{seated.jpg}}
179 \vspace{1em}
180
181 Before you go on, take the time to double-check the solder joints on
182 the controller. The solder should fill the hole completely without
183 spilling over to adjacent holes, and the legs should be secure. Also
184 check that all the diodes are facing the correct direction with the
185 black band on the bottom side. Once the switches are in place, the
186 controller will be pinned between the switch plate and the circuit
187 board, making it difficult to make further changes to the controller.
188
189 \section{Switches}
190
191 \noindent\makebox[\textwidth]{%
192   \includegraphics[width=\linewidth]{switch-corners.jpg}}
193
194 \vspace{1em}
195
196 Next take four switches and place each switch in a corner of the
197 switch plate. Put the switch plate face-down on the table with the
198 pins sticking up. Carefully fit the circuit board over the protruding
199 pins and posts and solder those to hold the circuit board and the
200 switch plate together. The labeled side of the board should be
201 face-up. Take care that the switch pins are straight; pushing in a
202 switch with a pin that's a bit bent will bend it flat and prevent it
203 from poking through the circuit board.
204
205 \vspace{1em}
206
207 If your kit has five linear switches (non-tactile, usually red) place
208 those in the modifier positions next and solder them in. These all go
209 on the bottom row: SW3:3, SW5:0, SW6:0, SW8:3, and SW9:3. Then proceed
210 with the rest of the switches. The switches should pin the switch
211 plate to the circuit board.
212
213 \vspace{1em}
214 \noindent\makebox[\textwidth]{%
215   \includegraphics[width=\linewidth]{switches.jpg}}
216 \vspace{1em}
217
218 \section{Wrapping up}
219
220 Plug in the USB micro cable into the controller, and plug the other
221 side into your computer. Get a copy of the
222 firmware \footnote{Available at
223   https://github.com/technomancy/atreus-firmware} and its
224 dependencies, \texttt{avrdude} and \texttt{gcc-avr}, linked in the
225 firmware readme. The first time you upload the firmware, you will have
226 to use the backup reset to enter the bootloader: take a diode leg or
227 wire and touch one end to the reset pin and one end to the ground
228 pin. (These are the bottom-most two exposed pins on the right-hand
229 side of the controller.) Touch them together twice in under a second
230 and the LED will begin pulsing. This indicates it has entered the
231 bootloader for 8 seconds.
232
233 \vspace{1em}
234
235 While in the bootloader, type \texttt{make upload} from the firmware
236 directory. The firmware should be uploaded\footnote{See the firmware
237   readme for instructions about customizing the layout.}, and it
238 should start acting as a keyboard. (At this point if you need to
239 upload it again, you can use the reset key instead of touching the
240 pins together.) Now would be a good time to test each switch by typing
241 ``The quick, brown fox jumped over the lazy dog.'' and hitting the
242 other few keys which aren't hit by that phrase.
243
244 \vspace{1em}
245
246 If there's a misbehaving switch, it's often caused by a cold
247 joint. Reflow the solder on both contacts of the switch and the
248 diode. If an entire row or column is out, it's probably the connection
249 to the controller. You can follow the traces for the columns back
250 to the middle, but the rows on the back of the board are obscured when
251 the keyboard is assembled. The bottom four pins on the left correspond
252 to the four rows, top to bottom. Reflowing the pin's solder for the
253 affected row or column is usually enough to get it working.
254
255 \vspace{1em}
256
257 Before you place the rubber feet on the bottom plate near the corners,
258 consider giving the outer case another coat or two of wax and allowing
259 it to dry. Then close the case by placing the switch plate on top of
260 the spacer and bottom plate, placing the top plate on it, and screwing
261 it together with the nuts on top. If the rubber feet don't stay on
262 with the provided adhesive, white glue may be needed to secure them.
263
264 \vspace{1em}
265
266 All that's left is to place the keycaps. The larger keycaps go on the
267 middle thumb keys.
268
269 \vspace{1em}
270
271 Congratulations. Enjoy your new keyboard.
272
273 %% \noindent\makebox[\textwidth]{%
274 %% \includegraphics[width=\linewidth]{finished.jpg}}
275
276 \end{document}