Розроблення мікроконтролерної макроклавіатури з використанням бібліотеки Human interface device
Автор: Хмура Віталій Андрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне проєктування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Хмура В. А., Денисюк П. Ю. (керівник). Розроблення мікроконтролерної макроклавіатури з використанням бібліотеки Human interface device. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025. Розширена анотація Стрімкий розвиток програмних платформ, зростання складності професійних середовищ та інтенсивне використання багаторівневих команд спричинили підвищений попит на інструменти, здатні оптимізувати взаємодію користувача з комп’ютерними системами. Традиційні клавіатури, попри універсальність, не забезпечують достатньої ефективності у сценаріях, де необхідно багаторазово повторювати однотипні дії або використовувати складні поєднання гарячих клавіш. Актуальність дослідження зумовлена потребою у створенні апаратно-програмних засобів введення нового покоління, здатних зменшувати когнітивне навантаження, пришвидшувати робочі процеси та забезпечувати персоналізовану автоматизацію команд у професійному середовищі [1-2]. Сучасні підходи до автоматизації виконання команд включають використання макросистем, стандарту USB HID та мікроконтролерних платформ, що дозволяють обробляти події на апаратному рівні. Технологія HID забезпечує універсальне розпізнавання пристроїв операційними системами без встановлення драйверів [3], що робить її базовим механізмом створення переносимих та інваріантних засобів введення. Мікроконтролерні платформи, зокрема ті, що використовують ATmega32U4, забезпечують апаратну підтримку USB HID і дозволяють формувати компактні, надійні і придатні до розширення інтерактивні пристрої [5]. Об’єкт дослідження – процес апаратної генерації макрокоманд у комп’ютерних системах. Предмет дослідження – методи та засоби побудови мікроконтролерної HID-клавіатури для виконання користувацьких макросценаріїв. Мета дослідження полягає у розробленні апаратно-програмної макроклавіатури з можливістю гнучкого керування профілями, запису макрокоманд та інтеграції з сучасними програмними середовищами. У роботі здійснено комплексний аналіз сучасних підходів до автоматизації введення команд, досліджено принципи функціонування HID-пристроїв, розглянуто архітектуру мікроконтролерних платформ та оцінено їх придатність для побудови апаратних інтерфейсів введення. На підставі проведеного аналізу сформовано вимоги до системи, спроєктовано логічну модель взаємодії вузлів, розроблено апаратну структуру та програмні модулі обробки подій. Значну увагу приділено модульності, можливості масштабування, підтримці профілів, автоматичному перемиканню залежно від активного застосунку та збору статистики натискань для подальшої оптимізації макросценаріїв. Наукова новизна роботи полягає у формуванні відкритої архітектури апаратної макроклавіатури, що поєднує фіксовану апаратну матрицю з гнучкою програмною інтерпретацією команд. Розроблена система забезпечує локальну генерацію макросценаріїв без потреби у драйверах, підтримує контекстну адаптацію профілів та включає інструменти аналізу користувацької активності. В роботі також удосконалено підхід до організації подієвої обробки, синхронізації команд і побудови програмно-апаратного каналу введення макрокоманд. Практична цінність результатів полягає у створенні робочого прототипу мікроконтролерної макроклавіатури, реалізованої на платформі Arduino Pro Micro та доповненої програмним забезпеченням на Python. Система підтримує реєстрацію натискань, редагування макрокоманд, керування профілями та візуалізацію станів у графічному інтерфейсі. Отриманий прототип може застосовуватися для підвищення продуктивності роботи програмістів, дизайнерів, аналітиків, монтажерів відео, операторів цифрових систем та інших користувачів, чия діяльність передбачає інтенсивне використання повторюваних команд. Архітектура є відкритою та може бути розширена шляхом додавання енкодерів, сенсорних елементів, підсвітки або розширення матриці клавіш. Ключові слова: HID, макроклавіатура, автоматизація команд, мікроконтролер, Python, USB HID, профілі користувача, подієва обробка, інтерфейси введення. Перелік використаних літературних джерел. 1. Макаров В. М. Проєктування людино-машинних інтерфейсів: навчальний посібник. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. 142 с. 2. Dix A., Finlay J., Abowd G. D., Beale R. Human-Computer Interaction. 3rd ed. Pearson Prentice Hall, 2004. 834 p. 3. Shneiderman B., Plaisant C., Cohen M., Jacobs S. Designing the User Interface: Strategies for Effective Human-Computer Interaction. 6th ed. Pearson, 2016. 672 p. 4. Norman D. A. The Design of Everyday Things. Revised and Expanded Edition. Basic Books, 2013. 368 p. 5. Raskin J. The Humane Interface: New Directions for Designing Interactive Systems. Addison-Wesley Professional, 2000. 233 p.