描述

項(xiàng)目原因

在我訪問(wèn)和生活過(guò)的許多國(guó)家，公園里都有帶棋盤(pán)的桌子。游客們習(xí)慣在那兒下棋，經(jīng)常和不知名的對(duì)手下棋。

作為一個(gè)國(guó)際象棋愛(ài)好者，我第一次看到幾個(gè)棋手享受戶(hù)外新鮮空氣，公園里陽(yáng)光明媚的一天，以及一場(chǎng)精彩的國(guó)際象棋挑戰(zhàn)時(shí)，給我留下了深刻的印象。

在您看到兩名棋手在下棋的地方，您還會(huì)看到一小群國(guó)際象棋愛(ài)好者跟隨比賽并對(duì)棋步進(jìn)行評(píng)論。

與偶然的對(duì)手下棋

如今，由于社會(huì)疏遠(yuǎn)規(guī)則，這種做法不再可能或非常困難。這就是我決定考慮如何找到一種低成本且可靠的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的原因。并誕生了“遠(yuǎn)方典當(dāng)”項(xiàng)目。

Playing in the Post-COVID Era

為了保持與保持社交距離的對(duì)手在任何地方下棋成為可能，每個(gè)玩家都將使用單獨(dú)的棋盤(pán)。

每個(gè)棋盤(pán)格都有一個(gè)傳感器，能夠檢測(cè)棋子的拾取和放置移動(dòng)，以跟蹤兩個(gè)玩家的棋子；當(dāng)一個(gè)玩家在他的棋盤(pán)上移動(dòng)時(shí)，同樣的移動(dòng)被發(fā)送到對(duì)手的棋盤(pán)，這將使棋子在正確的位置上移動(dòng)并形成自己的棋子。

以此類(lèi)推，直到游戲結(jié)束。

解決方法

該解決方案基于兩個(gè) MKR WiFi 1010 和一些額外的硬件。

注意：由于難以在合理的時(shí)間內(nèi)找到我計(jì)劃在原始設(shè)計(jì)中使用的霍爾效應(yīng)傳感器，我使用 Omron 的超小型微動(dòng)開(kāi)關(guān)更改了棋子移動(dòng)檢測(cè)。棋盤(pán)格閱讀方法保持不變。

(1) 從原型到生產(chǎn)——根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，潛在的產(chǎn)品版本將使用霍爾效應(yīng)傳感器進(jìn)行棋子檢測(cè)。這具有在不影響設(shè)計(jì)的情況下簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。該方法的工件檢測(cè)可以在工件底座內(nèi)部使用小磁鐵（用直徑3毫米的釹測(cè)試，效果滿(mǎn)意）或直接使用金屬工件進(jìn)行檢測(cè)。

The Game Workflow

• 當(dāng)棋子在游戲過(guò)程中被放置或移除時(shí)，它會(huì)被檢測(cè)到。
• Arduino MKR1010 檢測(cè)所有棋子的位置并驗(yàn)證移動(dòng)或生成錯(cuò)誤消息并且不接受移動(dòng)。
• RGB LED 以不同顏色顯示游戲狀態(tài)，例如等待移動(dòng)（綠色）、等待對(duì)手移動(dòng)（紅色）、系統(tǒng)啟動(dòng)（藍(lán)色）、鏈接啟用（青色）等。
• 游戲遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則。當(dāng)棋子被移動(dòng)時(shí)（如果不是錯(cuò)誤的移動(dòng)），玩家有義務(wù)使用該棋子進(jìn)行移動(dòng)。
• Arduino MKR1010 驗(yàn)證移動(dòng)并更新兩個(gè)玩家的顯示。
• Arduino MKR1010 考慮到兩個(gè)玩家的狀態(tài)以及每一步棋子在棋盤(pán)上的位置；它還可以作為經(jīng)典國(guó)際象棋計(jì)時(shí)器中通常存在的每一步和其他功能的游戲驗(yàn)證器。
• 兩個(gè) Arduino MKR1010 通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn) WiFi 連接連接在一起：兩個(gè)設(shè)備之一設(shè)置為 AP（接入點(diǎn)），而另一個(gè)可以連接到它。

IMPORTANT NOTE: THE OFFICIAL PROTOTYPE TEST WILL BE ON THE SECOND MID OF THE MONTH OF SEPTEMBER 2020 IN A SMALL TOURNAMENT OUTDOOR – RESPECTING THE SOCIAL DISTANCE.

THE EVENT WILL BE DOCUMENTED AND FILMED.

TO READ MORE IN-DEPTH THE STORY BEHIND THIS PROJECT, UPDATES AND MORE HOW-TO MATERIAL, AS WELL AS THE LAST UPDATES, FOLLOW THE DETAILS ON THE PROJECT WEBSITE WE-ARE-BORG.COM

棋盤(pán)廣場(chǎng)

拿到微動(dòng)開(kāi)關(guān)后，根據(jù)上面的草圖，我用Fusion360設(shè)計(jì)了游戲板的方形模塊，嵌入了微動(dòng)開(kāi)關(guān)，如下圖所示：

然后用 Elegoo Saturn 3D 打印機(jī)打印出正方形。

在下圖中，內(nèi)部帶有微動(dòng)開(kāi)關(guān)的電路板的第一個(gè)原型。

制作兩個(gè)原型棋盤(pán)

兩個(gè)棋盤(pán)的原型是3D打印128個(gè)方格，涂漆，然后用氰基丙烯酸酯膠粘在一起。這部分工作需要大量的時(shí)間，對(duì)Elegoo Saturn LCD 3D打印機(jī)以及大約2、5L的感光樹(shù)脂進(jìn)行了強(qiáng)大的性能測(cè)試。

上面的圖片顯示了我是如何將他畫(huà)的正方形組裝和粘合在一起的。

為了制作微動(dòng)開(kāi)關(guān)的連接網(wǎng)格，我要感謝Element14 社區(qū)的朋友Baldengineer ，他發(fā)表了一篇關(guān)于如何使用 Arduino 管理開(kāi)關(guān)網(wǎng)格的精彩文章（來(lái)源：Arduino Keyboard Matrix Code）。

(2) 從原型到生產(chǎn)- 使用上述方法制作棋盤(pán)非常適合原型制作，但對(duì)于生產(chǎn)來(lái)說(shuō)并不可靠。如果使用 3D 打印機(jī)進(jìn)行原型制作留下了很多可能來(lái)修改設(shè)計(jì)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并找到解決方案的最佳方法，如果這款游戲?qū)⑼度肷a(chǎn)，那么應(yīng)該選擇更高效、更快速的方式來(lái)創(chuàng)建棋盤(pán)。實(shí)際上，大多數(shù)取決于單元的數(shù)量；對(duì)于市場(chǎng)測(cè)試預(yù)生產(chǎn)，使棋盤(pán)激光切割可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。我已經(jīng)評(píng)估了如何采用一種有效的方法來(lái)創(chuàng)建具有兩種顏色之一的棋盤(pán)底，并帶有用于替代顏色方塊的插圖。

制作棋子

下面是用 Elegoo Saturn LCD 打印機(jī) 3D 打印并上色的棋子的第一個(gè)系列（兩個(gè)對(duì)手）的畫(huà)廊。

這些作品來(lái)自Thingiverse ，感謝作者FunFunBoy ，他在 CC 許可下許可了 STL 文件。

硬件游戲控制器

組裝硬件非常簡(jiǎn)單。考慮到 Arduino MKR1010 的外形尺寸，我做了一個(gè)小型定制屏蔽來(lái)承載 Oled 128x64 I2C 顯示器和用于警報(bào)的 RGB LED。

鏈接到 I2C Oled 顯示器我還連接了兩個(gè)基于 8 針雙向 GPIO 擴(kuò)展器PCF8574的小板（固定在棋盤(pán)的底部） 。

我已經(jīng)使用了兩個(gè)預(yù)制板來(lái)節(jié)省時(shí)間，而不是使用 IC 組件制作（簡(jiǎn)單）板，因?yàn)槲覔?dān)心總線協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸中的潛在問(wèn)題。

在繼續(xù)制作 MKR1010 擴(kuò)展板之前，我測(cè)試了兩個(gè) GPIO 擴(kuò)展器，但沒(méi)有任何效果:(不僅是當(dāng)我試圖更改 I2C 地址的板跳線設(shè)置時(shí)，整個(gè) Arduino 板都短路了。

Weird!

測(cè)試表明，這些板只有在設(shè)置默認(rèn) I2C 地址時(shí)才能正常工作，對(duì)應(yīng)于所有三個(gè)連接到 GND 的跳線。嘗試任何其他配置會(huì)使微控制器短路。所以我決定犧牲其中一塊板子，清洗電路（幸運(yùn)的是，它只是雙面PCB），看看電線的路徑。結(jié)果：無(wú)論地址跳線設(shè)置如何，電路始終將所有三個(gè)引腳連接到 GND。如果其中一個(gè)跳線設(shè)置為 VCC，則會(huì)產(chǎn)生短路。

我想這些在亞馬遜上出售的“原裝”板只是假的；誰(shuí)克隆了這個(gè)非常簡(jiǎn)單的電路完全失敗了。很難找到這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槊繅K板在測(cè)試時(shí)都可以正常工作；只有在更改 I2C 地址時(shí)才會(huì)出現(xiàn) I2C 問(wèn)題。

已經(jīng)將電路板放在我的桌子上，而且時(shí)間很少，我破解了其中一些，破壞了設(shè)置跳線引腳之間的 PCB 軌道。板子終于可以使用任何地址配置了！

在無(wú)法對(duì)其進(jìn)行測(cè)試之前，我一直非常關(guān)注最后一個(gè)潛在問(wèn)題。如上圖所示組裝屏蔽后，我不確定 I2C 總線信號(hào)的質(zhì)量是否足夠——考慮到將兩個(gè) GPIO 擴(kuò)展器連接到另一個(gè) I2C 組件的 20 厘米電線——所以我用示波器檢查了；如下圖所示，結(jié)果非常令人滿(mǎn)意，也好于預(yù)期。

關(guān)于軟件的簡(jiǎn)短說(shuō)明

雖然構(gòu)建硬件非常容易，但軟件的邏輯幾乎是復(fù)雜的。它分為四個(gè)主要部分：

• OLED顯示屏；顯示重要消息、最后玩家移動(dòng)和游戲歷史。它是一個(gè)消息專(zhuān)用類(lèi)，包括管理顯示游戲狀態(tài)的 RGB LED 的方法。
• 棋局控制邏輯；它是一個(gè)專(zhuān)門(mén)的類(lèi)，用于跟蹤移動(dòng)、驗(yàn)證移動(dòng)并檢查棋子的正確位置。
• WiFi連接；保持打開(kāi)兩個(gè)板之間的連接，并通過(guò)瀏覽器將當(dāng)前游戲公開(kāi)給連接到 MKR1010 接入點(diǎn)的任何設(shè)備。
• 棋盤(pán)掃描儀；不斷更新程序邏輯使用的所有方塊的物理狀態(tài)。

然后，可以通過(guò) MKR1010 (Serial1) 的 Tx/Rx UART 引腳檢查為開(kāi)發(fā)和測(cè)試創(chuàng)建的第三部分。

該軟件的當(dāng)前運(yùn)行版本以及將在未來(lái)幾周內(nèi)發(fā)布的更新可在 GitHub 存儲(chǔ)庫(kù)上的開(kāi)源 LGPL 3.0 許可下獲得。

使用 Doxygen 創(chuàng)建的軟件的完整文檔，以及與項(xiàng)目相關(guān)的更多材料，可在官方項(xiàng)目頁(yè)面we-are-borg.com上找到

從原型到生產(chǎn)

我在上面的故事中將這個(gè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)移到商業(yè)產(chǎn)品的假設(shè)中必須改變或?qū)彶榈姆矫姘l(fā)表了一些評(píng)論：我最大的擔(dān)憂(yōu)與棋盤(pán)和棋子部分有關(guān)。我已經(jīng)回顧了整個(gè)項(xiàng)目工作流程，并做了更多的考慮。

Hardware Controller

在我看來(lái)，Arduino MKR1010 絕對(duì)是解決方案：小尺寸和低功耗。它可以由傳統(tǒng)電池供電（不鼓勵(lì)），但它可以很好地與不可更換的鋰離子聚合物電池一起使用傳統(tǒng)的 USB 充電器自動(dòng)充電，以及在使用外部 USB 電池組充電時(shí)供電。據(jù)我所知，如果硬件沒(méi)有產(chǎn)生輸出信號(hào)，電池移動(dòng)電源（大多數(shù)）會(huì)停止充電，因?yàn)樗鼈兪菫?a href='http://qiaming.cn/v/tag/11230/' target='_blank' class='arckwlink_none'>智能手機(jī)充電而設(shè)計(jì)的。我已經(jīng)通過(guò)簡(jiǎn)單的代碼修改修改了這種潛在的問(wèn)題：在未使用的引腳上生成的脈沖（這里我們有幾個(gè)）使外部電池充電器保持活動(dòng)狀態(tài)。

如上圖所示，為了使 Arduino MKR1010 和防護(hù)罩緊湊且可在外殼內(nèi)使用，我已經(jīng)從 Arduino 上切下了底部的面包板引腳。可以通過(guò)制作定制 PCB 來(lái)更好地分配組件，以及使控制器具有更小的外形，在該 PCB 上提供插頭（或直接焊接）MKR 1010，而無(wú)需引腳連接器陣列。PCB 將同時(shí)是具有適當(dāng)設(shè)計(jì)外殼的小型 Oled 顯示器的電路和支架。

關(guān)于 Oled 顯示器：我擔(dān)心這么小的設(shè)備并不是這種實(shí)施的最佳解決方案，大多數(shù)情況下都是為戶(hù)外使用而設(shè)計(jì)的。相反，看到顯示就位——以及使用不同字體大小和樣式輕松管理它的可能性——我發(fā)現(xiàn)該解決方案是正確的選擇。

關(guān)于 I2C GPIO 端口擴(kuò)展器：此外，在這種情況下，應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)小型專(zhuān)用 PCB（帶有幾個(gè)低調(diào)連接器）來(lái)代替我用來(lái)制作原型的預(yù)制板。

Redesigning the Chessboard

毫無(wú)疑問(wèn)，棋盤(pán)面應(yīng)該重新設(shè)計(jì)。探索幾種解決方案，我看到了兩種可能的選擇：

1. 小型預(yù)生產(chǎn)（約50件）

對(duì)于這種生產(chǎn)，仍然可以使用微動(dòng)開(kāi)關(guān)解決方案或 - 更好但更昂貴 - 霍爾效應(yīng) IC。棋盤(pán)的底部（一個(gè)帶有傳感器孔的矩形）可以很容易地從 3 毫米的亞克力板上用激光切割下來(lái)，上面粘有 PVC 膠紙，上面印有雙色棋子。棋盤(pán)的電子底面設(shè)計(jì)幾乎保持不變。

2. 平均和批量生產(chǎn)（100 件以上）

鍵盤(pán)控制器 I2C 將取代 GPIO 端口擴(kuò)展器。它可以使用 I2C IC 保持當(dāng)前的軟件設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是大部分按鍵工作由 IC 本身完成，而不是 Arduino 控制器。

在這種情況下，兩層觸摸鍵盤(pán)將取代傳感器，但應(yīng)開(kāi)發(fā)定制設(shè)計(jì)以及構(gòu)建物理鍵盤(pán)。