CN101332357A - 一种电子围棋棋盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子围棋棋盘，包括：对弈处理单元、电路控制单元、棋子检测电路、指示灯控制电路和按键检测电路，对弈处理单元用于围棋对弈时，向电路控制单元输出控制命令和数据，并接受来自电路控制单元的控制命令和数据；电路控制单元用于根据收到的控制命令控制棋子检测电路检测电子围棋棋盘上所有棋子的状态，控制指示灯控制电路点亮电子围棋棋盘上的指示灯，控制按键检测电路检测电子围棋棋盘上的按键操作；指示灯控制电路用于在电路控制单元的控制下控制指示灯点亮；棋子检测电路用于扫描电子围棋棋盘上所有棋子的状态；按键检测电路用于在按键被按下时，向电路控制单元输入控制信号。本发明的电子围棋棋盘设计简单、成本低，具有产品化和市场化的优势。

Description

一种电子围棋棋盘

技术领域

本发明涉及电子技术，特别是指一种电子围棋棋盘。

背景技术

棋类活动中，围棋在中国、日本和韩国都非常流行，而且越来越多的人在参与这项活动。围棋爱好者中有相当数量的青少年，尤其是在校学生；近年来，越来越多的幼儿园小朋友也开始学习围棋。

围棋对弈使用如图1所示的围棋棋盘，棋盘上共有361(19行×19列)个可以放置棋子的交叉点，称为棋位，使用黑色棋子和白色棋子对弈，且对弈双方各使用一种颜色的棋子。围棋中，通常由黑方先行棋，然后双方轮流行棋，任何一次行棋只能落入一个棋子。当一方行棋后导致对方棋子只有一气，本次行棋叫做“打吃”，意思是下一次行棋便可以吃掉对方的棋子。当一方行棋后导致对方棋子不再有气，本次行棋叫做“吃子”或者“提子”，此时必须将所有被吃的棋子从棋盘上取走。任何一方行棋时不得导致自己的棋子无气，否则本次行棋无效。可见，一次行棋包括：将行棋方的棋子落入在交叉点上，若本次行棋可以吃掉对方棋子，还应将被吃棋子从棋盘上取走。

通过与合适的对手进行实战对弈，可以提高围棋对弈技术。个人电脑和互联网络的普及，为围棋爱好者提供了更多的选择，例如，可以在个人电脑中安装围棋软件进行人机对弈，或者通过互联网络与其他棋手进行网络对弈，但是这两种方式都要求棋手在整个对弈过程中注视电脑显示器，而长时间注视电脑显示器会严重影响儿童和青少年的视力发育、导致近视。

现有的电子围棋棋盘主要包括三部分：棋盘主板、黑白方显示板和棋子状态采集电路。图2A为现有电子围棋棋盘结构示意图。

其中，棋盘主板主要由嵌入式微型计算机电路、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、棋盘行列扫描控制电路、线性放大与模/数转换电路、与上位PC进行通信的串行接口、数据存储器组成。

嵌入式微型计算机电路包括内部集成的闪存器(FLASH)、静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)、并行接口、通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)接口等资源，用于对电子围棋棋盘进行中央控制，提供数据总线、地址总线及控制总线，大部分可连至CPLD，其中UART接口用于与上位PC进行通信。

CPLD与嵌入式微型计算机电路连接，用于实现系统三总线(数据、地址、控制总线)的管理与连接，并输出系统所需的各种控制信号的逻辑组合，增加了系统的可靠性、灵活性和系统的保密性。

棋盘行列扫描控制电路与CPLD连接，接受CPLD的控制信号，用于对棋盘状态采集过程的管理与控制，正确地检测361个棋子状态，逐行通电扫描，在选中的行中再逐列采样反映棋子状态的信号，通过循环完成整个棋盘的扫描。

线性放大与模/数(A/D)转换电路，分别与嵌入式微型计算机电路、CPLD、棋盘行列扫描控制电路和棋子状态采集电路相连，用于接受棋子状态采集板电路输出的棋子状态采集信号，检测到的棋子状态的模拟量电信号经多路模拟转换开关切换送至线性放大电路，放大至A/D转换的有效范围，并经A/D电路完成A/D转换，最终输出给嵌入式微型计算机电路。嵌入式微型计算机将实时读取反映棋子状态的数字量。

数据存储器可采用非易失性存储器，用于存储系统运行的中间结果及系统运行的须保留的、掉电非易失的结果和开机条件的判别特征序列码。

与上位PC进行通信的串行接口，用于与PC建立通信连接，提供与PC串行通信要求相符合的电气驱动电路。

棋子状态采集电路，用于对棋盘状态进行实时检测，该围棋棋子状态采集板电路与棋盘行列扫描控制电路连接，接受围棋行列扫描控制电路的控制信号。棋子状态采集板电路具体包括：红外发射管、红外接收管及由受控电子开关管组成的检测单元电路，该红外发射管的正级经一电阻与受控电子开关管的发射级连接，该受控电子开关管的集电极与红外接收管的正级连接。

黑白方显示板用于构成电子围棋棋盘的人机界面；该黑白方显示板与嵌入式微型计算机电路连接。黑白方显示板具体包括：电源及显示信号输入电路，用于提供黑白方显示板的工作电源并提供显示信号的输入接口；显示形码锁存电路，用于锁存显示的形码；发光二极管(Light Emitting Diode，LED)驱动电路，与显示形码锁存电路连接，用于接收显示形码锁存电路输出的信号；计时显示器，用于显示时间和/或次数，该计时显示器与LED驱动电路连接，接收LED驱动电路输出的显示形码。

以上所述电子棋盘中的棋子状态采集电路的结构如图2B所示，棋子状态采集板电路主要由检测单元电路组成，检测单元电路包括红外发射管(如D1)、红外接收管(如D2)及受控电子开关管(如Q2)等电子器件。红外发射管(如D1)、红外接收管(如D2)构成红外反射方式检测装置，随时检测棋盘上棋位的状态。

一个检测单元电路由一个红外发射管(如D1)、红外接收管(如D2)及受控电子开关管(如Q2)组成。在棋盘的每一棋位安装一个检测单元电路，构成点阵结构的检测电路，嵌入式微型计算机控制电路以扫描方式监视读取每一检测单元电路的输出信号，该输出信号由线性放大与模/数转换电路转换为数字信号，全棋盘扫描程序控制，速度达到数十毫秒级，从而确保检测的实时性。

每一块电子围棋棋盘的棋子状态采集电路包含38个检测单元电路，构成并列的两行棋子状态采集电路。第一行棋子检测电路由Q1～Q20、R1～R21、D1～D38组成。Q1导通时为Q2～Q20提供工作电源，D1与D2、D3与D4......D37与D38为19对红外线发射/接收管，第一行各棋位上放置棋子的状态都将由该行上相应的红外线接收管采集得到。第二行棋子检测电路由Q21～Q40、R22～R42、D39～D76组成。Q21导通时为Q22～Q40提供工作电源，D39与D40、D41与D42......D75与D76为19对红外线发射/接收管，第二行各棋位上放置棋子的状态都将由该行上相应的红外线接收管采集得到，依此类推。

以上所述电子围棋棋盘设计有“黑方走棋确认”、“白方走棋确认”、“黑方弃局(认输)”和“白方弃局(认输)”按键，例如，当黑方行棋后，棋手按下“黑方走棋确认”按键，虽然对弈过程中，该电子围棋棋盘申明可以检测棋子的颜色，但未详细说明如何检测棋子的颜色。一种可行的办法是，由于每次行棋都要按下行棋方的“走棋确认”按键，因此可以根据“走棋确认”判断落入棋子的颜色，例如，检测到“黑方走棋确认”被按下时，则本次行棋所落入的棋子一定是黑色。但这是一种间接判断棋子颜色的方法，它的前提条件是每次行棋都使用了正确的颜色的棋子，如果棋手意外地使用了错误的棋子或者意外地移动了棋盘上的棋子，棋盘上的棋子状态与电脑记录的实际状态将不一致，会导致对弈过程的混乱。

通过以上描述可见，现有电子围棋棋盘具有如下缺点：

一、该电子围棋棋盘只能用于比赛时记录棋谱和行棋时间，由于没有落子位置指示功能，对弈双方必须在同一个电子围棋棋盘上进行对弈，因此棋手无法使用这样的电子围棋棋盘进行人机对弈或网络对弈；

二、不能真正地检测棋盘上的棋子颜色，只能间接地判断棋子的颜色，因此，棋子颜色的检测完全依赖于棋手按下了正确的“确认”键，如果棋手意外地使用了错误的棋子或者意外地移动了棋盘上的棋子，棋盘上的棋子状态与电脑记录的实际状态不一致，会导致对弈过程出现混乱；

三、棋子状态采集电路使用大量的电子器件包括399个电阻、361个红外发射管、361个红外接收管和380个受控电子开关管，导致电路复杂，并且由于电子器件的数量和电路的复杂性直接影响电路的成本，使得电子围棋棋盘的成本过高。另外，该电子围棋棋盘中还必须使用线性放大与模/数转换电路，无疑又增加了电子围棋棋盘的成本。

另外，现有的电子围棋棋盘有的采用光敏电阻实现对棋子的检测，但是，采用光敏电阻无法有效检测棋子的颜色，虽然可以通过电脑系统记录对弈过程来判断棋子的颜色，若对弈过程中出现悔棋或棋子被意外移动，系统无法准确检测棋子状态是否恢复正确，而且光敏器件容易受外界干扰，可靠性比较低。还有些电子围棋棋盘采用霍尔元件实现棋子状态检的测，虽然可以有效检测棋子的颜色，但是霍尔元件的价格比较昂贵，大量的霍尔元件导致电子围棋棋盘的成本太高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电子围棋棋盘，用以实现人机对弈或网络对弈中保护视力的目的，并且降低电子围棋棋盘的成本。

本发明提供的电子围棋棋盘包括：对弈处理单元、电路控制单元、棋子检测电路、指示灯控制电路和按键检测电路，其中，所述对弈处理单元用于围棋对弈时，向电路控制单元输出控制命令和数据，并接受来自电路控制单元的控制命令和数据；所述电路控制单元用于根据收到的控制命令控制棋子检测电路检测电子围棋棋盘上所有棋子的状态，控制指示灯控制电路点亮电子围棋棋盘上的指示灯控制按键检测电路检测电子围棋棋盘上的按键操作；所述指示灯控制电路用于在电路控制单元的控制下控制指示灯点亮；所述棋子检测电路用于扫描电子围棋棋盘上所有棋子的状态；所述按键检测电路用于在按键被按下时，向电路控制单元输入控制信号。

其中，所述对弈处理单元包括电脑系统、接口电路和通信单元，其中，所述电脑系统用于执行围棋对弈软件，向电路控制单元输出控制命令和数据，并接受来自电路控制单元的控制命令和数据；所述接口电路用于完成电路控制单元与电脑系统的互连；所述通信单元用于实现特定的通信协议并与电脑系统交换与行棋相关的控制命令和数据。

其中，所述对弈处理单元包括存储单元和中央处理单元，所述存储单元用于存储电子围棋棋盘运行的软件和配置数据，以及软件运行过程中的中间数据；所述中央处理单元用于执行围棋对弈软件，向电路控制单元输出控制命令和数据，并接受来自电路控制单元的控制命令和数据。

其中，所述指示灯控制电路包括落子位置指示灯控制电路，所述电路控制单元用于生成与落子位置相对应的控制信号，所述落子位置指示灯控制电路用于根据收到的控制信号点亮相应棋位上的落子位置指示灯点。

其中，所述指示灯控制电路进一步包括行棋方指示灯控制电路，所述电路控制单元用于生成点亮行棋方指示灯的控制信号；所述行棋方指示灯控制电路用于根据收到的控制信号使对应的行棋方指示灯点亮。

其中，所述棋子检测电路包括行列检测电路和检测电路单元，其中，所述行列检测电路用于对电子围棋棋盘上的行列棋位进行扫描，确定各棋位上的棋子的状态信息，生成对应的输出信号；所述检测电路单元是以磁铁作为开关的电路，所述磁铁位于棋位上，根据所述磁铁是否被吸附确定开关的状态。

其中，所述电子围棋棋盘进一步包括用于放置于该电子围棋棋盘棋位上的棋子，所述棋子中设置有磁铁，且黑色棋子和白色棋子中设置的磁铁的极性相反；所述检测电路单元为722个，其中，361个检测电路单元用于检测黑色棋子是否放置于电子围棋棋盘的对应棋位处，其余361个检测电路单元用于检测白色棋子是否放置于电子围棋棋盘的对应棋位处，每个棋位处的两个磁铁的极性相反。

其中，所述电子围棋棋盘进一步包括用于放置于该电子围棋棋盘棋位上的棋子，所述棋子中设置有铁片；所述检测电路单元为361个，用于检测棋子是否放置于电子围棋棋盘的对应棋位处。

其中，所述按键检测电路包括确认键检测电路、取消键检测电路和检查键检测电路。

其中，所述电路控制单元通过读取棋子检测电路的输出，确定电子围棋棋盘上各棋位的棋子状态信息，完成电子围棋棋盘上所有棋子的状态信息的扫描。

其中，所述棋子检测电路、指示灯控制电路和按键检测电路位于电子围棋棋盘的电路板上，所述电子围棋棋盘从上至下还包括：具有透光性的面膜、具有强度的面板和底板，所述电路板位于面板和底板之间，所述电路板向上的表面上对应棋位的位置设置落子位置指示灯，向下的表面上设置有触点，用于在相应棋位上落入棋子时与吸附上来磁铁接通，所述磁铁位于在底板上设置的凹槽中；所述面板在对应棋位的位置处设置小孔，用于嵌入所述电路板上的落子位置指示灯。

本发明中首次提出电子围棋棋盘具有落子位置指示功能，该功能使得电子围棋棋盘的应用发生了本质的改变，棋手可以使用它进行人机对弈或网络对弈，因为落子位置指示功能使得棋手在进行人机对弈或网络对弈时，很方便地代替电脑系统或对方落入棋子。棋手使用本发明提供的电子围棋棋盘进行人机对弈或网络对弈时，无须在对弈过程中观察电脑显示器，避免了因长时间观察电脑显示器带来的视力伤害，为青少年通过电脑学习围棋提供了一个不影响视力的电子设备。

使用这种外观与普通围棋棋盘相同的电子围棋棋盘进行人机对弈或网络对弈，能够提高对弈的真实体验，例如，小孩进行人机对弈或网络对弈时，不会围棋的家长可以代替对方在真实的棋盘上行棋，这样可以陪同小孩一起对弈，增加了对弈乐趣。

本发明的电子围棋棋盘的一种实现方式中能够真实地检测出棋子的颜色，即使对弈过程中出现落子错误或其他误操作，如不小心移动了几个棋子，系统仍能准确检测出棋盘上所有棋子的位置和颜色，因此，很容易恢复棋盘上的棋子布局。另外，本发明提供的电子围棋棋盘的另一种实现方式中，虽然无法提供棋子的颜色检测功能，但棋子中不再使用具有N/S极的磁铁，而且可以使用铁片代替磁铁，在棋盘底座的凹槽中放置磁铁也可采用无N/S极方向的磁铁，只需要一套棋子检测电路，减少了38位I/O，这样，需要的I/O端口减少一半，电路板更加简单，进一步降低了电子围棋棋盘的生产成本。

本发明中利用磁铁同时具有磁性和导电性，采用磁铁作为触点开关，直接将触点设计在电路板上，这极大地简化了电路板的设计，从而降低了电子围棋棋盘的生产成本。

本发明中利用发光二级管的电流具有方向性的特点，采用行列控制电路控制落子位置指示灯的点亮状态，极大地降低了控制芯片的使用，也降低了电子围棋棋盘的生产成本。

综上所述，与现有的电子围棋棋盘相比，由于本发明提供的电子围棋棋盘设计简单、成本低，更加具有产品化和市场化的优势。

附图说明

图1为普通围棋棋盘示意图；

图2A为现有电子围棋棋盘结构示意图；

图2B为现有电子围棋棋盘中棋子状态采集电路结构示意图；

图3A为本发明中电子围棋棋盘外观示意图；

图3B为本发明中电子围棋棋盘坐标示意图；

图4为本发明电子围棋棋盘与电脑系统连接关系示意图；

图5为本发明电子围棋棋盘中棋位物理结构示意图；

图6为本发明电子围棋棋盘与电脑系统互连时的结构示意图；

图7A为本发明电子围棋棋盘中控制落子位置指示灯的电路结构示意图；

图7B为本发明电子围棋棋盘中落子位置指示灯控制电路原理图；

图8为本发明电子围棋棋盘中控制行棋方指示灯的电路结构示意图；

图9A为本发明电子围棋棋盘中控制白色棋子检测电路的电路结构示意图；

图9B为本发明电子围棋棋盘中白色棋子检测电路原理图；

图10A为本发明电子围棋棋盘中控制黑色棋子检测电路的电路结构示意图；

图10B为本发明电子围棋棋盘中黑色棋子检测电路原理图；

图11为本发明电子围棋棋盘中按键检测电路原理图；

图12为本发明电子围棋棋盘不与电脑系统互连时的结构示意图；

图13为本发明电子围棋棋盘中棋位另一物理结构示意图。

具体实施方式

为了使棋手在使用本发明提供的电子围棋棋盘与使用普通棋盘具有相同的体验，电子围棋棋盘盘面的大小、形状和颜色可以与普通棋盘相同，如图3A所示，并且该电子围棋棋盘上设置有两组行棋方指示灯，用于指示对弈过程中的行棋方，即由黑方行棋还是由白方行棋，还设计有两组“确认”、“取消”和“检查”按键，当棋手完成一次行棋后按下“确认”按键，表示结束本次行棋，当棋手需要悔棋时可通过按下“取消”按键请求悔棋，若棋手需要检查棋盘上棋子状态是否正确时通过按下“检查”按键请求检查棋子状态。

本发明提供的电子围棋棋盘可采用如图3B所示的坐标系统，将坐标原点设置在棋盘的左下角，围棋棋盘有361(19行、19列)个交叉点、即棋位，左下角第一个交叉点的坐标位置为(1，1)，而右上角最后一个交叉点的坐标位置为(19，19)。实际应用中也可采用其他坐标系统，只要能够表示每个交叉点的坐标位置即可，但对弈双方必须使用相同的坐标系统。

电子围棋棋盘与电脑系统通过物理接口互连，如图4所示，电脑系统可以是个人电脑、掌上电脑、便携式电脑、网络服务器、游戏机、甚至是手机等各种具有处理功能的设备；物理接口可以是标准的以太网接口、RS232串行接口、并行接口、红外线接口、万用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口或其他物理接口，当采用以太网接口时，电子围棋棋盘与电脑系统之间可以通过网络来互连。

电子围棋棋盘与电脑系统互连后，不仅可用于围棋比赛时记录棋谱和行棋时间，还可以用于人机对弈和网络对弈。人机对弈是指，棋手通过电子围棋棋盘与电脑系统对弈，电脑系统除了完成行棋步骤检查、过程记录、对弈计时功能外，更重要是执行人工智能，即电脑系统执行围棋对弈的人工智能软件，当由电脑系统行棋时，计算行棋的位置；网络对弈是指，电脑系统接入网络，如互联网(Internet)，棋手在电子围棋棋盘上与网络对端的棋手进行对弈。

电子围棋棋盘能够实现以下基本功能：

一、行棋方指示功能

指出对弈过程中由黑方行棋还是由白方行棋。该功能由两组行棋方指示灯实现，由黑方行棋时，点亮或闪烁代表黑方的一组(两个)指示灯，由白方行棋时，点亮或闪烁代表白方的一组(两个)指示灯。

二、落子位置指示功能

人机对弈时，电脑系统决定行棋后，需要棋手代替电脑系统在电子围棋棋盘的指定棋位上落入电脑系统所执颜色的棋子；网络对弈与人机对弈类似，网络对端棋手行棋后，棋手也需要代替对方在电子围棋棋盘的指定棋位上落入对方的棋子。可见，落子位置指示功能就是在电子围棋棋盘上指出电脑系统或对方棋手行棋时落入棋子的位置，以便棋手代替电脑系统或对方棋手行棋。落子位置指示功能可以由361个(19行×19列)指示灯实现，电子围棋棋盘上每个棋位放置一个指示灯，电脑系统或对方棋手行棋后，电子围棋棋盘点亮或闪烁指定棋位的指示灯，指示棋手在该棋位落入对方的棋子。落子位置指示灯可以采用单色或双色指示灯，若采用双色指示灯，则可以不设置行棋方指示灯。落子位置指示功能也可以由两组指示灯实现，每组19个指示灯，一组指示灯指示横向位置，另一组指示灯指示纵向位置，2组指示灯分别安装在图3B中所示的最靠近X轴和Y轴的各个棋位附近，电脑系统或对方棋手行棋后，电子围棋棋盘分别点亮或闪烁表示X坐标和Y坐标的指示灯，棋手根据X轴和Y轴上两个点亮或闪烁的指示灯来确定电脑系统或对方棋手行棋的位置，这样，可以减少指示灯的数量、降低电子围棋棋盘的成本。

三、棋子状态检测和上报功能

一次对弈就是双方交替行棋的过程，一次行棋包括：将行棋方的棋子落入有效的棋位，若本次行棋可以吃掉对方棋子，还应将被吃的棋子从棋盘上取走。一次行棋结束，棋手按下电子围棋棋盘上的“确认”按键，确认本次行棋结束，电子围棋棋盘将启动棋子状态检测功能，检测电子围棋棋盘上的棋子状态、包括棋子位置和颜色，并将这些信息上报给电脑系统。棋子状态检测功能由特殊的物理结构和电路来实现，后续会给出具体实现的详细描述。

电子围棋棋盘除了能够实现上述基本功能外，还能够实现以下辅助功能：

一、悔棋请求功能

对弈过程中，可以按下“取消”按键请求悔棋，但是当系统不允许悔棋时，按下“取消”按键则不会请求悔棋。一次请求悔棋，只能请求最后一次行棋的悔棋，若要悔棋很多行棋步骤，可以连续多次按下“取消”按键请求悔棋。例如：

行棋步骤n：黑方行棋

行棋步骤n+1：白方行棋

行棋步骤n+2：黑方行棋

行棋步骤n+3：白方行棋

行棋步骤n+4：黑方行棋

行棋步骤n+5：白方行棋

此时按下“取消”按键，则表明白方请求悔棋行棋步骤n+5。如果此时黑方想悔棋行棋步骤n+2，则必须按下“取消”按键4次，请求4次悔棋。

二、棋子状态检查功能

对弈过程中若出现悔棋，则需要将棋盘上的棋子恢复到悔棋前的状态，或者棋盘上的部分棋子被意外地移动，此时也需要先恢复棋盘上的棋子状态。棋手恢复完棋子状态之后或者对弈过程的任何时候，都可以按下“检查”按键执行棋子状态检查，电子围棋棋盘扫描当前电子围棋棋盘上所有棋子的位置和颜色，并将扫描结果上报电脑系统，电脑系统将扫描结果与记录的棋子状态信息比较，若两者完全相同，则棋子状态检查正确。另外，通过在电子围棋棋盘上增加中央处理单元和存储器，也可以由电子围棋棋盘比较棋子状态信息。

电子围棋棋盘的物理构造必须能够实现上述功能，即行棋方指示功能、落子位置指示功能、棋子状态检测和上报功能、悔棋请求功能和棋子状态检查功能。其中行棋方指示功能和落子位置指示功能主要由指示灯实现，悔棋请求功能和棋子状态检查功能主要由触点按键实现，但是棋子状态检测功能需要采用特殊的物理结构和电路。围棋棋盘共有361(19行×19列)个棋位，每个棋位采用相同的物理结构和电路单元。

为了使电子围棋棋盘能够区分围棋棋子的颜色，本发明利用了磁铁同时具有N/S极和导电的特性，图5为本发明电子围棋棋盘棋位物理结构示意图，图中描述了两个棋位分别有白棋和黑棋的情况。

电子围棋棋盘共分为四层：面膜505、面板506、电路板507和底板508。其中，最上面一层是具有一定透光性的面膜505，如塑料膜，其表面的颜色和图案与普通棋盘完全相同。第二层是面板506，具有一定强度，并且绝缘，通常采用塑料或木质材料，面板506上对应棋位509处开一小孔，用于嵌入电路板上的落子位置指示灯503，小孔的形状可根据落子位置指示灯503的形状设计成是圆形或者方形。第三层是电路板507，在电路板507向上的表面上，棋位509处安装一个落子位置指示灯503，落子位置指示灯503被嵌在面板506的小孔中。为方便面板506与电路板507之间的安装，通常面板上的小孔比落子位置指示灯503略大。电路板507向下的表面上设计有2对触点，每对触点的位置正对着下方的磁铁，以便磁铁被吸附时接通一对触点。所有触点由电路板507下表面的金属电路设计而成。最下一层是底板508，具有一定强度，并且绝缘，底板508上对应棋位509处开两个圆形凹槽，两个凹槽以交叉点为原点对称，凹槽用于存放具有N/S极的永久性磁铁504，两个磁铁504的N/S极方向相反，以用于区分黑色棋子502和白色棋子501。图5只是一个示例，磁铁504的N/S极方向可以根据具体要求进行调整，只要求黑色棋子502和白色棋子501中的磁铁504的N级方向相反、底板508上两个磁铁504的N级方向相反即可。

当电子围棋棋盘上有棋子落入棋位509时，棋子底部的磁铁504吸引位于底板508上的其中一个磁铁504，而另一个磁铁504被排斥，被吸引的磁铁504被吸附在电路板507的下表面，由于吸附的位置正对一组触点，而磁铁504具有导电性，因此接通其中一个检测电路单元，从而可实现棋子位置和颜色的检测。当棋盘上棋位509处的棋子被取走时，原来被吸附的磁铁504由于重力作用而掉入凹槽，脱离电路板507下表面上的触点而导致检测电路单元被断开，从而可检测到棋子被取走，且可检测出被取走棋子的位置和颜色。

面板506和电路板507非常薄，因此，棋子中的磁铁504与底座上的磁铁504距离非常近，可控制在5mm以内。

电子围棋棋盘包括：接口电路、通信单元、电路控制单元、棋子检测电路、指示灯控制电路和按键检测电路，如图6所示。以下描述电子围棋棋盘的电路结构，明确电子围棋棋盘各个组成部分的主要功能和相互之间的关系。

接口电路用于完成电子围棋棋盘与电脑系统的互连，满足特定接口的技术标准，该接口可以是标准的以态网接口、USB接口、RS232串行接口、并行接口或其他类型的物理接口。例如，若采用USB接口，接口电路应遵循USB接口的技术标准。不同的接口采用不同的电路和控制芯片。

通信单元主要用于实现特定的通信协议并与电脑系统交换与行棋相关的控制命令和数据，例如，电子围棋棋盘扫描棋子状态后，由通信单元将棋子状态信息(包括棋子的位置和颜色信息)按照通信协议规定的格式发送给电脑系统；电脑系统或网络对端棋手行棋后，电脑系统将落入棋子的信息发送给电子围棋棋盘的通信单元，通信单元再发送给电路控制单元。采用以太网接口时，通信单元可由以太网控制芯片实现；采用USB接口时，通信单元可由USB控制芯片或普通单片计算机实现；采用RS232串口时，通信单元可由单片计算机实现。总之，通信单元通常由控制芯片和存储器组成，以实现与电脑系统的通讯协议，采用不同类型的接口，其具体实现方式不同。

电路控制单元完成三种功能：用于根据电脑系统的控制命令控制电子围棋棋盘上的指示灯点亮或闪烁；用于控制棋子检测电路扫描电子围棋棋盘上所有棋子的状态；用于检测电子围棋棋盘上“确认”、“取消”和“检查”按键的按下操作。电路控制单元可由具有输入/输出(Input/Output，I/O)能力的控制芯片实现，例如，CPLD、USB控制芯片等。

指示灯控制电路用于在电路控制单元的控制下控制两种指示灯、即行棋方指示灯和落子位置指示灯点亮或闪烁。指示灯通常采用发光二极管，可由控制芯片的I/O输出管脚直接控制其开/关或闪烁。

棋子检测电路用于检测电子围棋棋盘的各棋位上是否有棋子和棋子的颜色，由行列扫描电路和共两组、每组361个检测电路单元组成，一组检测电路单元用于检测黑色棋子，另一组检测电路单元用于检测白色棋子。每个检测电路单元为以一个磁铁作为开关的电路，当棋位处落入棋子时，该棋位的一个磁铁被吸附，磁铁开关闭合而接通一个检测电路单元，棋子从棋位被取走时，相应检测电路单元被断开。通过行列扫描电路便可以扫描所有检测电路单元的开关的接通/断开状态，由于棋位上放置黑色棋子与放置白色棋子吸附的是N/S极方向不同的磁铁，从而行列扫描电路可以检测出棋子的状态信息(包括棋子的位置和颜色信息)。

按键检测电路由6个触点开关实现。当按键被按下时，产生一个控制信号到电路控制单元，并会触发相应的处理。不同的按键将触发不同的处理：如果按下的是“确认”或“检查”按键，则启动棋子状态扫描，并将扫描结果上报电脑系统；如果按下的是“取消”按键，则向电脑系统请求悔棋。

电子围棋棋盘的电路主要包括：指示灯控制电路、棋子检测电路、按键检测电路和接口控制电路。其中，接口电路与物理接口类型密切相关，且可以采用现有成熟的控制芯片和控制电路，因此不作详细描述。

指示灯控制电路

电子围棋棋盘需要控制361个落子位置指示灯和4个行棋方指示灯。通常，如图7A所示，可以直接采用控制芯片(如CPLD、或USB控制芯片)提供的I/O输出来控制每个指示灯的开、关或闪烁。指示灯采用发光二极管。如果一个落子位置指示灯使用控制芯片的一位I/O输出位来控制，则至少需要361个I/O输出位。即便每个控制芯片支持30位I/O输出能力，那么至少需要12片控制芯片，这无疑将大大增加了电子围棋棋盘的成本。为减少控制芯片的数量，本发明利用发光二极管的电流具有方向性的特点，即当发光二极管两端的电压相同或者极性相反时，发光二极管不发光，采用一种行、列控制电路，只需要使用38位I/O输出便可以控制361个落子位置指示灯中任意一个的状态。可见，行、列控制电路可以极大地减少I/O芯片的使用，从而降低成本。

图7B为本发明电子围棋棋盘中落子位置指示灯控制电路原理图，如图7B所示，落子位置指示灯控制电路采用行、列控制电路。发光二极管D1.1～D19.19为电子围棋棋盘上361个落子位置指示灯，落子位置指示灯Dx.y位于电子围棋棋盘的棋位上，其中，x为横坐标值，1≤x≤19，y为纵坐标值，1≤y≤19。端口P1和端口P2各有19位I/O输出，分别是P1.0～P1.18和P2.0～P2.18，输出信号来自控制芯片，其中P1.0和P2.0分别是端口P1和端口P2输出比特的第0位比特位(bit)的I/O输出。要接通相应落子位置指示灯Dx.y，控制芯片只需要控制端口P1输出值为2^(x-1)的19位比特码、端口P2输出值为2^(y-1)取反后的19位比特码。例如，如果点亮落子位置指示灯D4.3，则端口P1输出的19位比特码为“0000000000000001000”，端口P2输出的19位比特码为“1111111111111111011”，即对“0000000000000000100”取反后得到，落子位置指示灯控制电路根据收到的比特码即可使相应棋位上的落子位置指示灯点亮。

图7B只是对电路原理的示意性描述，图中是端口P1控制列电路，端口P2控制行电路；实际应用中，也可以是端口P1控制行电路，端口P2控制列电路，或者端口P1和/或端口P2的I/O输出位的顺序与图7B不同，但无论何种改变，电路的原理相同——即利用发光二极管的电流具有方向性，通过控制行、列端口的输出，控制指定棋位处的落子位置指示灯点亮。另外，图7B所示的电路用于控制一种颜色的落子位置指示灯，如果需要控制两种颜色的落子位置指示灯，则只需要增加一套相同的电路即可。图7B只是对电路原理进行示意性描述，因此省略了电源和电阻等元器件。

对于行棋方指示灯的控制，由于只需要控制两种指示灯，因此采用控制芯片的2位I/O输出控制行棋方指示灯的开/关即可，如图8所示，I/O管脚输出高电平，便点亮指示灯。Db1和Db2为黑方指示灯，点亮时表示当前由执黑子一方行棋；Dw1和Dw2为白方指示灯，点亮时表示当前由执白子一方行棋。黑方指示灯与白方指示灯在行棋过程中不能同时点亮。

棋子检测电路

棋子检测电路通过行、列扫描，检测电子围棋棋盘上棋子的状态信息(包括棋子的位置和颜色信息)。下面以白色棋子的检测为例，说明棋子检测电路的实现原理。

图9A为本发明电子围棋棋盘中控制白色棋子检测电路的电路结构示意图。控制芯片提供两组具有读/写功能的I/O端口Px_w和端口Py_w，端口Px_w和端口Py_w各有19位I/O输入，分别是Px_w.0～Px_w.18和Py_w.0～Py_w.18，其中Px_w.0和Py_w.0分别是端口Px_w和端口Py_w的输出比特的第0位比特位。端口Px_w控制列，端口Py_w控制行。

图9B为本发明电子围棋棋盘中白色棋子检测电路原理图，如图9B所示，小黑块为图5中与白色棋子相吸引的磁铁，当有白色棋子落入棋位时，磁铁被吸附在电路板下表面的一对触点上，开关Kw闭合。开关Kw_x.y为图5中坐标为(x，y)的棋位与白色棋子吸引的磁铁开关，其中x为横坐标值(1≤x≤19)、y为纵坐标值(1≤y≤19)。为了检测各棋位是否有白色棋子，白色棋子检测电路可实现逐列或者逐行扫描，此处以逐列扫描为例说明白色棋子检测电路的实现原理，具体如下：

第1列扫描：控制芯片控制端口Px_w的Px_w.0＝1(即Px_w.0输出高电平)，而其他I/O位为0(即Px_w.1～Px_w.18输出低电平)，然后读取端口Py_w的各值，实现对第1列电路的扫描。如果第1列的棋位有白色棋子，则白色棋子所在棋位对应的开关Kw因磁铁吸引而闭合，因此，白色棋子检测电路在端口Py_w中对应的比特位为1，而没有白色棋子的棋位对应的比特位为0，这样控制芯片在端口Py_w上读取到的19位比特码就是第1列白色棋子的扫描结果。

第2列扫描：控制芯片控制端口Px_w的Px_w.1＝1，而其他I/O为0，然后读取端口Py_w的各值，实现对第2列电路的扫描。

依此类推，逐列扫描，直到所有列扫描结束。

每列的扫描结果组合起来就是棋盘上所有白色棋子的位置信息。

黑色棋子的相关棋子检测电路如图10A和图10B所示，端口Px_b和Py_b分别是另外两个具有19位I/O的端口，具体实现与白色棋子的检测相同，在此不再赘述。

棋子状态的检测过程中，可以先扫描所有黑色棋子，然后再扫描所有白色棋子，或者，先扫描一列黑色棋子，再扫描同一列的白色棋子，然后再扫描下一列黑色棋子和白色棋子。无论如何扫描，电子围棋棋盘将扫描结果上报给电脑系统，具体由电子围棋棋盘的电路控制单元将扫描结果通过通信单元和接口电路发送至电脑系统。电脑系统收到棋子的状态检测结果后，进行相应的处理，例如，如果是行棋，则判断本次行棋时落入的棋子和被吃棋子的位置和颜色，如果是棋子状态检查，则将扫描结果与电脑系统记录的棋子信息进行比较。

按键检测电路

电子围棋棋盘需要检测棋手是否按下“确认”、或“取消”、或“检查”按键，以便根据棋手的操作进行相应的处理，例如，如果检测到“确认”按键或“检查”按键被按下，则扫描棋子状态并向电脑系统上报扫描结果，如果检测到“取消”按键被按下，则向电脑系统请求悔棋。按键检测电路可由触点开关实现，通常会触发中断处理，如图11所示，当其中一个按键被按下时，按键检测电路中检测到相应操作，向控制芯片输出高电平，控制芯片可检测到输入管脚的电压变为高电平，因此可触发控制芯片的内部中断处理。每组按键可以如图11那样并联，也可以每个按键独立设置。按键检测电路包括确认键检测电路、取消键检测电路和检查键检测电路，分别用于检测“确认”、“取消”、“检查”键的操作。其中两组“确认”、“检查”和“取消”按键分别位于电子围棋棋盘的两边，如图3A所示。

以上所述控制芯片即为图6中所示的电路控制单元的具体实现。

人机对弈时，对方是电脑系统；网络对弈时，对方是网络对端的棋手。由棋手行棋时，棋手在行棋结束后按下“确认”按键，触发电子围棋棋盘扫描棋子状态并上报电脑系统，由电脑系统判断本次行棋步骤中落入棋子和被提棋子的位置和颜色；由对方行棋时，对方行棋结束后，电脑系统将对方行棋时落入棋子的信息(即位置和颜色信息)发送给电子围棋棋盘，由电子围棋棋盘点亮或闪烁指定的落子位置指示灯，指示棋手代替对方行棋，棋手代替对方行棋结束后，棋手按下“确认”按键，触发电子围棋棋盘扫描棋子状态并上报电脑系统，由电脑系统判断本次行棋步骤中落入棋子和被提棋子的位置和颜色。这样，每次对方行棋结束后，电子围棋棋盘都会指示棋手代替对方行棋，从而可以在电子围棋棋盘上完成人机对弈和网络对弈。

另外，使用本发明提供的电子围棋棋盘可用于围棋比赛，每次行棋后，棋手按下“确认”按键，触发电子围棋棋盘扫描棋子状态并上报电脑系统，由电脑系统判断本次行棋步骤中落入棋子和被提棋子的位置和颜色，同时电脑记录下本次行棋信息、计算并记录行棋时间。

以上描述的电子围棋棋盘的显著特点是，它与电脑系统互连，并由电脑系统执行与行棋相关的计算，例如行棋步骤检查、过程记录、人工智能，电子围棋棋盘主要执行棋子状态检测、指示灯控制和按键检测功能，这样设计可以降低电子围棋棋盘的复杂性，从而降低成本。另外，可以充分利用电脑系统具有的强大计算能力和存储能力，实现多样化的功能，例如，语音提示功能。

对于电子围棋棋盘的另一种实现方式是，它不与电脑系统互连，由电子围棋棋盘自己执行与行棋相关的计算，此时电子围棋棋盘包括：存储单元、中央处理器、电路控制单元、棋子检测电路、指示灯控制电路和按键检测电路，如图12所示。它与前述的电子围棋棋盘具有相同的功能，并采用相同的电路控制单元、棋子检测电路、指示灯控制电路和按键检测电路，差别在于，由电子围棋棋盘的中央处理器执行与行棋相关的计算。其中：存储单元用于存储电子围棋棋盘运行的所有软件和配置数据，以及软件运行过程中的中间计算数据；中央处理器是电子围棋棋盘的计算和控制中心，用于运行软件并执行计算和控制，向电路控制单元输出控制命令和数据，并接受来自电路控制单元的命令和数据。

另外，电子围棋棋盘也可以不提供棋子颜色检测功能，棋子的颜色通过行棋方信息进行判断，例如，如果当前应该由执黑子一方行棋时，则棋位上落入的棋子就是黑色、而被取走的棋子就是相反的颜色(即白色)。这种实现方式下，可以节省磁铁的使用，例如，在棋子中嵌入铁片，而在棋盘底座的凹槽中放置磁铁，反之亦然。图13为本发明电子围棋棋盘的另一物理结构示意图，如图13所示，白色棋子301和黑色棋子302中放置铁片303，磁铁504位于底板508的凹槽中。由于该实现方式中，只需要使用361个磁铁，需要的磁铁数量减少一半，更降低了电子围棋棋盘的制造成本。由于不需要检测出棋子的颜色，因此，只需要一套棋子检测电路，减少了38位I/O，这样，需要的I/O端口减少一半，电路板更加简单。综上所述，该实现方式下，电子围棋棋盘的成本更加低廉。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1、一种电子围棋棋盘，其特征在于，包括：对弈处理单元、电路控制单元、棋子检测电路、指示灯控制电路和按键检测电路，其中，

所述对弈处理单元用于围棋对弈时，向电路控制单元输出控制命令和数据，并接受来自电路控制单元的控制命令和数据；

所述电路控制单元用于根据收到的控制命令控制棋子检测电路检测电子围棋棋盘上所有棋子的状态，控制指示灯控制电路点亮电子围棋棋盘上的指示灯，控制按键检测电路检测电子围棋棋盘上的按键操作；

所述指示灯控制电路用于在电路控制单元的控制下控制指示灯点亮；

所述棋子检测电路用于扫描电子围棋棋盘上所有棋子的状态；

所述按键检测电路用于在按键被按下时，向电路控制单元输入控制信号。

2、根据权利要求1所述的电子围棋棋盘，其特征在于，所述对弈处理单元包括电脑系统、接口电路和通信单元，

所述电脑系统用于执行围棋对弈软件，向电路控制单元输出控制命令和数据，并接受来自电路控制单元的控制命令和数据；

所述接口电路用于完成电路控制单元与电脑系统的互连；

所述通信单元用于实现特定的通信协议并与电脑系统交换与行棋相关的控制命令和数据。

3、根据权利要求1所述的电子围棋棋盘，其特征在于，所述对弈处理单元包括存储单元和中央处理单元，

所述存储单元用于存储电子围棋棋盘运行的软件和配置数据，以及软件运行过程中的中间数据；

所述中央处理单元用于执行围棋对弈软件，向电路控制单元输出控制命令和数据，并接受来自电路控制单元的控制命令和数据。

4、根据权利要求1至3所述的电子围棋棋盘，其特征在于，所述指示灯控制电路包括落子位置指示灯控制电路，

所述电路控制单元用于生成与落子位置相对应的控制信号，

所述落子位置指示灯控制电路用于根据收到的控制信号点亮相应棋位上的落子位置指示灯点。

5、根据权利要求4所述的电子围棋棋盘，其特征在于，所述指示灯控制电路进一步包括行棋方指示灯控制电路，

所述电路控制单元用于生成点亮行棋方指示灯的控制信号；

所述行棋方指示灯控制电路用于根据收到的控制信号使对应的行棋方指示灯点亮。

6、根据权利要求4所述的电子围棋棋盘，其特征在于，所述落子位置指示灯采用发光二极管，所述落子位置指示灯控制电路由行列控制电路实现。

7、根据权利要求1至5任一所述的电子围棋棋盘，其特征在于，所述棋子检测电路包括行列检测电路和检测电路单元，其中，

所述行列检测电路用于对电子围棋棋盘上的行列棋位进行扫描，确定各棋位上的棋子的状态信息，生成对应的输出信号；

所述检测电路单元是以磁铁作为开关的电路，所述磁铁位于棋位上，根据所述磁铁是否被吸附确定开关的状态。

8、根据权利要求7所述的电子围棋棋盘，其特征在于，所述电子围棋棋盘进一步包括用于放置于该电子围棋棋盘棋位上的棋子，

所述棋子中设置有磁铁，且黑色棋子和白色棋子中设置的磁铁的极性相反；

所述检测电路单元为722个，其中，361个检测电路单元用于检测黑色棋子是否放置于电子围棋棋盘的对应棋位处，其余361个检测电路单元用于检测白色棋子是否放置于电子围棋棋盘的对应棋位处，每个棋位处的两个磁铁的极性相反。

9、根据权利要求7所述的电子围棋棋盘，其特征在于，所述电子围棋棋盘进一步包括用于放置于该电子围棋棋盘棋位上的棋子，

所述棋子中设置有铁片；

所述检测电路单元为361个，用于检测棋子是否放置于电子围棋棋盘的对应棋位处。

10、根据权利要求1至5任一所述的电子围棋棋盘，其特征在于，所述按键检测电路包括确认键检测电路、取消键检测电路和检查键检测电路。

11、根据权利要求1至5任一所述的电子围棋棋盘，其特征在于，所述电路控制单元通过读取棋子检测电路的输出，确定电子围棋棋盘上各棋位的棋子状态信息，完成电子围棋棋盘上所有棋子的状态信息的扫描。

12、根据权利要求1至5任一所述的电子围棋棋盘，其特征在于，

所述棋子检测电路、指示灯控制电路和按键检测电路位于电子围棋棋盘的电路板上，

所述电子围棋棋盘从上至下还包括：具有透光性的面膜、具有强度的面板和底板，所述电路板位于面板和底板之间，

所述电路板向上的表面上对应棋位的位置设置落子位置指示灯，向下的表面上设置有触点，用于在相应棋位上落入棋子时与吸附上来磁铁接通，所述磁铁位于在底板上设置的凹槽中；

所述面板在对应棋位的位置处设置小孔，用于嵌入所述电路板上的落子位置指示灯。

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