基于ESP32 S2的模拟键盘鼠标

内容介绍

1简介

ESP32-S2芯片搭载 Xtensa® 32 位 LX7 单核处理器，工作频率高达 240 MHz。芯片支内置 320 KB SRAM/128 KB ROM，这款芯片支持带有usb接口，虽然没有蓝牙接口，但是在物联网方面应用也是广泛，支持arduino编程，网上的参考资料和例程都比较多。usb接口省去了usb转串口模块，所以整个核心板模块非常小巧。但是这款开发板用arduino编程，搭建环境较为曲折。

这次实现的是ESP32模拟USB键盘鼠标设备，因为是S2这里通过usb接口实现键鼠设备，如果是ESP32其他型号，还可以通过蓝牙实现键鼠设备。

2.硬件原理图

2.1硬件框图

控制鼠标移动和实现字符串输入，按键点击，需要用到摇杆和按键部分硬件，模拟键盘鼠标是通过ESP32的USB接口，通过USB接口连接到PC，在PC上演示功能。硬件框图如下。

2.2PWM输入电路

电位器输入，一般是通过adc读取两个通道的电阻值变化，这里扩展板通过震荡电路的转换，可以通过一个io读取pwm的频率和占空比，即可读取到二轴电位器的阻值变化。

扩展板连接到核心板的IO是GPIO1。

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2.3按键输入电路

由于扩展板掉了一颗按键，只有K2按钮，这里通过组合按键实现两个按钮的功能。不同的按键按下，电压值不一样，这里可以采用实测的方法，直接测量电压值，根据范围判断按钮是哪一个按下。这里扩展板连接到核心板是IO1，通过ADC读取电压值判断按键。

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3.程序

3.1程序框图

上电后需要先初始化ADC和USB接口以及PWM中断，实现模拟鼠标和读取按键输入，摇杆输入。主循环中采集ADC和PWM的输入，如果这两个数值任何一个达到设定值，就会执行相应的键鼠动作。程序流程图如下。

3.2初始化程序

Arduino程序部分实现比较简单，这里通过修改KeyboardandmouseControl例程，在这个基础上去实现功能，初始化的程序如下，注意键盘符合设备和usb虚拟串口只能有一个工作。

void setup() { // initialize the buttons' inputs:
  pinMode(upButton, INPUT_PULLUP);
  pinMode(downButton, INPUT_PULLUP);
  pinMode(leftButton, INPUT_PULLUP);
  pinMode(rightButton, INPUT_PULLUP);
  pinMode(mouseButton, INPUT_PULLUP);

  // initialize mouse control:
  Mouse.begin();
  Keyboard.begin();
  USB.begin();
    pinMode(pwmPin, INPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pwmPin), changeISR, CHANGE);
  analogReadResolution(12);
  //Serial.begin(115200);
  pinMode(1, INPUT);
}

3.3 IO分配

根据扩展板引脚接线原理图，IO引脚定义和初始化如下

int pwmPin = 2;   //信号输入的管脚
 pinMode(pwmPin, INPUT);
 pinMode(1, INPUT);
analogReadResolution(12);

3.4 PWM占空比和频率测量函数

esp32的例程丰富，这里直接借用网上的PWM处理的函数。读取后将占空比和频率存入两个全局变量中。

void changeISR()
{
  auto now = micros();
  if(digitalRead(pwmPin))  //现在是高
  {
    portENTER_CRITICAL_ISR(&mux);   //进入临界区
    auto total = now - raiseTime;
    fre = 1e6/(double)total;
    auto h = fallTime - raiseTime;
    duty = h/(double)total;
    portEXIT_CRITICAL_ISR(&mux);   //离开临界区
    raiseTime = now;
  }
  else
  {
    fallTime = now;
  }
}

3.5主函数

1s检测一次按键的输入，和PWM的频率和占空比，如果电位器发生变化或者按键按下，调用按键或者鼠标函数。附件的程序文档，有很多是测试的部分并未删除，不影响程序功能。

void loop() {
  // use serial input to control the mouse:
  if (Serial.available() > 0) {
    char inChar = Serial.read();
  portENTER_CRITICAL(&mux);
  double f = fre;
  double d = duty;
  portEXIT_CRITICAL(&mux);
  //Serial.println(f);
  //Serial.println(d);
   int analogValue = analogRead(1);
    if ((analogValue>1500)&&(d>0.7)) {//Serial.println("down");
    Mouse.move(0, 10);}
    if (d<0.45) {//Serial.println("up");
    Mouse.move(0, -10);}
    if (f>400) {//Serial.println("right");
    Mouse.move(10, 0);}
    if (f<230) {//Serial.println("left");
    Mouse.move(-10, 0);}
    if (analogValue<1500)
  { SendString("eetree.cn");
    }
     if ((analogValue<1500)&&(d>0.7))
  { 
    Mouse.click(MOUSE_LEFT);
    }
  delay(1000);
}

4.遇到的问题

程序之前是在win8的平台下写的，esp32 s2如果是使用usb虚拟串口烧录程序，驱动需要安装，不然是无法烧录的，只能通过串口烧录。并且键鼠设备，win8下识别也并不可靠，视频是通过连接到一台win10的电脑演示。

arduino并不是所有的例程都能实现，由于时间不足没有过多深入，可以多尝试，不同开发板，同一例程有时候会有不同的结果。

网上很多关于S2的搭建环境已经失效，有时候并不是网络问题，导致安装失败。

5.总结

通过arduino编程，虽然编程简单，不需要开发驱动，但是新平台还是会遇到不是问题，后续有机会需要更多了解库文件里面具体的代码。