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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. Apply some to the brush 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 the construction
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 hot iron thinly with some solder before you
111 start. The key is to use the iron to heat both parts of the joint for
112 a second or two, then bring in a dab of the solder and let it melt and
113 stick to the 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 each diode's arrow
121 on the printed side of the board. Once all five are in, bend the legs
122 of the diodes outwards to hold them in place, then flip the board over
123 and solder them in place.
124
125 \vspace{1em}
126 \noindent\makebox[\textwidth]{%
127   \includegraphics[width=\linewidth]{diodes.jpg}}
128 \vspace{1em}
129
130 Once they're soldered, trim the diode legs with wire cutters. Hold
131 onto the diode leg as you trim it to keep it from flying across
132 the room. Keep the diode legs; they will be needed in the next
133 step. Repeat until each diode position is filled.
134
135 \section{Controller}
136
137 Once the diodes are in place, you can begin attaching the
138 controller. This is the trickiest part of the assembly process, so
139 once you knock this out it's all down hill. First pre-fill all the
140 holes we're going to use on the controller with solder. (This is all
141 the left side ones, plus all the right side ones except 3V3, 5V, and
142 VIN.) If you have a ``helping hands'' stand, this is where it comes in
143 useful.
144
145 \vspace{1em}
146
147 If the controller came in a pink bag with its own header pins, you may
148 be tempted to use them to connect the controller to the circuit
149 board. Don't do this--they are too big and will prevent the case from
150 closing when you're done.
151
152 \vspace{1em}
153
154 Take six trimmed diode legs and stick them into the top six pins on
155 the right-hand side of the controller by melting the pre-filled
156 solder. Solder one into the pin labeled ``GND'' as well. Put one in
157 the top and bottom pins on the other side, labeled ``0'' and
158 ``9''. We'll leave out the rest on the left for now to make
159 it easier to insert the controller into the circuit board, but we'll
160 make another pass to get those in next.
161
162 \vspace{1em}
163 \noindent\makebox[\textwidth]{%
164   \includegraphics[width=\linewidth]{controller-legs.jpg}}
165 \vspace{1em}
166
167 Straighten the attached legs as much as possible and carefully insert
168 them through the circuit board. Once they are in, you'll want to
169 populate the remaining left-side pins. Hold the board vertical either
170 using a set of helping hands or pinned between your knees as shown
171 below. Insert a diode leg through the circuit board hole so it touches
172 the already-solder-filled hole on the controller. Melt the solder
173 while pushing the diode leg barely through. You can blow on the solder
174 joint to cool it more quickly so it firms up.
175
176 \vspace{1em}
177 \noindent\makebox[\textwidth]{%
178   \includegraphics[width=0.5\linewidth]{insert-pin.jpg}}
179 \vspace{1em}
180
181 Once the pins are all in place on the controller side, it's time to
182 attach them to the circuit board. Bend them outwards and solder each
183 one, then trim all the legs.
184
185 \vspace{1em}
186 \noindent\makebox[\textwidth]{%
187   \includegraphics[width=\linewidth]{seated.jpg}}
188 \vspace{1em}
189
190 Before you go on, take the time to double-check the solder joints on
191 the controller. The solder should fill the hole completely without
192 spilling over to adjacent holes, and the legs should be secure. Also
193 check that all the diodes are facing the correct direction with the
194 black band pointing to the bottom of the board. Once the switches are
195 in place, the controller will be pinned between the switch plate and
196 the circuit board, making it difficult to make further changes to the
197 controller.
198
199 \section{Switches}
200
201 \noindent\makebox[\textwidth]{%
202   \includegraphics[width=\linewidth]{switch-corners.jpg}}
203
204 \vspace{1em}
205
206 Next take four switches and place each switch in a corner of the
207 switch plate. Put the switch plate face-down on the table with the
208 pins sticking up. Carefully fit the circuit board over the protruding
209 pins and posts and solder those to hold the circuit board and the
210 switch plate together. The labeled side of the board should be
211 face-up. Take care that the switch pins are straight; pushing in a
212 switch with a pin that's a bit bent will bend it flat and prevent it
213 from poking through the circuit board.
214
215 \vspace{1em}
216
217 If your kit has five linear switches (non-tactile, usually red) place
218 those in the modifier positions next and solder them in. These all go
219 on the bottom row: SW3:3, SW5:0, SW6:0, SW8:3, and SW9:3.
220
221 \vspace{1em}
222
223 Once you have a switch in each column and a switch in each row, you
224 can skip ahead to the next step where you install the firmware in
225 order to ensure all the connections to the controller are solid. If
226 you place all the switches now, it will be difficult to fix problems
227 with the controller since reaching the controller involves removing
228 all the switches. Testing with only a few switches attached will let
229 you spot problems early when they're still easier to fix.
230
231 \vspace{1em}
232 \noindent\makebox[\textwidth]{%
233   \includegraphics[width=\linewidth]{switches.jpg}}
234 \vspace{1em}
235
236 \section{Wrapping up}
237
238 Plug in the USB micro cable into the controller, and plug the other
239 side into your computer. Get a copy of the
240 firmware \footnote{Available at
241   https://github.com/technomancy/atreus-firmware} and its
242 dependencies, \texttt{avrdude} and \texttt{gcc-avr}, linked in the
243 firmware readme. The first time you upload the firmware, you will have
244 to use the backup reset to enter the bootloader: take a diode leg or
245 wire and touch one end to the reset pin and one end to the ground
246 pin. (These are the bottom-most two exposed pins on the right-hand
247 side of the controller.) Touch them together twice in under a second
248 and the LED will begin pulsing. This indicates it has entered the
249 bootloader for 8 seconds.
250
251 \vspace{1em}
252
253 While in the bootloader, type \texttt{make upload} from the firmware
254 directory. The firmware should be uploaded\footnote{See the firmware
255   readme for instructions about customizing the layout.}, and it
256 should start acting as a keyboard. (At this point if you need to
257 upload it again, you can use the reset key instead of touching the
258 pins together.) Now would be a good time to test each switch by typing
259 ``The quick, brown fox jumped over the lazy dog.'' and hitting the
260 other few keys which aren't hit by that phrase.
261
262 \vspace{1em}
263
264 If there's a misbehaving switch, it's often caused by a cold
265 joint. Reflow the solder on both contacts of the switch and the
266 diode. If an entire row or column is out, it's probably the connection
267 to the controller. You can follow the traces for the columns back
268 to the middle, but the rows on the back of the board are obscured when
269 the keyboard is assembled. The bottom four pins on the left correspond
270 to the four rows, top to bottom. Reflowing the pin's solder for the
271 affected row or column is usually enough to get it working.
272
273 \vspace{1em}
274
275 Before you place the rubber feet on the bottom plate near the corners,
276 consider giving the outer case another coat or two of wax and allowing
277 it to dry. Then close the case by placing the switch plate on top of
278 the spacer and bottom plate, placing the top plate on it, and screwing
279 it together with the nuts on top. If the controller was not attached
280 close enough to the circuit board, it may be necessary to sand down
281 the USB connector in order to close the case. If the rubber feet don't
282 stay on with the provided adhesive, white glue may be needed to secure
283 them.
284
285 \vspace{1em}
286
287 All that's left is to place the keycaps. The larger keycaps go on the
288 middle thumb keys.
289
290 \vspace{1em}
291
292 Congratulations. Enjoy your new keyboard. It will take a considerable
293 adjustment period to get used to it, but it should result in much more
294 comfortable and effective typing. Also remember that you're encouraged
295 to customize the layout to make it truly your own.
296
297 \vspace{1em}
298
299 Happy typing!
300
301 %% \noindent\makebox[\textwidth]{%
302 %% \includegraphics[width=\linewidth]{finished.jpg}}
303
304 \end{document}