Arduino Schach-Uhr

Last Updated on 21. Juni 2019 by sfambach

Beim Mittagessen mit den Kollegen ist mir eine Idee gekommen. Die beiden spielen Schach während der Mittagspause und um das Ganze etwas spannender zu gestalten habe ich eine Schachuhr vorgeschlagen.

Somit ist die Idee entstanden eine Schachuhr bestehend aus zwei Anzeigen für die jeweilige Uhrzeit, zwei Knöpfen zum Starten und Stoppen der Uhrzeit sowie einen Arduino für die Steuerung zu bauen.

Funktionsweise der Uhr

Eine Schachuhr besteht meist aus zwei Uhrwerken die gegeneinander verriegelt sind. Jedes Uhrwerk zählt die Zeit die ein Spieler braucht, um seinen Zug zu machen. Ist ein Spieler mit seinen Zug fertig, drückt er einen Knopf, die eigenen Uhr stoppt und die des Gegners zählt weiter.

Ich hatte gleich viele zusätzliche Ideen für solch eine Uhr und wie das mit großen Mengen an Ideen so ist, beleiben diese meist eine und werden nie umgesetzte. Also habe ich mich entschlossen einen möglichst einfachen Aufbau zu wählen und die „Features“ auf später zu verschieben. Für die Schachuhr benötige ich folgende Bestandteile:

• Arduino Uno oder ähnlich
• Prototyp Platine
• 2x SDD 1306 Display
• 2x Taster (beliebig)
• Ein paar Pinheader Kabel für den Prototypen

Nachfolgende eine kurze Beschreibung der Funktions:

• Ein Spieler muss als erstes seine Taste drücken, um zu starten (Sagen wir Spieler 1 fängt an).
• Ist Spieler 1 mit seinem Zug fertig drückt er seinen Knopf (Taster 1)
• Die Uhr von Spieler 1 hält an und die von Spieler 2 läuft los.
• Ist Spieler 2 mit seinem Zug fertig, drückt er seinen Knopf (Taster 2).
• Die Uhr von Spieler 2 hält an und die von Spieler 1 läuft weiter
• … usw ein langes drücken (5 sec) beider Tasten setzt beide Uhren auf den Start (12:00 Uhr) zurück.

Vorarbeiten

Ich verwenden zwei SSD 1306 128×64 Pixel Displays. Wenn man keine Displays mit unterschiedlicher Adresse besitzt ist ein kleiner umbau des 2. Displays nötig. In meinem Fall war es nötig einen SMD Widerstand auf der Rückseite um zu löte. Damit wird die Adresse des Displays von 0x3C auf 0x3D geändert:

Praktischer sind Displays mit Jumpern, da die SMD löterei ein ganzschönes „gefriemel“ ist.

Entwicklung

Hier müssen einige Komponenten und Bibliotheken zusammen arbeiten, deshalb bin ich in zwei Schritten vorgegangen. Als erstes wurde ein einfacher Versuchsaubau mit einem Display realisiert. Dieser wurde dann im zweiten Schritt auf die beschriebene Gesamtfunktionalität erweitert.

Erster Display-Test

Im ersten Schritt wird über einen Timer das Display angesteuert, ein Taster ermöglicht das Zurücksetzten auf 0. Hier galt es heraus zu finden wie das Display die Analoge Uhr anzeigt und wie der Timer zu implementieren ist.

Bibliotheken

Für die Display Ansteuerung werden die folgenden beiden Bibliotheken verwendet. Ich habe das SSD1306 Display schon einmal getestet den Beitrag findet ihr hier.

https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library

https://github.com/adafruit/Adafruit_SSD1306/blob/master/Adafruit_SSD1306.cpp

Verkabelung

Programmierung

Nachfolgend der Link zum Download des fertigen Programms. Evtl. muss die Adresse des Displays angepasst werden.

So sieht es aus

Mit zwei Displays

Es folgt die Ansteuerung des 2. Displays. Der zweite Taster vervollständigt die Schachuhr. Zusätzlich kommt der Wechsel der beiden Timer und die Reset-Funktion hinzu.

Bibliotheken

Die Bibliotheken sind die Gleichen. Ich musste jedoch die Adafruit_SSD1206.h anpassen. Damit für beide Displays nur einmal der Speicher für den Bildschirm reserviert wird, habe ich die buffer Variable auf static gesetzt. Der Grund hierfür ist, ich hatte versucht die Bibliothek so zu verwenden wie sie ist, allerdings reichte der Speicher meines Arduino Uno’s dafür nicht aus.

Verkabelung

Programmierung

Hier kann das Programm herunter geladen werden, ich habe es um den zweiten Taster sowie das zweite Display erweitert und hierfür die Funktionen noch etwas angepasst.

So sieht es aus

https://photos.app.goo.gl/kKm4CsZJqG3E2mxX8

Serienreife 😉

Nach prototypischen Tests mit den Kollegen habe ich alles mal in ein Gehäuse gepackt. Bei den Tests hat sich herausgestellt, dass eine Stop Taste von Vorteil wäre. Diesen plus einen An/Aus Schalter habe ich hinzugefügt. Zusätzlich gibts ein Batteriefach.

Da die Taster manchmal nur zögerlich reagieren, hätte ich diese gerne per Interrupt abgefragt. Der Arduino bietet nur zwei Interrupte diese liegen auf Pin 2 und 3. Leider habe ich die Kabel für die Taster schon angelötet und das Gehäuse verklebt, so dass ich zur Besserung nur das Delay von 200 Millisekunden raus genommen habe.

So sieht es nun aus

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Hier der endgültige Code:

Fazit

Die Uhr funktioniert auch wenn es sicherlich besser geht. Nachdem ich sie in ein Gehäuse eingebaut habe sieht sie auch etwas besser aus ;).

Ausblick

Hier noch ein paar Ideen die ich hatte, aber wegen Zeitmangel nicht umgesetzt habe:

• Man kann eine maximale Zeit vorgeben
  • Ausprägung 1 ab dann gib es minus Punkte
  • Ausprägung 2 der Zug ist um
  • Zusatz: Die jeweilige Uhr warnt n Minuten vor Ablauf der Zeit
    • ein Bildschirm flackert
    • es erklingt ein Ton
• Ticken der Sekunden auf Buzzer/Lautsprecher ausgeben
• Umsetzung mit einem ESP anstatt eine Arduinos und einer Statistik Website welche die Zeiten auswertet. Per Handy (WLAN) ist diese anzeigbar.
• …

Probleme

Reset löst selbst aus

Ich hatte das Problem bei pinMode(RESET1, INPUT), dass der Reset manchmal einfach so ausgelöst hat. Deshalb habe ich den Code auf pinMode(RESET1, INPUT_PULLUP) umgestellt und frage den Taster mit !digitalRead(RESET1) ab. Dies funktioniert bis jetzt ohne Fehler.

2. Display zeigt nichts an oder Init schlägt fehl

Der Arduino Uno hat nicht genügend Speicher um beide Displays zu betreiben. Ich habe in Adafruit SSD1306 Lib in den Projekt Ordnern ein paar Änderungen vorgenommen, so dass der Bilschirm buffer nur einmal initialisiert wird (static uint8_t *buffer). Dies hat bei mir gereicht um das zweite Display zu betreiben.

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Quellen

https://forum.arduino.cc/index.php?topic=248603.0

https://github.com/adafruit/Adafruit_SSD1306

https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library

https://michaelsarduino.blogspot.com/2016/02/oled-analog-uhr.html

https://github.com/bitbank2/Multi_OLED