Câmpus Itajaí - Departamento de Engenharia Elétrica - Bacharelado em Engenharia Elétrica
Smart chessboard
Alunos: Gabriel Slongo Rocha e Mariana Charão da Fonseca.
Orientadores: Prof. Ênio dos Santos Silva e Prof. Sergio A. B. Petrovcic, Dr. Eng.
Desenvolvimento
As primeiras semanas do projeto foram destinadas a compra de alguns equipamentos e empréstimos de outros equipamentos com o Instituto Federal de Santa Catarina. Com todos os equipamentos em mãos, foram realizados testes. Primeiro, realizou-se o teste com os motores de passo Nema. Abaixo pode ser observado um vídeo e uma imagem do teste. Dois motores de passo serão usados neste projeto, o previsto era que o motor de 1.2 kgf utilizaria 9 V e o motor de 4.6 kgf utilizaria 12 V, durante o teste percebeu-se que essa tensão não seria suficiente para girar o motor, por isso foi utilizado 12 V para o motor de 1.2 kgf.
A alimentação dos motores é feita través de pilhas, para a conexão são utilizados cabos e duas shields, o módulo ln298 e a ponte H, todos conectados na protoboard. Na Figura 7também é possível observar um potenciômetro que serve para controlar a velocidade do motor. O vídeo mostra o motor funcionando.
Figura 7: teste dos motores de passo Nema.
Fonte: autores.
![](https://www.google.com/images/icons/product/drive-32.png)
O tabuleiro foi feito por uma loja especializada em artesanato, o material utilizado foi o madeirite, seu corte foi feito a lazer. A parte da base do tabuleiro foi comprada em uma loja de materiais para costura e feita em casa pelos alunos. O tabuleiro pode ser observado nas Figuras 8 e 9.
Figura 8: vista superior do tabuleiro.
Fonte: autores.
Figura 9: vista superior do tabuleiro.
Fonte: autores.
Na Figura 10pode-se observar o início do teste dos sensores Reed Switch, as Figuras 11e 12 representam um teste realizado com um LED e uma peça de xadrez com imã. Após isso, mediu-se o tamanho que a haste de metal de cada sensor deveria ter para encaixar-se perfeitamente em cada casa do tabuleiro, como na Figura 13, e então cortou-se . O sensor deve ficar o mais próximo possível do centro da casa para a leitura das peças. Após, todos os sensores foram posicionados no tabuleiro como uma forma de organização, isso pode ser observado na Figura 14.
Figura 10: primeiro teste do sensor Reed Switch.
Fonte: autores.
Figura 11: esquemático do teste do sensor Reed Switch com LED.
Fonte: autores.
Figura 12: teste do sensor Reed Switch com LED.
Fonte: autores.
Figura 13: primeiro teste do sensor com o tabuleiro.
Fonte: autores.
Figura 14: sensores Reed Switch fixados no tabuleiro.
Fonte: autores.
Então o processo de soldagem dos componentes iniciou-se. Tanto do diodo quanto do sensor Reed Switch tiveram uma de suas hastes removidas para ficarem de um tamanho compatível com a casa do tabuleiro. A ideia inicial seria que não fossem retiradas essas hastes do sensor Reed Switch pois esse possui um alto preço e se, durante o processo, fosse necessário realizar manutenção na solda poderia danifica-lo com o calor, por isso, primeiramente, optou-se por dobrar a haste, a Figura 15 ilustra essa etapa. Como é possível observar, essa não seria uma boa opção visto que, além de ficar esteticamente feio, a solda ficaria frágil, por isso, optou-se pela retirada da haste. Uma imagem desse processo pode ser observada na Figura 16.
Figura 15: primeiro teste de solda do sensor e diodo.
Fonte: autores.
Figura 16: segundo teste de solda do sensor e diodo.
Fonte: autores.
Nessa etapa iniciou-se a pintura do tabuleiro que demorou mais que o previsto pois as bordas das casas tinham que ser pintadas com muito cuidado para evitar manchas. Após iniciou-se a soldagem da matriz de sensores como pode ser observado abaixo.
Figura 17: inicio da soldagem da matriz de sensores.
Fonte: autores.
Durante a etapa de soldagem de todos os sensores a equipe realizou testes de continuidade nos sensores e percebeu um pequeno erro, alguns diodos tinham sido soldados com a polaridade invertida. A primeira imagem abaixo é uma representação do diodo real, ele possui um anel que indica o sentido da corrente, esse diodo deve estar após o sensor Reed Switch, para funcionar apenas quando o sensor funcionar, e com o anodo soldado no sensor. Na segunda imagem, é possível observar que o diodo inferior esta correto, porém o superior esta com o cátodo soldado no Reed Switch, rapidamente a equipe detectou o erro e corrigiu, assim todos os sensores e diodos estavam com a polaridade correta.
O diodo se faz importante para evitar o efeito "ghost key" que o circuito apresentaria caso fosse montado apenas com sensores Reed Switch. Quando esse fenômeno ocorre surgem falsas indicações de que existiriam peças em casas que na verdade estão vazias. Com o diodo esse fenômeno é anulado.
Figura 18: representação da polaridade do diodo.
Fonte: autores.
Figura 19: solda incorreta do diodo.
Fonte: autores.
Abaixo mais algumas imagens do processo de soldagem nos sensores e diodos. Foram tomados cuidados para que cada linha e cada coluna tivesse apenas uma cor de cabo, isso facilitaria a identificação, caso houvesse, de problemas e sua manutenção.
Figura 20: solda da matriz de Reed Switch.
Fonte: autores.
Figura 21: solda da matriz de Reed Switch.
Fonte: autores.
Figura 22: solda completa das linhas da matriz.
Fonte: autores.
Figura 23: matriz completamente soldada.
Fonte: autores.
Figura 24: matriz completamente soldada.
Fonte: autores.
As peças de xadrez utilizadas nesse projeto possuem um imã na parte inferior, esse imã atrairá o sensor, o que fechará o contato do circuito. O sensores ficaram posicionados na parte inferior do tabuleiro e as peças na parte superior, portanto, há um madeirite entre eles, por isso, realizou-se um teste para verificar se o imã teria poder de atrair o sensor mesmo com essa barreira. O resultado do teste foi positivo e pode ser observado nas imagens abaixo, uma peça foi posicionada na borda do tabuleiro e um sensor foi aproximado, instantaneamente a peça atraiu e segurou o sensor e não deixou com que ele caísse no chão. Caso o resultado tivesse sido negativo imãs maiores seriam acoplados nas bases das peças.
Figura 25: teste de contato entre peça e sensor.
Fonte: autores.
Figura 26: teste de contato entre peça e sensor.
Fonte: autores.
Então, com o tabuleiro e a matriz finalizados, iniciou-se a interação com o Arduino e a programação. A imagem abaixo representa as conexões que foram feitas entre as saídas da matriz e o microcontrolador.
Figura 27: representação das conexões entre matriz e Arduino.
Fonte: autores.
Figura 28: primeira parte do código.
Fonte: autores.
Na primeira parte do código foram setadas as variáveis utilizadas no programa. O primeiro passo foi setar as variáveis que compõem as linhas e colunas da matriz de Reed Switchs. No segundo passo criou-se as variáveis auxiliares que tem as funções de contar as jogadas, analisar se a jogada é válida ou não e identificar a casa.
Figura 29: segunda parte do código.
Fonte: autores.
Na segunda parte do código criou-se a função que identifica as peças que iniciam no tabuleiro e, após a identificação, elas são impressas no monitor serial.
Vale lembrar que para as peças serem corretamente identificadas elas precisam estar na posição de inicio antes de iniciar o monitor serial, caso contrário ocorrerão erros.
Figura 30: parte final do código.
Fonte: autores.
Na ultima parte, após contar a jogada o código identifica a nova posição da peça e realiza um print com o movimento da jogada.
Já a função invalidPlaceFunction identifica quando ocorre uma jogada inválida e imprime uma mensagem para a peça retornar a sua posição inicial, caso contrário o programa não reconhecerá mais as próximas peças que serão movimentadas.
Download de arquivos do projeto
Para saber mais sobre o curso de Bacharelado em Engenharia Elétrica do Instituto Federal de Santa Catarina - Campus Itajaí,
envie um e-mail para eng.eletrica.itj@ifsc.edu.br.