Tablero de Ajedrez Electrónico 4x4 Prototipo – Integración RFID y Arduino

Componentes y Suministros

Sensor Efecto Hall	×	16
Protoboard Sin Soldar Tamaño Completo	×	1
LED (genérico)	×	16
Lector RFID (genérico) - 125 kHz RFID Reader and Antenna	×	1
Arduino Mega 2560	×	1
Etiqueta RFID 3M	×	2

Herramientas y Máquinas Necesarias

Plexiglás

Papel Brillante

Tablones de Madera

Pintura Acrílica (verde oscuro y crema) x2

Imanes Redondos 10 mm

Piezas de Ajedrez: Peón y Reina

Soldador y Materiales de Soldadura

Aplicaciones y Servicios Online

Arduino IDE

Sobre este Proyecto

Hola makers,

Soy Tahir Miriyev, graduado 2018 de la Universidad Técnica de Oriente Medio, Ankara/Turquía. Me especialicé en Matemáticas Aplicadas, pero siempre me gustó hacer cosas, especialmente cuando involucraba trabajo manual con electrónica, diseño y programación. Gracias a un curso único de prototipado en nuestro departamento de Diseño Industrial, tuve la oportunidad de hacer algo realmente interesante. El proyecto se trató como Proyecto de Término, duró un semestre completo (4 meses). A los estudiantes se les asignó encontrar un enfoque creativo para diseñar productos/demos ya existentes y realizar sus ideas usando microcontroladores Arduino y sensores. Pensé en el ajedrez, y tras investigar proyectos exitosos, noté que en proyectos previos los makers usaban básicamente motores de ajedrez listos (donde todos los movimientos de cada pieza estaban programados en el núcleo), junto con Raspberry Pi, MUXes, LEDs y reed switches. En mi proyecto, decidí prescindir de cualquier software externo como motor de ajedrez, y encontrar una solución creativa para el problema de Reconocimiento de Figuras, usando lector RFID, sensores de efecto Hall y Arduino Mega.

Para simplificar: supongamos que tienes un tablero de ajedrez con un "cerebro" = microcontrolador, y tienes que hacer que tu tablero entienda qué figura sostienes en la mano y dónde la has colocado. Este es el problema de Reconocimiento de Figuras. La solución es trivial cuando tienes un motor de ajedrez con todas las piezas en posiciones iniciales. Antes de explicar por qué, algunas observaciones.

Para quienes les interesa cómo funcionan las cosas, aclaro por qué necesitamos reed switches (en mi caso, sensores de efecto Hall): si pones un imán bajo cada pieza y la levantas de una casilla (asumiendo un reed switch bajo cada casilla), por la existencia/no existencia del campo magnético sobre el sensor, puedes hacer que el controlador entienda si hay/no hay pieza en la casilla. Sin embargo, no dice al microcontrolador exactamente qué pieza está en la casilla. Solo dice que hay/no hay pieza. En este punto nos enfrentamos al problema de Reconocimiento de Figuras, que puede resolverse usando un motor de ajedrez con todas las piezas en posiciones iniciales al empezar la partida. Así el microcontrolador "sabe" dónde está cada pieza desde el principio, con todas las direcciones fijas en memoria. No obstante, esto trae una gran limitación: no puedes seleccionar, digamos, cualquier número de piezas y colocarlas aleatoriamente en el tablero y empezar a analizar. Siempre tienes que empezar desde el principio, todas las piezas deben estar en el tablero originalmente, ya que esta es la única forma para que el microcontrolador rastree sus ubicaciones una vez que levantas una pieza y la pones en otra casilla. En esencia, este era el problema que noté y decidí trabajar.

Mi solución fue simple, aunque creativa. Colocé un lector RFID en el lado frontal del tablero. Mientras tanto, puse no solo un imán bajo las piezas sino también una etiqueta RFID, cada pieza con ID único. Por tanto, antes de colocar una figura en cualquier casilla deseada, primero acercas la pieza al lector RFID y dejas que lea el ID, identifique la pieza, la guarde en memoria, y luego la puedes colocar donde quieras. También, en lugar de reed switches, para simplificar el diseño del circuito, usé sensores de efecto Hall, que funcionan similarmente, con la única diferencia de enviar 0 o 1 al microcontrolador como dato digital, significando "hay" o "no hay" pieza en la casilla, respectivamente. Añadí LEDs también (desafortunadamente no del mismo color, no tenía), para que cuando levantes la pieza, todas las casillas donde la pieza levantada podría colocarse se iluminen. ¡Piensa en ello como práctica educativa para aprendices de ajedrez! :)

Por último, a pesar de usar varias técnicas, el proyecto sigue siendo simple y comprensible, no profundamente elaborado ni sobrecomplicado. No tuve tiempo para proceder con tablero 8x8 (también porque 64 sensores Hall son costosos en Turquía, cubrí todos los gastos del proyecto), por eso hice versión demo 4x4 con solo dos piezas probadas: Peón y Reina. En lugar de motor de ajedrez, escribí código fuente para Arduino que genera todo.

Antes de pasar a la explicación paso a paso de cómo se hizo el proyecto, recomiendo ver un video ilustrativo y obtener una idea intuitiva.

Nota #1: Uno de los LEDs rojos (primero en la fila/izquierda a derecha) se fundió, no importa.

Nota #2: Aunque ampliamente usado, por mi experiencia digo que la tecnología RFID no es la mejor idea para aplicaciones DIY (claro que si tienes alternativas). Antes de que todo funcionara, hice muchas pruebas colocando piezas cerca del lector y esperando a que leyera correctamente el ID. El puerto serie debe configurarse para eso porque la forma en que el lector RFID lee el ID es un dolor de cabeza. Uno debe probarlo por sí mismo para entender el problema.

Lista de Herramientas Usadas

Componentes Electrónicos:

• Protoboard (x1)
• Sensores Hall Omnidireccionales A1126LUA-T (IC-1126 SW OMNI 3-SIP ALLEGRO) (x16)
• LEDs básicos 5mm (x16)
• Cables jumper
• Lector RFID 125 kHz y Antena (x1)
• Arduino Mega (x1)
• Etiquetas RFID 3M (x2)

Otros Materiales:

• Plexiglás
• Papel brillante
• Tablones cortos (madera)
• Pintura acrílica (verde oscuro y crema) x2
• Cartón fino
• Imanes redondos 10 mm (x2)
• Piezas Peón y Reina
• Soldador y materiales

Explicación Paso a Paso

1. Toma un cartón 21x21 cm, más cartón extra para cortar y pegar paredes de la parte superior, para hacer 16 casillas enumeradas A B C D 1 2 3 4. Como el cartón es fino, puedes insertar 16 sensores Hall en cada casilla (3 patas cada uno) y 16 LEDs (2 patas cada uno).
2. Después de colocar componentes, necesitas soldar patas de sensores Hall y LEDs a cables jumper. Recomiendo seleccionar cables de colores inteligentemente para no confundir + y - de LEDs, y VCC, GND y PIN de sensores Hall. Por supuesto, uno podría imprimir PCB con sensores y LEDs WS2812 ya soldados, pero decidí mantener el proyecto simple y hacer más "trabajo manual". En este punto, preparas cables y sensores; en etapas siguientes, siguiendo el esquema Fritzing, ves dónde conectar cada cable. Brevemente, algunos van directo a pines Arduino Mega (hay suficientes), otros a protoboard y todos los GND se sueldan a un solo cable (tierra común) que luego se conecta a GND en Arduino. Nota importante: sensores Hall son OMNIDIRECCIONALES, da igual qué polo del imán se acerque, enviará 0 mientras hay campo magnético cerca y 1 cuando no hay (imán lejos, >5cm).
3. Prepara otro cartón 21x21 cm y fija Arduino Mega y protoboard larga. También puedes cortar 4 paredes de altura deseada de cartón y pegarlas verticalmente con las dos capas de tableros 21x21 cm. Luego sigue esquemas Fritzing para montar. También puedes colocar el lector RFID después de terminar con LEDs y sensores Hall.
4. Prueba si todos los LEDs y sensores funcionan, enviando señales con códigos básicos. No saltes este paso; te permite probar que todo funciona y pasar a la construcción del tablero.
5. Prepara Peón y Reina, con dos imanes de 10 cm radio debajo, y etiquetas RFID redondas. Luego necesitarás leer IDs de esas etiquetas desde Monitor Serie en Arduino IDE.
6. Si todo funciona, ¡puedes iniciar el código principal y probar!
7. (Opcional) Puedes hacer trabajo artístico con madera para dar vista más natural a tu demo. Depende de tu voluntad e imaginación.

Videos y Fotos de Diferentes Etapas

¡Gracias por vuestra atención! Probadlo y sed libres de escribir en comentarios cualquier error, mejoras, sugerencias. ¡Espero vuestras opiniones! Si necesitáis asistencia, escribidme (miriyevt@gmail.com) o agregadme en Skype (tahir.miriyev9r1) para concertar charla. ¡Mucha suerte!

Código

thinK_code.ino Arduino

Intenté dejar tantos comentarios como pude para hacer comprensible el análisis del código. Honestamente, la lógica puede parecer compleja a primera vista, pero si profundizas, se ve más clara.

Nota: Similar al tablero real, numeré casillas abstractamente como A1, A2, A3, A4, B1, ..., C1, ..., D1,.., D4. Sin embargo, en el código no es práctico usar esta notación. Por eso usé arrays y representé casillas como 00, 01, 02, 03, 10, 11, 12, 13, ..., 32, 33 respectivamente.

// Código completo disponible en el archivo original
// Incluye: SoftwareSerial para RFID, matrices para sensores Hall y LEDs
// Funciones: compare_ID, read_tags, first_figure, second_figure, move_queen, figure_reading
// Lógica de reconocimiento de piezas por RFID + posición por sensores Hall
// Indicación de movimientos legales con LEDs (reina: horizontales, verticales, diagonales; peón: adelante)

Esquemáticos

Los esquemáticos son un poco complicados, lo sé, pero la idea debe ser clara. Era la primera vez que usaba Fritzing (muy recomendado), probablemente las conexiones podrían dibujarse con más precisión. De todos modos, anoté todo dentro de los esquemáticos.

Nota: No encontré el modelo exacto de Lector RFID en la base de datos de Fritzing. El modelo que usé es módulo RFID 125Khz - UART. Puedes encontrar tutoriales en Youtube sobre cómo configurar este módulo con Arduino.

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