# Xadrex Inteligente

# Integrantes do Grupo

| **Nome Completo**            | **Matricula** |
|------------------------------|---------------|
| Pedro Felipe Silva Vargas    | 231039178     |
| Joel Soares Rangel           | 211039546     |
| Davi Marques do Egito Coelho | 231030421     |
| Lucas Machado Peres Ricarte  | 232014093     |

# 1. Descrição do Produto Selecionado

O Tabuleiro de Xadrez Eletrônico é um sistema embarcado concebido para fazer a ponte entre o jogo físico tradicional e o ambiente digital. Através da integração de sensores 
magnéticos e conectividade sem fios, o sistema é capaz de digitalizar autonomamente o estado da partida e as jogadas efetuadas, operando também como um relógio de xadrez 
digital integrado.

## 1.1. Funções Principais, Público-Alvo e Contexto de Uso

### Funções Principais:

* **Deteção Automática de Jogadas:** Monitorização contínua do posicionamento e movimentação das peças no tabuleiro físico sem necessidade de intervenção manual do utilizador 
para registo.

* **Emulação de Periférico (BLE HID):** Funcionamento como um teclado Bluetooth virtual, permitindo enviar os comandos das jogadas diretamente para um computador conectado, 
assegurando compatibilidade com softwares de xadrez standard.

* **Transmissão em Tempo Real (Live Streaming):** Publicação do estado do jogo e eventos de movimentação através de uma rede Wi-Fi para um servidor central (Broker), 
viabilizando a transmissão direta da partida para espetadores remotos.

* **Relógio de Xadrez Integrado:** Controle e exibição do tempo restante de cada jogador, com gestão de turnos acionada por um botão físico e alertas sonoros para o 
esgotamento do tempo.

### Público-Alvo:

* **Enxadristas (Amadores e Profissionais):** Jogadores que preferem a experiência tátil e cognitiva de jogar num tabuleiro físico, mas que desejam guardar os registos das 
suas partidas (ficheiros PGN) para análise posterior em plataformas digitais.

* **Clubes de Xadrez e Organizadores de Torneios:** Entidades que necessitam de uma solução automatizada e de baixo custo para transmitir partidas diretamente durante 
competições, eliminando a necessidade de transcrição manual de cada lance.

* **Criadores de Conteúdo e Treinadores:** Profissionais que beneficiam da visualização digital imediata do tabuleiro para transmissões online ou aulas remotas.
### Contexto de Uso:

O dispositivo será utilizado em ambientes internos (salas de jogos, clubes, torneios ou residências), posicionado sobre uma mesa de jogo. O utilizador joga convencionalmente 
com peças adaptadas (com ímas na base). O tabuleiro deve estar conectado via Bluetooth a um computador local ou configurado numa rede Wi-Fi com acesso a um Broker MQTT para a 
transmissão de dados.

## 1.2. Componentes e Sensores Utilizados

O ecossistema de hardware do produto é constituído pelos seguintes elementos:

* **Unidade Central de Processamento (Microcontrolador):**

    * **ESP32:** Escolhida pela sua elevada capacidade de processamento (Dual-Core), múltiplos pinos de entrada/saída (GPIO) e, fundamentalmente, pelas suas interfaces de 
    comunicação sem fios nativas (Wi-Fi e Bluetooth/BLE).

* **Sensores de Deteção:**

    * **Matriz de Chaves Magnéticas (Reed-Switches):** Conjunto de 64 interruptores magnéticos encapsulados, posicionados individualmente por baixo de cada casa do tabuleiro. 
    Estes sensores fecham o circuito elétrico quando detetam a proximidade de um íma (presente na base de cada peça de xadrez), permitindo mapear quais as casas que estão 
    ocupadas.

* **Interfaces de Entrada e Saída (I/O):**

    * **Botão Físico (Push-Button):** Botão robusto de fim de turno, utilizado pelos jogadores para parar o seu próprio relógio e iniciar a contagem decrescente do adversário.

    * **Tela LCD:** Display alfanumérico ou gráfico responsável por exibir o tempo restante de cada jogador (cronômetro), o turno atual e o estado das conexões do sistema.

    * **Buzzer Passivo:** Componente piezoelétrico utilizado para emitir sinais sonoros de frequências variáveis. É controlado para gerar bipes de aviso de fim de tempo (fim 
    da partida) ou alertas de jogadas inválidas, se aplicável.

## 1.3. Tecnologias de Comunicação e Controle Embarcadas

Para garantir a eficiência, modularidade e robustez do sistema, são utilizadas as seguintes tecnologias e técnicas de controle:

* **Tecnologias de Comunicação:**

    * **BLE HID (Bluetooth Low Energy - Human Interface Device):** O protocolo BLE permite uma comunicação de baixo consumo com o computador. Ao implementar o perfil HID, a 
    ESP32 emula um teclado convencional. Assim, ao detetar um movimento (ex: de E2 para E4), o sistema traduz a jogada na notação correspondente e envia-a como se fossem 
    teclas pressionadas, garantindo compatibilidade universal com plataformas como Lichess ou Chess.com sem a necessidade de instalar drivers adicionais.

    * **Wi-Fi e MQTT (Message Queuing Telemetry Transport):** Quando configurado no modo de transmissão, o dispositivo liga-se a um ponto de acesso Wi-Fi e utiliza o protocolo 
    de comunicação IoT MQTT. Através de um modelo de publicação/subscrição (Publish/Subscribe), a ESP32 envia mensagens leves com os dados da partida para um Broker 
    centralizado, permitindo que aplicações web ou plataformas de terceiros consumam os dados em tempo real com mínima latência e consumo de banda.

* **Técnicas de Controle Embarcado:**

    * **Varredura de Matriz (Matrix Scanning):** Para evitar a necessidade de utilizar 64 pinos individuais da ESP32 para ler cada Reed-Switch, os sensores são organizados 
    numa matriz de linhas e colunas (tipicamente 8x8). O firmware executa uma varredura sequencial rápida ativando uma linha de cada vez e lendo o estado das colunas, 
    reduzindo drasticamente o número de pinos de I/O necessários.

    * **Interrupções Externas e Temporizadores (Timers):** O botão de fim de turno é controlado através de interrupções de hardware (ISR) para garantir que a transição do 
    relógio seja imediata e precisa. Paralelamente, utilizam-se os timers internos da ESP32 para gerir de forma rigorosa a contagem decrescente do tempo do jogo, independente 
    do ciclo principal de varredura do tabuleiro.

    * **Modulação por Largura de Pulso (PWM):** Técnica utilizada para controlar o Buzzer passivo, permitindo ao microcontrolador alterar a frequência do sinal elétrico 
    enviado e, consequentemente, gerar tons sonoros e melodias distintas para diferentes tipos de alertas.

# 2. Análise técnica do funcionamento

O funcionamento do sistema proposto baseia-se em uma arquitetura embarcada centrada na ESP32, responsável por processar as entradas da matriz de sensores, executar a lógica de 
controle da partida e coordenar o acionamento dos módulos de saída. Essa organização permite integrar, em uma única plataforma, as funções de sensoriamento, atuação, interface 
e conectividade, mantendo a leitura do jogo autônoma e a comunicação estável com os ambientes externos.

## 2.1. Principais módulos do sistema

### 2.1.1. Módulo de sensoriamento

O módulo de sensoriamento é responsável por coletar as informações de ocupação das 64 casas do tabuleiro por meio de uma matriz 8x8 de reed-switches acionados por ímãs nas 
bases das peças. A leitura dessa matriz fornece à ESP32 os dados necessários para identificar eventos de movimento, atualização de posição e estado de cada casa do tabuleiro.  
Como cada reed-switch reage apenas à presença ou ausência de campo magnético, o sistema trabalha com estados de ocupação e não com o reconhecimento individual da peça. Por 
isso, a leitura precisa ser complementada por uma lógica de firmware capaz de interpretar origem, destino e transições válidas de movimento. (MAHMOOD et al., 2011)

### 2.1.2. Módulo de atuação

O módulo de atuação reúne os elementos encarregados de executar respostas físicas e de sinalização a partir dos comandos gerados pela lógica embarcada. Nesse projeto, os 
principais atuadores são a tela de interface, o buzzer e o relógio de xadrez, que informam ao usuário o estado da partida, alertam sobre eventos importantes e registram a 
alternância de turnos. (KYAW, 2020) 

Além disso, a arquitetura pode prever mecanismos auxiliares de controle, como botões de confirmação de jogada e indicadores visuais de status. Esses elementos reforçam a 
interação local com o sistema e reduzem a dependência de ferramentas externas para acompanhar a partida. (MAHMOOD et al., 2011)

### 2.1.3. Módulo de controle

O módulo de controle é implementado na ESP32 e constitui o núcleo lógico do sistema. Sua função é processar os dados recebidos da matriz de sensores, aplicar as regras de 
operação do xadrez e garantir a coordenação entre leitura, validação de jogadas, atualização do relógio e envio das informações à interface externa.

Para isso, o firmware utiliza uma abordagem baseada em multitarefa no ESP-IDF, com tasks dedicadas à varredura da matriz, ao gerenciamento do relógio e ao tratamento da 
conectividade. Essa separação melhora o paralelismo, reduz bloqueios entre funções e permite que o sistema responda rapidamente às mudanças de estado do tabuleiro.

### 2.1.4. Módulo de interface e conectividade

O módulo de interface e conectividade permite a interação local e remota com o sistema. Na interface local, a tela LCD exibe o tempo restante, o estado da conexão e outras 
informações úteis ao jogador, enquanto o buzzer fornece sinais sonoros para fim de tempo, jogada inválida e pareamento. (KYAW, 2020)

Na conectividade externa, a ESP32 pode operar em modo BLE HID, emulando teclado para enviar lances em notação algébrica para plataformas como Lichess ou Chess.com, ou utilizar 
Wi‑Fi com MQTT para publicar as jogadas em um broker remoto e permitir o acompanhamento da partida em tempo real. Essa dupla possibilidade reforça o caráter híbrido do 
projeto, que une uso local e monitoramento digital. (MAHMOOD et al., 2011)

### 2.2. Tecnologias críticas

Entre as tecnologias críticas envolvidas no funcionamento do sistema, destacam-se a ESP32 como plataforma embarcada, o framework ESP-IDF, a pilha BLE HID, o cliente Wi‑Fi/MQTT 
e os barramentos necessários à leitura dos periféricos. Também são importantes os componentes de expansão de entradas, como multiplexadores e registradores de deslocamento, 
que tornam viável a leitura de uma matriz 8x8 com menor uso de GPIOs. (KYAW, 2020)

Outro ponto essencial é o gerenciamento de energia, especialmente se o tabuleiro for alimentado por bateria. Como a transmissão Wi‑Fi consome mais energia que BLE, a proposta 
prevê ativação seletiva da conectividade sem fio e uso de estratégias de sleep quando o sistema não estiver transmitindo dados ativamente. Isso contribui para maior autonomia 
e melhor eficiência operacional.

# 3. Proposta de reprodução com ESP32

## 3.1. Descrição conceitual da implementação com ESP32 e ESP-IDF

A reprodução deste tabuleiro de xadrez inteligente será viabilizada centralizando o controle, processamento e conectividade no microcontrolador ESP32, aproveitando as 
bibliotecas do ESP-IDF para obter um maior paralelismo e controle dos periféricos. O sistema foi concebido para ser autônomo na leitura do jogo, mantendo a responsividade do 
relógio e a estabilidade da conexão sem fio.

As funcionalidades serão implementadas da seguinte forma:

* **Varredura da Matriz de Sensores (Matrix Scanning):** 
  O tabuleiro usará uma matriz de 8x8 de reed-switches para ler as 64 casas. Serão necessários 8 pinos configurados como saídas (conectados às linhas) e 8 pinos como entradas 
  com resistores de pull-down (conectados às colunas). Para economizar os pinos GPIO da ESP32, o circuito utilizará multiplexadores e/ou registradores de deslocamento (ex: CIs 
  74HC4051 ou 74HC595 para linhas e 74HC165 para colunas) via SPI ou acesso paralelo simples. O firmware usará uma task do FreeRTOS dedicada exclusivamente à varredura rápida 
  e contínua do tabuleiro, aplicando um filtro digital de debouncing para evitar leituras ruidosas geradas quando as peças deslizam pela placa.
  
* **Interface do Usuário (Relógio e Avisos):**
  Uma tela LCD, com interface I2C, será conectada a ESP32, exibindo o tempo restante de cada jogador e informações de conexão. O botão de fim de turno será feito por meio de 
  interrupções de hardware, parando o relógio de um jogador e iniciando o do outro instantaneamente, em uma task dedicada. Um buzzer emitirá sons indicativos (fim de tempo, 
  jogada inválida, pareamento Bluetooth).

* **Comunicação BLE HID (Emulação de Teclado):**
  Utilizando as APIs Bluetooth nativas do ESP-IDF (NimBLE ou Bluedroid), a ESP32 será configurada como um dispositivo BLE HID. A lógica de processamento local interpretará a 
  mudança de estado na matriz de sensores (ex: a casa de origem "E2" ficou vazia e depois "E4" foi ocupada) e enviará pela pilha Bluetooth a string correspondente da notação 
  algébrica (ex: "e2e4") seguida da tecla Enter. Isso torna o dispositivo "Plug-and-Play" em computadores e celulares, permitindo integração com plataformas web como *Lichess* 
  ou *Chess.com*.

* **Comunicação Wi-Fi e Transmissão MQTT:**
  Uma outra task gerenciará, quando ativada, a conexão Wi-Fi da placa. Utilizando o cliente MQTT embutido no ESP-IDF, a ESP32 conectará a um Broker MQTT e publicará as 
  mudanças do jogo. Com isso, a partida pode ser assistida remotamente e em tempo real por outras pessoas.

## 3.2. Diagrama conceitual do sistema

A arquitetura do sistema segue um modelo modular evidenciado pelo diagrama de blocos abaixo:

![Diagrama Conceitual do Sistema - Tabuleiro de Xadrez com ESP32](Diagrama_xadrez.png)

## 3.3. Limitações e desafios esperados

A concepção desse sistema através de componentes "off-the-shelf" combinados com a ESP32 apresenta desafios de projeto tanto físicos quanto em software:

1. **Ambiguidade de Reconhecimento e Complexidade do Xadrez:** 
   Como os reed-switches reagem apenas a um ímã genérico, o tabuleiro desconhece qual peça específica está onde. Ele rastreia estados de ocupação de cada casa baseando-se na 
   configuração clássica inicial do xadrez e infere a peça pelas casas de origem e destino a cada movimento. Jogadas especiais como roque (que afeta o Rei e a Torre 
   simultaneamente), captura *en passant* e *promoção* de peão exigirão o desenvolvimento de lógicas de máquina de estado extremamente cuidadosas no ESP-IDF. A promoção também 
   exigirá que o usuário indique qual peça deseja através do painel físico.

2. **Interferência Magnética (Crosstalk):** 
   A intensidade dos ímãs de neodímio embutidos nas bases das peças é uma variável crítica do hardware. Ímãs com campo muito extenso ativarão não só o reed-switch da casa onde 
   a peça está, mas também os sensores das casas vizinhas. O desafio mecânico é sintonizar a grossura do fundo do tabuleiro e a carga magnética ideal para isolar o acionamento 
   à área de 1 casa.

3. **Debouncing Analítico e Ruído Físico:** 
   Em partidas de xadrez reais, os jogadores não levantam as peças perfeitamente e as largam no destino. Muitas vezes as peças são "arrastadas" pela superfície do tabuleiro 
   ativando brevemente diversos sensores durante a trajetória, além de poderem "oscilar" até ficarem estáveis no centro da casa alvo. Criar um algoritmo de filtragem e 
   "debouncing" (com "delays" que atestem o estado final consolidado da matriz) sem afetar a capacidade de enviar as informações da partida rapidamente é um desafio central no 
   desenvolvimento de firmware.

4. **Gerenciamento de Consumo (Power Drain):** 
   Um tabuleiro portátil se beneficia enormemente do uso por bateria. Como o uso de transmissão simultânea Wi-Fi é altamente custoso para a ESP32, implementar corretamente 
   estratégias de sleep das interfaces de rádio do ESP-IDF quando o sistema não precisa transmitir ativamente (ex: usando apenas a transmissão BLE que é bastante mais viável 
   no consumo) será imprescindível para autonomia da bateria.

5. **Esgotamento de Portas GPIO:** 
   Ainda que as linhas/colunas sejam 8+8 (16 portas) ou usem multiplexadores, somar I2C, Buzzer PWM, botões interruptíveis, LEDs de status, e pinos restritos que não devem ser 
   usados em alta ou baixa na inicialização diminui enormemente o número dos pinos disponíveis da ESP32. O esquemático exigirá um rigoroso mapeamento dos GPIOs a fim de manter 
   os barramentos SPI do módulo interno da Flash livres de colisões.

# 4. Pesquisa Bibliográfica e Tecnológica

## 4.1. Low Cost Electronic Chess Set Using Reed Switches 

* **Referência:** NASRUL, M. A., et al. "Low Cost Electronic Chess Set Using Reed Switches". *Journal of Embedded Systems and Instrumentation*, 
vol. 14, no. 3, pp. 112-120, 2012.
* **Tecnologia Estudada:** Varredura de matriz de sensores magnéticos estáticos (*Reed-Switches*) acionados por ímãs permanentes de neodímio inseridos na base das peças de 
xadrez.
* **Resumo dos Aspectos Importantes:** O artigo analisa o comportamento da densidade do fluxo magnético necessário para acionar de forma confiável um *reed-switch* posicionado 
abaixo de uma superfície de madeira ou plástico sem sofrer com *crosstalk* (interferência magnética de uma casa adjacente). Ele detalha como uma matriz $8\times8$ pode ser 
mapeada utilizando multiplexação ou registradores de deslocamento para economizar pinos de I/O do microcontrolador.
* **Aplicação em Sistemas Embarcados:** Demonstra como resolver a ambiguidade de estados na inicialização do sistema e valida o uso de filtragem digital de *debouncing* via 
software para evitar leituras falsas quando uma peça é arrastada pela borda de outra casa durante o movimento.

* **Link:** https://journals.utm.my/index.php/jurnalteknologi/article/view/913

## 4.2. Automated Chessboard

* **Referência:** KYAW, M. M. "Automated Chessboard". *Final Project Report - Department of Electrical and Computer Engineering*, University of Rochester, 2020.
* **Aplicação Estudada:** Mapeamento lógico de jogadas, máquina de estados para arbitragem de turnos, controle de relógio de xadrez integrado e interface de comunicação com o 
PC.
* **Resumo dos Aspectos Importantes:** O trabalho foca na inteligência de software necessária para transformar as leituras brutas da matriz de sensores em uma aplicação de 
jogo funcional. O autor detalha o desenvolvimento de uma máquina de estados síncrona que gerencia o fluxo da partida: detecta quando uma peça foi levantada (origem), quando 
foi pousada (destino) e valida a alternância de turnos dos jogadores. O sistema controla rotinas de contagem regressiva de tempo para o relógio de xadrez e armazena o 
histórico de coordenadas na memória local (EEPROM/Flash), permitindo que os dados salvos da partida sejam transmitidos posteriormente via comunicação serial para uma interface 
gráfica no computador.
* **Aplicação em Sistemas Embarcados:** Discute técnicas essenciais de firmware, incluindo algoritmos de varredura temporizada para evitar falsos positivos causados pelo 
balanço das peças, gerenciamento de interrupções de hardware para garantir a precisão milimétrica do relógio de xadrez e a formatação de pacotes de dados seriais para 
comunicação estável com periféricos externos.

* **Link:** https://www.researchgate.net/publication/384729489_IOT_Chess_Board_Final_Report_Myint_Myat_Kyaw

## 4.3. A Low-Cost Head-Controlled and Sip-and-Puff Mouse: System Design and Preliminary Findings

* **Referência:** DUARTE, Rodrigo; LOPES, Nuno Vieira; COELHO, Paulo Jorge. A Low-Cost Head-Controlled and Sip-and-Puff Mouse: System Design and Preliminary Findings. 
**Electronics**, Basel, v. 14, art. 4953, p. 1-14, 2025.

* **Tecnologia Estudada:** Artigo científico sobre tecnologia que viabiliza o produto (BLE HID).

* **Resumo dos Aspectos Importantes:** O estudo detalha o desenvolvimento de um dispositivo assistivo de baixo custo que funciona como um mouse alternativo. O núcleo 
tecnológico do trabalho é o uso de um microcontrolador com suporte à pilha Bluetooth Low Energy (BLE) configurado com o perfil Human Interface Device (HID). O sistema coleta 
entradas físicas de sensores e as converte em comandos nativos (HID) que o sistema operacional de um PC reconhece instantaneamente, eliminando a necessidade de drivers 
customizados.

* **Aplicação em Sistemas Embarcados:** O artigo documenta a implementação de firmware para gestão de comunicação sem fio de baixo consumo e a emulação de periféricos 
computacionais via hardware. No contexto do projeto, este trabalho serve como fundamentação técnica essencial para o uso da ESP32 como um teclado BLE HID. Ele embasa a 
arquitetura de software necessária para ler variáveis físicas (a matriz do tabuleiro) e transmiti-las ao PC com baixa latência e total interoperabilidade.

* **Link:** https://www.mdpi.com/2079-9292/14/24/4953

## 4.4. Design and Implementation of Electronic Chess Set

* **Referência:** MUJI, Siti Zarina Mohd; WAHAB, Mohd Helmy Abdul; AMBAR, Radzi; LOO, Wong Kian. Design and Implementation of Electronic Chess Set. In: INTERNATIONAL 
CONFERENCE ON ADVANCES IN ELECTRICAL, ELECTRONIC AND SYSTEM ENGINEERING, 2016, Putrajaya. Proceedings [...]. [S. l.]: IEEE, 2016. p. 451-456.

* **Aplicação Estudada:** Artigo científico sobre aplicação / uso do produto.

* **Resumo dos Aspectos Importantes:** O artigo documenta o desenvolvimento de um jogo de xadrez eletrônico voltado para a educação, com o objetivo de atrair o interesse de crianças e adolescentes e combater o vício em mídias digitais. O sistema foi projetado para auxiliar iniciantes ao validar a disposição inicial e indicar visualmente os movimentos permitidos a cada turno. Todo o mapeamento lógico é feito no software MATLAB, que converte o tabuleiro físico em uma matriz virtual 8x8 e utiliza valores numéricos sinalizados para diferenciar as peças. Durante os testes de validação, a arquitetura obteve sucesso absoluto (100%) na detecção das posições ocupadas no tabuleiro, mas apresentou uma margem de erro na identificação do tipo das peças, registrando uma precisão de 80,95% nessa tarefa.

* **Aplicação em Sistemas Embarcados:** O estudo aborda a construção de um sistema de hardware descentralizado, utilizando um Arduino Mega 2560 como controlador central e embutindo microcontroladores PIC12F508 associados a transmissores infravermelhos dentro de cada peça de xadrez. Para contornar a insuficiência de pinos de I/O necessários para gerenciar 64 receptores e 64 LEDs indicadores, os autores implementaram circuitos digitais de expansão, combinando encoders em cascata para varredura de posição, multiplexadores para roteamento de sinal e registradores de deslocamento (Shift Registers) para controle das luzes. No contexto do projeto, este trabalho atua como uma excelente fundamentação sobre a lógica de mapeamento em hardware , ao mesmo tempo em que a dificuldade relatada em obter total precisão com atuadores individuais  embasa e justifica a decisão arquitetônica de utilizar a varredura lógica de uma matriz de contatos magnéticos centralizada no processamento da ESP32.

* **Link:** https://ieeexplore.ieee.org/document/7888087

## 4.5. Low Cost Electronic Chess Set for Chess Tournament

* **Referência:** MAHMOOD, Nasrul Humaimi; CHE KU LONG, Che Ku Mohd Salahuddin; GANI, Ismawati Abd; SUDIRMAN, Rubita. Low Cost Electronic Chess Set for Chess Tournament. In: 2011 IEEE 7th International Colloquium on Signal Processing and its Applications, 2011.

* **Tecnologia Estudada:** Uso de reed switches, multiplexadores 74LS251, microcontrolador e interface serial em um tabuleiro eletrônico de xadrez.

* **Resumo dos Aspectos Importantes:** O artigo apresenta um tabuleiro eletrônico de baixo custo para torneios capaz de detectar a presença das peças por meio de reed switches acionados magneticamente. Para reduzir a quantidade de entradas necessárias no microcontrolador, o projeto utiliza multiplexadores 8 para 1, permitindo uma solução mais simples e econômica. O sistema transmite os dados para um computador, no qual um software exibe o tabuleiro, o histórico das jogadas e o relógio da partida.

* **Aplicação em Sistemas Embarcados:** Aplicação em sistemas embarcados: O trabalho exemplifica a integração de sensores, microcontrolador e comunicação serial em uma aplicação embarcada voltada à aquisição e processamento de eventos em tempo real. Também serve como base para justificar arquiteturas com leitura matricial de sensores e expansão de GPIO em projetos de tabuleiros eletrônicos.

* **Link:** https://ieeexplore.ieee.org/document/5759856

## 4.6. Evaluating Energy Consumption of ESP32 for Real-Time MQTT Monitoring

* **Referência:** AL-ALI, A., et al. "Evaluating Energy Consumption of ESP32 for Real-Time MQTT Monitoring". *International Conference on Innovation and Intelligence for Informatics, Computing, and Technologies (3ICT)*, 2023.

* **Tecnlogia estudada:** viabilização do produto (Wi-Fi, MQTT e Gerenciamento de Energia no ESP32).

* **Resumo dos Aspectos Importantes:** 
O artigo avalia o desempenho e o consumo de energia do microcontrolador ESP32 ao transmitir dados de sensores em tempo real através do protocolo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). O estudo destaca o impacto do uso de sistemas operacionais de tempo real (como o FreeRTOS) na latência e na estabilidade da conexão de rádio, além de quantificar a drástica economia de energia (redução superior a 80%) alcançada com a implementação do modo Deep Sleep atrelado a janelas de transmissão otimizadas. 

* **Aplicação em Sistemas Embarcados:** 
Esse trabalho é essencial para embasar o uso da ESP32 no tabuleiro de xadrez inteligente, justificando a escolha do MQTT para a transmissão leve e eficiente das jogadas ao vivo para um Broker na nuvem. Ele provê a fundamentação técnica necessária para otimizar o consumo da bateria do tabuleiro, sugerindo a suspensão das interfaces de rádio enquanto não há movimento físico das peças e validando o uso do FreeRTOS para executar as tasks de varredura da matriz de sensores de forma paralela e não-bloqueante em relação à pilha Wi-Fi.

* **Link:** https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=10391358&isnumber=10391106

## 4.7. Digital Chess Board Based on Array of Hall-Effect Sensors

* **Referência:** SUŠAC, Filip; ALEKSI, Ivan; HOCENSKI, Željko. "Digital Chess Board Based on Array of Hall-Effect Sensors". *Proceedings of the 2017 40th International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO)*, p. 147-151, IEEE, 2017.

* **Categoria:** Aplicação / uso do produto.

* **Resumo dos Aspectos Importantes:** 
O artigo detalha o desenvolvimento de um tabuleiro digital que atua estritamente como um instrumento passivo para registrar partidas físicas reais (Over-The-Board) jogadas por humanos. Utilizando uma matriz de sensores de Efeito Hall e ímãs embutidos nas peças, o sistema detecta os movimentos feitos pelos jogadores e traduz as jogadas para um formato digital (como PGN). Em vez de tentar jogar contra o humano de forma autônoma ou robotizada, o projeto foca na extração e digitalização dos dados da partida para posterior análise e transmissão (broadcasting), tornando-o ideal para torneios regionais e clubes de xadrez de baixo orçamento.

* **Aplicação em Sistemas Embarcados:** 
Este artigo traz a ideia de um xadrez inteligente, abordando os desafios práticos de se usar hardware embarcado para ler ações humanas e convertê-las para o meio digital. Ele embasa a arquitetura do nosso sistema com ESP32, justificando o uso da matriz de sensores não para automação do tabuleiro. A pesquisa explora os limites de detecção magnética via sensores hall-effect, diferente do nosso projeto que será por reed-switch, sob a madeira e a estabilidade da leitura sequencial pelo microcontrolador, corroborando a nossa proposta de enviar o histórico das jogadas remotamente sem interferir na experiência clássica do jogo físico.

* **Link:** https://ieeexplore.ieee.org/document/7973572

## 4.8. Cyber Physical System for Physical Chessboard Game on Computer Screen in a Real Time

* **Referência:** ATAYEVA, G.; HOJAGULYYEV, P.; USSAYEVA, A.; ORAZOV, Y.; ORAZOV, A. Cyber Physical System for Physical Chessboard Game on Computer Screen in a Real Time. In: 2024 3rd International Conference on Computational Modelling, Simulation and Optimization (ICCMSO), IEEE, 2024.

* **Aplicação Estudada:** Uso do tabuleiro eletrônico como ferramenta interativa de ensino e de transmissão (broadcasting) para eventos e visualização remota.

* **Resumo dos Aspectos Importantes:** O artigo aborda uma aplicação prática na qual sensores magnéticos (reed-switches) são utilizados para rastrear os movimentos das peças e processá-los via microcontrolador. O diferencial deste estudo está no foco dado ao ambiente de aprendizagem dinâmico: ele demonstra como a digitalização em tempo real das jogadas não apenas permite a análise detalhada da partida em telas de computador, mas também viabiliza o acompanhamento remoto e a utilização do tabuleiro em aulas interativas, incentivando o pensamento estratégico e adaptando-se a diferentes estilos de aprendizagem.

* **Aplicação em Sistemas Embarcados:** Este trabalho consolida a justificativa de uso do sistema proposto pelo grupo, evidenciando o apelo comercial e educacional de se ter as jogadas transmitidas para um Broker MQTT via Wi-Fi. Ele ratifica que o uso de hardware embarcado de baixo custo atende diretamente a nichos como clubes de xadrez e criadores de conteúdo que precisam de live streaming de partidas presenciais sem o alto custo dos tabuleiros profissionais de federações.

* **Link:** https://ieeexplore.ieee.org/document/10638342/

# 5. Comparativo com produtos similares
A tabela abaixo apresenta um comparativo entre o produto em estudo e outros dispositivos semelhantes disponíveis no mercado. O objetivo é evidenciar as principais semelhanças 
e diferenças em termos de especificações técnicas e recursos de conectividade.

1. **DGT Smartboard (Digital Game Technology):** O padrão ouro dos torneios oficiais da FIDE (Federação Internacional de Xadrez). Usa tecnologia de indução eletromagnética 
proprietária que reconhece a peça exata (sabe a diferença entre um Cavalo e uma Torre).

2. **Chessnut Air:** 

![Chessnut Air](chessnut.webp)

Um dos tabuleiros inteligentes mais populares do mercado atual. Compacto, possui LEDs de indicação nas casas e reconhecimento individual de peças por 
chips RFID/indutivo de baixo custo.

3. **Millennium eOne:** 

![Millennium eOne](millennium.png)

Focado em portabilidade e custo-benefício. Não possui reconhecimento de peças individuais (apenas sensores de pressão/contato), sendo voltado para 
conectar via Bluetooth com aplicativos de celular.

4. **Square Off (Grand Kingdom):** 

![Square Off (Grand Kingdom)](grand-kingdom.webp)

Um tabuleiro robótico premium. Possui um braço mecânico interno com ímã motorizado (XY) que move as peças do oponente fisicamente de forma 
automatizada.

5. **Kasparov Chess Computer (Anos 80/90 - ex: Saitek):** 

![Kasparov Chess Computer - Tabuleiro de Xadrez Eletrônico Vintage](kasparov.jpg)

Representante histórico da categoria. Um sistema totalmente *offline*, rodando uma engine de xadrez primitiva em 
microcontroladores de 8 bits, onde o jogador precisava pressionar fisicamente a peça contra o tabuleiro.

### Tabela Comparativa de Especificações Técnicas

| Característica / Produto | DGT Smartboard | Chessnut Air | Millennium eOne | Square Off (Grand Kingdom) | Kasparov / Saitek (Histórico) | Proposta (ESP32) |
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
| **Tecnologia de Detecção** | Indução Eletromagnética Avançada | Sensores Indutivos / Chips de Peça | Sensores de Pressão / Membrana | Reed-Switches + Ímãs (Mecânica Ativa) | Sensores de Pressão de Membrana | **Matriz de Reed-Switches (Magnético)** |
| **Reconhecimento de Peça** | **Sim** (Identifica tipo e cor da peça) | **Sim** (Identifica tipo e cor da peça) | **Não** (Apenas detecta se a casa está ocupada) | **Não** (Detecta ocupação; alinha com braço robótico) | **Não** (Apenas detecta pressão mecânica) | **Não** (Detecta ocupação por imã; lógica gerida por software) |
| **Conectividade Principal** | USB / Serial (Barramento de torneio) | Bluetooth 5.0 LE / USB | Bluetooth Low Energy (BLE) | Bluetooth LE | Nenhuma (Totalmente Offline) | **Bluetooth / Wi-fi** |
| **Interface com Jogador** | Relógio DGT Externo (Opcional) | LEDs em cada casa | LEDs circulares discretos nas casas | Movimento Robótico Automático das Peças | Display de 7 segmentos / LEDs de Coordenadas | **Tela LCD integrada + Buzzer Passivo** |
| **Processamento Local** | Baixo (Apenas transmite matriz bruta) | Médio (Processa matriz e gerencia BLE) | Baixo (Envia matriz bruta via app) | Alto (Coordena motores de passo internos) | Engine de Xadrez interna rodando em MCU 8-bits | **Alto (ESP32: Debouncing, Pilha BLE, Conexão MQTT)** |
| **Público-Alvo** | Federações de Torneios Profissionais | Entusiastas de Xadrez Online / Estudantes | Jogadores casuais de aplicativos móveis | Jogadores que querem experiência de luxo | Entusiastas da era pré-internet | **Makers, DIY e Transmissão de Baixo Custo** |

# 6. Referências

- [NASRUL, M. A., et al. "Low Cost Electronic Chess Set Using Reed Switches". *Journal of Embedded Systems and Instrumentation*, 
vol. 14, no. 3, pp. 112-120, 2012.](https://journals.utm.my/index.php/jurnalteknologi/article/view/913)
- [KYAW, M. M. "Automated Chessboard". *Final Project Report - Department of Electrical and Computer Engineering*, University of Rochester, 2020.](https://www.researchgate.net/publication/384729489_IOT_Chess_Board_Final_Report_Myint_Myat_Kyaw)
- [DUARTE, Rodrigo; LOPES, Nuno Vieira; COELHO, Paulo Jorge. A Low-Cost Head-Controlled and Sip-and-Puff Mouse: System Design and Preliminary Findings. 
**Electronics**, Basel, v. 14, art. 4953, p. 1-14, 2025.](https://www.mdpi.com/2079-9292/14/24/4953)
- [MUJI, Siti Zarina Mohd; WAHAB, Mohd Helmy Abdul; AMBAR, Radzi; LOO, Wong Kian. Design and Implementation of Electronic Chess Set. In: INTERNATIONAL 
CONFERENCE ON ADVANCES IN ELECTRICAL, ELECTRONIC AND SYSTEM ENGINEERING, 2016, Putrajaya. Proceedings [...]. [S. l.]: IEEE, 2016. p. 451-456.](https://ieeexplore.ieee.org/document/7888087)
- [MAHMOOD, Nasrul Humaimi; CHE KU LONG, Che Ku Mohd Salahuddin; GANI, Ismawati Abd; SUDIRMAN, Rubita. Low Cost Electronic Chess Set for Chess Tournament. In: 2011 IEEE 7th International Colloquium on Signal Processing and its Applications, 2011.](https://ieeexplore.ieee.org/document/5759856)
- [AL-ALI, A., et al. "Evaluating Energy Consumption of ESP32 for Real-Time MQTT Monitoring". *International Conference on Innovation and Intelligence for Informatics, Computing, and Technologies (3ICT)*, 2023.](https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=10391358&isnumber=10391106)
- [SUŠAC, Filip; ALEKSI, Ivan; HOCENSKI, Željko. "Digital Chess Board Based on Array of Hall-Effect Sensors". *Proceedings of the 2017 40th International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO)*, p. 147-151, IEEE, 2017.](https://ieeexplore.ieee.org/document/7973572)
- [ATAYEVA, G.; HOJAGULYYEV, P.; USSAYEVA, A.; ORAZOV, Y.; ORAZOV, A. Cyber Physical System for Physical Chessboard Game on Computer Screen in a Real Time. In: 2024 3rd International Conference on Computational Modelling, Simulation and Optimization (ICCMSO), IEEE, 2024.](https://ieeexplore.ieee.org/document/10638342/)