开源3D打印国际象棋钟：支持增量、回合加时、亮度与电量查看

2025-12-29 16:26:39 1

下棋越多，越容易遇到一个现实问题：想要一台“功能够用、规则可调”的实体棋钟，但价格并不友好。这个项目的思路很直接——自己做一台开源棋钟：时间可任意设置；支持每步增量（increment）；还能在指定回合后追加“加时”（bonus），并切换到另一套增量规则（典型锦标赛节奏如开局 90 分钟、到第 40 回合后加时等）。项目还提出后续扩展方向：记录每回合用时，并通过蓝牙导出到电脑做时间管理分析。

它能做什么？

任意设置对局时间与增量（每走一步追加时间）。
支持“回合触发加时”：到指定回合后加 bonus，并可切换到另一段 increment（例如前半段无增量、后半段 30 秒增量）。
支持亮度调节与电量查看，并提供暂停、重置等对局控制。

硬件与材料

项目给出了完整清单，这里按“做成一台成品棋钟”所需的关键项归纳（具体数量与规格项目中都有列明）：

显示：TM1637 四位数码管模块 ×2
主控：ESP32-WROOM-32
供电：两节 18650（带焊片）+ TP4056（带保护、Type-C）+ 3V→5V 升压模块
结构：PLA/PETG 打印件 + 10×3mm 圆形磁铁（用于回合切换结构）+ 木螺丝等
扩展板：洞洞板（约 5×7cm 单面足够）+ 2.54mm 排针/排母切分成不同长度
分立器件：多组电阻、IN4001 二极管、NPN 三极管（如 C945）、P 沟道 MOSFET（示例 NDP6020P）等

3D 打印要点

项目提供了可直接用于打印的 .3mf 配置文件；如果不用 .3mf，也提供 .step 文件与打印建议。整体推荐参数：3 圈墙（3 wall loops）+ 5% 填充；主体与底壳建议加 brim/“mouse ears” 防翘边；主体支撑可做得很少。

回合切换件（Turn Switch / Teeter_Totter）

在腔体封闭前暂停打印，每个槽位放入 2 颗磁铁叠放。
项目建议两侧用相反极性，方便后续装配。
示例暂停高度：20.8mm（约第 104 层），并建议侧放打印。

主体（Body）

同样在磁铁孔还能触达时暂停，每个孔放入 2 颗磁铁叠放。
示例暂停高度：33.4mm（约第 167 层），主体建议“屏幕面朝下”打印，背面少量支撑。

双色按键：没有多材料系统也能实现

不移动按键模型位置，先删除按键本体，只打印符号并留在平台上；
撤销删除、改为删除符号，换耗材再打印按键本体，让本体包住符号；
项目提示： .次删除后不要保存工程；另有无符号版本（Taste_2）便于自制图标。

固件烧录

项目采用 Arduino IDE 作为“最省事”的入门方式：

USB 连接 ESP32，先在设备管理器确认串口识别（示例为 CP210x USB-to-UART，记住 COM 号）。
Arduino IDE 中添加 ESP32 板卡索引，并在 Boards Manager 安装 Espressif 的 esp32 包。
板型选择 ESP32 Dev Module。
安装显示库：在库管理器搜索 TM1637，安装 Avishay Orpaz 的版本。
上传代码完成烧录。

常见排错点项目也写得很明确：缺驱动、USB 线只有供电、IDE 端口选错等。

电路与焊接

这套棋钟的连线并非把所有线直接焊到 ESP32 上，而是做了一块“扩展板”把电源、显示、按键等汇总，装配更规整。

连接器切分（40Pin 排针/排母按长度掰断）

给 ESP32 的 20Pin 排母 ×2
给显示的 6Pin 排母 ×1、4Pin 排针 ×2
给按键的 3Pin 排母 ×1、5Pin 排针 ×1
给充电板/升压等的 2Pin、单针、以及用于把所有连接器插到扩展板上的 12Pin 等（项目逐条列了长度清单）

电池与充电板

两节 18650 需先确认电压一致（不一致先充电均衡）。
按项目方式把两电池并联（+ 对 +、- 对 -），并接入 TP4056 的 B+/B-；再从 OUT+/OUT- 引出到连接器。
电池上垫泡棉，用电池夹固定，充电板滑入到位。

两块显示屏组合

模块文字朝上安装；两块屏幕并排焊 4Pin 接头；GND 与 5V 用短线互连。
再制作 6Pin 显示连接线束：一端 GND、另一端 5V，中间为两块屏幕的 DIO/CLK；DIO/CLK 顺序后续可在代码中对调。
最后对连接处做绝缘包裹。

按键线束

按项目示意图连线：5PIN 为 5Pin 排针端、3PIN 为 3Pin 排母端。
关键提示：接到 5PIN 的红线是 3.3V，放在连接器中间位置。
红黑主干线约 10cm；按键之间短连线约 5cm；不同按键信号线长度从左到右逐渐变长（项目建议参考装配视频估算）。

扩展板电源逻辑

电池升压到 5V 供 ESP32 与显示。
P 沟道 MOSFET 用于切断升压模块与后级，实现关机时几乎无耗电。
电源键触发 MOSFET 导通；ESP32 再驱动 NPN 形成自保持上电；并能检测电源键长按，执行自断电。
项目还提示：两颗 1MΩ 电阻需要贴板平放，因为会压在升压模块下方，需在装升压模块前先焊好。

清理与短路检查

用 99% 酒精 + 牙刷清理残留助焊剂（残留可能引发短路）。
用万用表检查连焊短路并修复。

装配与校准

装配顺序

先装屏幕，再装按键；接着装 ESP32 与夹具；最后装扩展板。
注意事项：不要同时插 USB 和电源线。项目的测试方式是先用 USB 供电、且不接电池完成初测。
按键可按个人习惯排列，但电源键因接法不同不建议随意换位。

霍尔传感器校准

项目说明：芯片、磁铁、耗材差异会影响读数，因此需要校准。操作流程：

按住 battery 键，再按 settings 进入校准模式；屏幕显示 “cali”。
按 play 开始校准，将 Teeter_Totter 拨到“全亮屏幕”一侧；过程中需要切换一次方向。
校准完成回到 cali 页面，按 settings 继续：先显示当前读数，再显示两侧计算阈值。
阈值可用 + / - 调整；退出后会保存，一般无需重复。
确认按键映射无误后，拔掉 USB，再把电池插到扩展板。

开源代码：https://github.com/curlyman98/ChessClock-ESP32

上手使用

开/关机：长按 power。
未开始对局：直接按 + / - 给双方加减时间。
点击 settings 可依次调整：increment、到指定回合后的 bonus、bonus 后的 increment(2)、以及 bonus 回合数（对双方同时生效）。
若要分别设置双方时间：长按 settings 进入完整菜单，可分别设置 P1/P2 的 H/m/s，以及 bonus 与 bonus 前后两段 increment。
电池与亮度：长按 battery 查看电量；按住 battery 的同时用 + / - 调亮度。
对局控制：play 开始/暂停；暂停时按 settings 可重置；若一方超时“旗落”，按 play 可重置棋钟。
若回合切换不稳定：重新校准或在校准菜单里微调阈值。

总结

如果你既想要“锦标赛规则”那种可分段增量/回合加时的棋钟，又希望结构、电路、固件都能按自己的习惯持续迭代，这个项目的价值就在于：从 3D 打印到扩展板自保持电源，再到霍尔阈值校准与完整操作菜单，把一台可用的实体棋钟流程拆得非常清楚。项目也提到会在后续版本中持续更新，并计划做配套应用，用于查看用时并导出带时间戳的棋谱数据，欢迎提交建议与贡献。

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