ChessLab — Documentation technique

Échiquier connecté détectant la position des pièces (capteurs à effet Hall) et affichant un retour visuel case par case (LEDs RGB adressables), pour visualiser une partie et aider à l'apprentissage du jeu.

Architecture système

                        ESP32-C6
        WiFi 6 · BLE 5 · RISC-V 160 MHz · 512 KB SRAM
                            |
        +-------------------+-------------------+
        |                   |                   |
  Capteurs Hall         LEDs RGB           Alimentation
   (8x8 = 64)          (8x8 = 64)          Pack 18650

Hardware

Capteurs de position — SS49E

Capteur à effet Hall Analogique, suffisant pour détecter la présence ou l'absence d'une pièce sur une case.

LEDs — WS2812B (NeoPixel)

64 LEDs adressables individuellement, câblées en une seule chaîne série (une ligne de données, montage serpentin case par case). Alimentation 5 V, consommation crête d'environ 60 mA par LED.

Multiplexage des capteurs Hall

64 capteurs analogiques dépassent le nombre de broches disponibles sur l'ESP32-C6. Solution retenue : multiplexeurs analogiques 74HC4051 (8 voies vers 1), soit 8 multiplexeurs pour 64 capteurs, ramenant le besoin à environ 11 broches ESP32.

Alimentation — 18650

• 2 cellules 18650 montées en parallèle (~6000 mAh)
• Gestion de charge : IC TP4056
• Régulation :
  • 5 V / 3 A pour les LEDs WS2812B (convertisseur buck MP3608)
  • 3,3 V pour l'ESP32 et les capteurs Hall (LDO AMS1117-3.3)

Circuit d'alimentation (mise sous tension)

Commutation assurée par un MOSFET P-Channel AO3401, piloté par le bouton d'alimentation et maintenu par l'ESP32 :

VBAT
 |
 R1 10k
 |
 +----------------------> Gate AO3401 (P-MOS)
 |                              |
 |        +---- R2 100k --------+
 |        |
 |     Source AO3401 = VBAT
 |        |
 |       Drain --------------------> VSYS
 |                                     |
BTN_PWR                          (MT3608 + AMS1117)
 |                                     |
 +---- vers Gate                 ESP32-C6
                                   |         |
                          GPIO_PWR_HOLD  GPIO_BTN_PWR
                          (maintien ON)  (lecture bouton)

Séquence d'allumage

1. Appui sur BTN_PWR
2. La gate du MOSFET passe à GND, le MOSFET conduit
3. VSYS s'active, l'ESP32 démarre
4. L'ESP32 maintient son GPIO à l'état bas pour garder le MOSFET conducteur
5. Le bouton peut être relâché, le système reste alimenté

Extinction logicielle

1. Inactivité détectée (par exemple 10 minutes sans coup joué)
2. Sauvegarde de l'état de la partie si nécessaire
3. Le GPIO passe à l'état haut, le MOSFET se bloque et coupe l'alimentation

Extinction manuelle

1. Appui long sur BTN_PWR (environ 3 secondes)
2. Détection par l'ESP32 via le GPIO de lecture du bouton
3. Même séquence que l'extinction logicielle

Répartition des composants entre les deux cartes

Carte principale	Carte d'alimentation
ESP32-C6	TP4056
Connecteur USB-C	DW01A + FS8205A
64× WS2812B	Connecteur 18650
64× SS49E	MT3608 (5 V)
8× 74HC4051	AMS1117 (3,3 V)
1× 74HC138	Commutation MOSFET
BTN_BOOT + BTN_RESET	BTN_PWR + LED power
Connecteur JST vers carte d'alimentation	Connecteur JST vers carte principale

Les deux cartes sont reliées par un connecteur JST 4 broches :

Broche	Signal
1	VBAT (18650+)
2	GND
3	5 V (sortie MT3608 vers carte principale)
4	3,3 V (sortie AMS1117 vers carte principale)

Layout PCB

• Routage serpentin des WS2812B (entrée/sortie de données case par case)
• Matrices de capteurs Hall organisées en lignes/colonnes vers les multiplexeurs
• Épaisseur de PCB standard : 1,6 mm
• Couche diffusante imprimée en 3D au-dessus des LEDs

Largeurs de piste

Signal	Largeur
Données / GPIO	0,25 mm
Alimentation 3,3 V	0,5 mm
Alimentation 5 V (LEDs)	1,0 mm
VBAT	1,0 mm
VSYS	1,0 mm
USB D+ / D-	0,2 mm

Vias

Type	Perçage	Pad
Standard	0,4 mm	0,8 mm
Puissance	0,6 mm	1,2 mm

Pinout ESP32-C6

Broche	GPIO	Fonction
13	GPIO12	USB D-
14	GPIO13	USB D+
8	GPIO0	Mux — sélection canal S0
9	GPIO1	Mux — sélection canal S1
27	GPIO2	Mux — sélection canal S2
16	GPIO18	74HC138 — sélection rangée A0
25	GPIO16	74HC138 — sélection rangée A1
24	GPIO17	74HC138 — sélection rangée A2
26	GPIO3	Lecture capteurs Hall (A_OUT)
17	GPIO19	Données WS2812B (via résistance 33 Ω)
18	GPIO20	VBAT
15	GPIO9	Bouton BOOT
19	GPIO21	Lecture bouton d'alimentation (BTN_PWR)
20	GPIO22	Maintien alimentation (PWR_HOLD)

Fixation des pièces

Aimants cylindriques N52, Ø6×3 mm, insérés dans la base de chaque pièce et collés à l'époxy dans un logement imprimé en 3D. Ce choix permet une détection fiable par les capteurs Hall tout en restant invisible une fois la pièce posée.

Boîtier

Hauteur totale estimée : 25 à 30 mm, dimensionnée pour loger la carte principale, la carte d'alimentation et les deux packs 18650.

Firmware

Architecture logicielle sous FreeRTOS, organisée en tâches indépendantes :

Tâche	Rôle
Hall Scanner	Scrutation des 64 capteurs (polling 50 ms)
LED Controller	Traduction de l'état de l'échiquier en animation LED
Chess Engine	Validation des positions et des coups légaux
BLE/WiFi	Communication avec l'application mobile ou l'interface web
Battery Monitor	Suivi de la tension batterie via diviseur de tension sur ADC

Bibliothèques envisagées

• FastLED ou Adafruit NeoPixel pour le pilotage des WS2812B
• Stockfish (version allégée, via WASM) pour le moteur d'échecs
• Interface web servie depuis la mémoire flash (SPIFFS/LittleFS)

Feuille de route

Phase	Objectif
P1	Prototype d'une case (1 LED + 1 capteur Hall + multiplexeur) sur breadboard
P2	PCB de test 4×4 (KiCad) pour valider le multiplexage
P3	PCB complet 8×8 et boîtier v1
P4	Firmware — moteur d'échecs et application
P5	Impression 3D du boîtier final et des pièces modifiées