4×4 电子棋盘原型：RFID 与霍尔传感器融合实现棋子识别

项目动机

传统电子棋盘依赖“初始局面固定 + 磁簧管/霍尔传感器追踪移动”方案，无法支持任意摆放棋子开始分析。作者设计 4×4 原型板，结合 RFID 标签（棋子身份）与霍尔传感器（位置占用），实现“先刷标签识别身份，再落子任意格”的自由摆放功能，并用 LED 指示合法落子位置，适合教学演示。

核心创新：双传感器融合识别

• 霍尔传感器 (16 个，A1126 全极性)：每格一个，检测棋底磁铁存在与否 → 得到“占用矩阵” hes_bool_matrix[4][4] (0=有棋, 1=空)
• 125 kHz RFID 读写器 (UART)：置于棋盘一侧，落子前先将棋子靠近读取唯一 ID → 查表得棋子类型 (1=后, 2=兵) → 写入“类型矩阵” id_type_matrix[4][4]
• LED 指示 (16 颗)：拾起棋子后，依据棋子走法规则点亮合法目标格（后：横/竖/斜；兵：前进 1-2 格），辅助初学者

硬件清单

• Arduino Mega 2560 ×1（54 数字 IO 足够直驱 16 霍尔 + 16 LED + RFID TX/RX）
• 全极性霍尔传感器 A1126 ×16
• 5 mm LED ×16
• 125 kHz RFID 模块 (UART) ×1 + 3M RFID 标签 ×2
• 全尺寸无焊面包板 ×1、跳线若干
• 结构件：有机玻璃底板、光面纸贴格、木条框、亚克力颜料绘棋盘格、10 mm 圆磁铁 ×2、兵/后棋子各 1
• 工具：烙铁、电钻、螺丝刀

制作步骤

1. 21×21 cm 硬纸板划 4×4 格，每格嵌入霍尔传感器 (3 脚) 与 LED (2 脚)，焊接跳线引出
2. 第二层硬纸板固定 Mega 与面包板，按 Fritzing 原理图接线：霍尔信号脚直接 Mega D2–D10, D44–D47；LED 阳极经限流电阻接 D22–D37；RFID TX/RX 接 D11/D12 (SoftwareSerial)；所有 GND 汇总
3. 编写测试代码逐个验证霍尔 (有磁铁输出 0) 与 LED 点亮
4. 棋子底部粘磁铁 + RFID 标签，通过串口监视器记录两标签 14 字节 ID 序列（后: queen_id，兵: pawn_id）
5. 烧录主程序 thinK_code.ino，上电按提示依次刷两枚棋子标签并落子，系统建立初始局面
6. 后续拾起任意棋子 → 霍尔检测到空格 → LED 亮起合法目标 → 落子新格 → 自动更新矩阵
7. （可选）木质/亚克力外壳美化

软件逻辑详解

ID 比对与棋子类型判定

compare_ID(a,b) 逐字节比对 14 字节数组，全匹配返回 true。read_tags() 等待 RFID 数据填充 new_id[14]，返回计数 count 区分首/次棋子。

初始化流程

1. first_figure()：比对 ID 确定类型，扫描霍尔矩阵找到值为 0 的格 → 写入 id_type_matrix，记录坐标 temp_vect，LED 闪烁确认
2. second_figure()：同理，但排除 temp_vect 已占用格

主循环 figure_reading()

1. 全扫描霍尔矩阵更新 hes_bool_matrix
2. 统计占用格数：若 0 或 1 格 → 循环等待（需两子在板上）
3. 若 2 格：读取 id_type_matrix 确认各棋子坐标存入 figure_pos[2][2]，熄灭所有 LED
4. 延时 2 秒检测哪枚棋子被拾起（霍尔变 1）→ 记录 empty_pos 与 temp (类型)，该格类型清零
5. 根据 temp 调用 move_queen() (全向射线) 或兵走法 (前进 1/2 格) 点亮目标 LED
6. 递归调用 figure_reading() 等待落子完成

局限与改进方向

• RFID 125 kHz 读取不稳定，需多次尝试；建议改用 13.56 MHz (RC522) 或 NFC
• 仅 4×4 两子，扩展至 8×8 需 64 霍尔 + 更大矩阵/多路复用，成本显著上升
• 未实现完整国际象棋规则（吃子、王车易位、升变等），仅演示走法提示
• 代码大量硬编码引脚，建议改用数组/循环重构

资源下载

完整代码 thinK_code.ino、Fritzing 原理图 4x4demo_q0nvG3T3nS.fzz、多阶段实物照片均可下载。作者提供邮件/Slack 技术支持。