Die Riesenschachuhr

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Unser Schachverein gehört zu den wenigen Stuttgarter Schachvereinen, die aktive Jugendarbeit leisten. Wir bieten für Kinder ab 5 Jahren wöchentliche Trainings an. Manchmal ist es nicht leicht, insbesondere die kleinsten Kinder sprichwörtlich "im Schach" zu halten. Doch sobald wir unser Riesenschachfeld aufbauen, sind alle Kids gebannt – ganz anders als beim drögen Theorieunterricht. Aus dieser Erkenntnis entstand die Idee, Blitzschach mit den Riesenschach-Figuren zu spielen. Wenn die Uhr ein paar Meter entfernt steht, kommt sogar richtig Bewegung ins Spiel: Ziehen, laufen, drücken, laufen, ziehen, zwischendurch mal nachdenken...

Wer Blitzschach kennt, weiß, dass der Faktor Zeit dabei eine entscheidende Rolle spielt. Die Uhr muss jederzeit für beide Spieler gut sichtbar sein. Daher braucht man für Riesenschach auch eine Riesenschachuhr. Leider gibt es so etwas nicht zu kaufen, bleibt also nur: selbst bauen.

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Kurzinfo

• 7-Segment-Anzeigen konstruieren und 3D-drucken
• Verkabelung von LED-Streifen
• Steuerung über Raspberry Pi

Checkliste

• Zeitaufwand: etwa 250-300 Stunden in vier Monaten
• Kosten für Nachbau: circa 450 Euro
  
• Konstruktion und 3D-Druck: keine Vorkenntnisse nötig
  
• Software: Python
  

Eine analoge Uhr – so wie früher beim Schach üblich – schied nach kurzer Diskussion aus. Sie wäre viel zu anfällig für mechanische Beanspruchung. Dazu gäbe es keine Möglichkeit für Spiele mit Bedenkzeit und zusätzlichem Inkrement. Es musste also eine digitale Riesenschachuhr her. Dazu mussten wir als erstes herausfinden, wie das Display aussehen soll.

Das Display

Die wesentliche Anforderung an das Display ist eine gute Lesbarkeit bei Sonnenschein. Dazu kommt ein möglichst geringer Stromverbrauch, damit die Uhr mit einem Akku lange laufen kann. Flipdot-Anzeigen sind hervorragend lesbar, selbst bei direkter Sonneinstrahlung. Leider sind sie für unser Projekt zu teuer. Gleiches gilt für elektromagnetische 7-Segment-Anzeigen, die oft an Tankstellen verwendet werden. Im Elektronikfachhandel gibt es ein breites Spektrum an 7-Segment-Anzeigen auf LED-Basis. Doch selbst die größeren Anzeigen haben aber nur eine Höhe von etwa 10cm und sind zu dunkel. Daher haben wir 20cm hohe 7-Segment-Anzeigen mit Sketchup entworfen und bei einem 3D-Druck-Service drucken lassen. Da eine Schachuhr aus zwei Uhren besteht, (eine für den Weiß- und eine für den Schwarzspieler) benötigt man acht 7-Segment-Module. Dazu kommt noch für jede Uhr ein Trenner-Modul, das die Minuten von den Sekunden separiert. Die 3D-Druckmodelle stehen auf der GitHub-Seite zum Download zur Verfügung.

Als Leuchtmittel bot sich ein NeoPixel-Streifen an. Die 7-Segment-Module sind so konstruiert, dass immer genau drei Pixel in ein Segment passen. NeoPixel haben einen Nachteil: Weißes Licht lässt sich nur durch Mischen von Rot, Grün und Blau erzeugen. Das kostet recht viel Strom. Da wir insgesamt mit 172 Pixeln arbeiten, benötigt die Uhr im Extremfall 10 Ampere Strom. Das ist zwar sehr konservativ gerechnet, aber selbst die Hälfte erscheint schon zu viel. Daher haben wir uns für die weniger verbreiteten SK6812-LED-Pixelstreifen entschieden. Diese haben zusätzlich noch eine separate, weiße LED. Die Abmessungen sind identisch und noch wichtiger: die Ansteuerung über einen Raspberry Pi erfolgt mit den gleichen Libraries.

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Material

• 1 Raspberry Pi Model 2B mit SD-Karte
• 3m SK6812 Streifen mit 60 Pixel/Meter
• 4 Taster zum Einstellen der verschiedenen Modi
• 2 "Riesen-Taster" (1× Grün, 1× Rot) zum Betätigen der Uhr für die Spieler
• 8 RJ45 Einbau-Buchsen
• 2 Hohlsteckerbuchsen für die Stromversorgung der Displays
• 1 USB-A auf Micro-USB-Kabel zur Stromversorgung des Raspberry Pi
• 2 USB-A auf Hohlstecker-Kabel zur Stromversorgung der Displays
• 4 RJ45-Kabel
• 1 470Ω Widerstand (Wellenwiderstand für den LED-Streifen)
• 1 Powerbank mit 3 USB-A Ausgängen und 24000mAh
• 3D Druck: 8× 7-Segmentanzeigen, 2 Trennpunktmodule
  
• Laserzuschnitte: 56 Segmentcover, 4 Trennpunkte in 3mm starkem Acryl in Milchglasoptik
• 2 Sperrholzplatten 600×250×6mm als Träger für LED-Streifen
• 3 Kunststoffgehäuse für den Raspberry Pi und die beiden "Riesen-Taster"
• 1 Koffer mit circa 68×31×32cm
  
• 2 Sonnenschirmständer
• 2 PVC-Rohre mit Fittings
• 3 Alu-Rohre
  
• Plane
• Verbrauchsmaterial wie Schrauben, Litze und Schrumpfschlauch