CN105233492B - 一种基于射频识别的棋类自动裁判装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于射频识别的棋类自动裁判装置，包括棋盘本体、裁判单元和计时器，其中：棋盘本体的背面与盘面上各个交叉点的对应的地方设有发射线圈阵列，棋子内部嵌有并联的接收线圈和谐振回路；裁判单元，包括频率发生电路、无线收发模块、扫描电路、发射线圈阵列和微控制器I，其中微控制器I连接频率发生器，频率发生器通过电压放大器连接扫描电路，扫描电路连接发射线圈阵列，微控制器I控制发射线圈阵列依次发射不同频率的电磁波，棋子内的接收线圈接收相应的频率进行响应，以此检测处棋子相对应的位置，微控制器I通过无线收发模块向计时器传递相应的信息，使计时器完成动作，本发明结构简单、定位准确可靠，容易制造。

Description

一种基于射频识别的棋类自动裁判装置

技术领域

本发明涉及一种基于射频识别的棋类自动裁判装置。

背景技术

现在的棋类(中国象棋、国际象棋)比赛中的记时记谱工作主要靠人工完成，存在诸多弊端，记谱即便有计算机辅助记谱也需要人工录入，工作量较大，费时、劳神、错误率高，记时要由棋手自己操作。针对上述问题，本发明提供一种射频识别式棋类自动记谱装置，能够自动记谱、记时和读秒。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于射频识别的棋类自动裁判装置，本装置能实现自动记谱、记时和读秒，有效减少裁判人员的工作量和减轻棋手的负担，使其更专心于比赛，具有性能稳定可靠、使用方便、制造容易、成本低等优点。本发明也有利于对棋类更进一步的研究、发展、普及和传承。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于射频识别的棋盘，包括棋盘本体，所述棋盘本体内部设置有裁判单元，所述裁判单元，包括频率发生电路、无线收发模块、扫描电路、发射线圈阵列和微控制器I，其中微控制器I连接频率发生器，频率发生器通过电压放大器连接扫描电路，扫描电路连接发射线圈阵列，微控制器I控制发射线圈阵列依次发射不同频率的电磁波，棋子内的接收线圈接收相应的频率进行响应，以此检测处棋子相对应的位置，微控制器I通过无线收发模块传递相应的信息；所述发射线圈阵列设置在棋盘本体的背面与盘面上各个交叉点的对应处。

一种基于射频识别的棋子，包括棋子本体，所述棋子本体内部设有接收线圈磁芯和谐振回路，其中，所述谐振回路包括依次并联的谐振电感、谐振电容和吸收电阻，且每种棋子的谐振回路的谐振频率不同。

一种基于射频识别的棋类自动裁判装置，包括棋盘本体、裁判单元和计时器，其中：

所述棋盘本体的背面与盘面上各个交叉点的对应的地方设有发射线圈阵列，棋子内部嵌有接收线圈磁芯和谐振回路；

所述裁判单元，包括频率发生电路、无线收发模块、扫描电路、发射线圈阵列和微控制器I，其中微控制器I连接频率发生器，频率发生器通过电压放大器连接扫描电路，扫描电路连接发射线圈阵列，微控制器I控制发射线圈阵列依次发射不同频率的电磁波，棋子内的接收线圈接收相应的频率进行响应，以此检测处棋子相对应的位置，微控制器I通过无线收发模块向计时器传递相应的信息，使计时器完成相应的动作；

所述计时器，包括微控制器II、语音播放模块、无线收发模块和控制按键，其中，无线收发模块接收裁判单元的信息，将其传输给微控制器II，所述微控制器II连接有语音播放模块和控制按键，并通过显示模块显示时间。

所述扫描电路，包括选通三极管阵列、列多路模拟开关和行多路模拟开关，其中，所述列多路模拟开关中每一路分别连接选通三极管阵列中一列选通三极管的发射极；所述行多路模拟开关中的每一路依次连接选通三极管阵列中每行选通三极管的基极，选通三极管阵列中每个三极管的集电极通过隔直电容器及电线束连接发射线圈阵列。

所述发射线圈阵列，包括若干行若干列的发射线圈，且每个发射线圈前端均连接有OCL功率放大器，发射线圈的另一端均通过采样电阻接地。

所述比较器的同相输入端连接电压采样电路，反相输入端输入参考电压，比较器输出端连接微控制器I。

所述计时器，包括微控制器II、两个计时按键、LCD显示板、设置键和开始、暂停按键。

所述列多路模拟开关和行多路模拟开关连接微控制器I。行多路模拟开关的输入端连接电压放大器，列多路模拟开关的输出端接地。

所述谐振回路，包括依次并联的谐振电感、谐振电容和吸收电阻，不同种类的棋子的谐振回路的谐振频率不同，所述谐振电感由接收线圈和接收线圈磁芯构成。

所述频率发生器，包括DDS芯片和低通滤波器，其中，DDS芯片连接微控制器I，所述低通滤波器连接电压放大器，电压放大器连接扫描电路。

所述微控制器I还连接有充电模块，充电模块连接有充电电池，微控制器I设有USB接口。

本发明的工作原理为：利用无线电进行识别(即射频识别)，通过设在棋盘盘面下的发射线圈，向设在棋子中的接收线圈发送不同频率的电磁波，当发送频率与棋子中的由电感和电容组成的谐振回路的谐振频率相同时，谐振回路中的电流最大，同时发射电路中的电流也最大(被吸收的能量最大)，通过检测发射电流的变化可以确定发射频率与谐振频率是否相同，并且非常简单可靠(因为谐振时与失谐时的电流变化很大)。改变谐振电容的电容量可以改变谐振频率，让多种不同容量的谐振电容分别代表各种棋子，设定一组包括多个频点的发射频率与相应的谐振频率对应，通过发射相应的频率就可以确定是哪一种棋子及其所在的位置。

基于上述装置的工作流程，包括：首先微控制器I控制频率发生电路产生第一个频点(检测一种棋子)，再由微控制器I控制扫描电路扫描使OCL放大器依次工作，让设在棋盘盘面下的多个发射线圈依次发射，所有发射线圈与盘面上的多个交叉点一一对应，当某个交叉点上的棋子中的谐振回路的频率与发射频率相同时，该谐振电容代表的相应棋子就被确定，此时采样电阻上的电压变大，通过比较器得到判定，然后微控制器I控制频率发电路生产生第二个频点以检测另一种棋子，再由微控制器I控制设在棋盘盘面下的所有发射线圈依次发射，检测相对应的棋子的位置，再重复上述过程直至最后一个频点完成对所有种类棋子的检测。如此反复可以确定各种棋子的位置以及变化情况，如果没有检测到相应的谐振点，则表明该频点对应的棋子以被吃掉，并通过无线收发模块向计时器传递相关信息使计时器做出相应的动作(如计时和读秒等)。

实际扫描可根据具体的棋子种类进行扫描，扫描电路的工作原理为，多个高频三极管(数目与发射线圈数量一致)的基极和发射极通过相应的偏置电阻分别连接到行多路模拟开关和列多路模拟开关上，由控制器控制行和列多路模拟开关按先行后列的顺序依次导通，使三极管依次导通，从而实现了扫描的功能，该电路结构简单实现容易并且三极管还能起一级放大的作用。

本发明的工作频率选在1MH_z-1.5MH_z范围内。

上述所涉及的结构中，未详尽描述的均为现有技术中已有的常规技术(如计时器、LCD显示模块、无线收发模块、充电模块、象棋相应的规则软件等)，在此不再赘述。

所述微处理器的控制电路，直接数字频率合成器(DDS)，低通滤波器，比较器等均是常规技术，对所属领域技术人员而言容易实现，其工作原理在此不再赘述。

进一步的，本发明并不限定于中国象棋、国际象棋、军旗或其他种类的棋类比赛，本领域技术人员在知晓本发明的技术方案后，能够简单更改，替换为其他棋类的改动，都应隶属于本发明的保护范围内。

本发明的有益效果为：

(1)实现了快速准确地自动记谱、记时和读秒，有效减少裁判人员的工作量和减轻棋手的负担，并为比赛和研究提供各种实时数据。

(2)用改变频率的方法来识别各种棋子，不仅抗电磁干扰能力强(相当于调频方式)，可靠性高，而且电路的构成简单。

(3)发射线圈只单向发射信号(接收线圈只接收信号)，因此发射线圈与信号处理单元可以采用分离的方式，这样发射线圈可以单独的放置在各个交叉点上，并且全部的发射线圈可以共用一个信号处理单元，使得电路结构得到了很大的简化。而在常规的射频识别技术中信号是双向传输的，由于应答器(射频卡)发射出的信号要比读写器发射出的信号弱很多，为了保证信号传输的可靠性线圈和读写器要集成在一起，如果采用常规的技术就必须在每一个交叉点上都放置一个读写器，这样不仅电路结构复杂，读写器还必须小型化(棋盘上相邻的交叉点距离比较小)，而且成本很高。

(4)接收电路只有三个电子元件，与常规的射频识别技术中的应答器相比不仅结构简单、制作容易，而且使可靠性得到了很大的提高(谐振与失谐这两种状态很容易识别)。

(5)发射线圈和接收线圈中设有磁芯，可以明显增大互感系数，这样可以把线圈尺寸做小，从而保证精确定位。

(6)裁判单元中设有无线收发模块，可以通过无线的方式与外部设备(计时器、计算机)进行通信，这样可以免去布线的不便，使棋盘在外观上与普通棋盘一样。

(7)本发明还具有结构简单，制造容易，成本低等。

附图说明

图1为本发明的射频识别式象棋自动裁判装置的俯视图；

图2(a)为图1中在A-A位置剖视图；

图2(b)为图1中在B-B位置的剖视图；

图3为本发明的射频识别式象棋自动裁判装置的控制电路的结构框图；

图4为本发明的射频识别式象棋自动裁判装置的扫描电路原理示意图；

图5为本发明的射频识别式象棋自动裁判装置的OCL放大器与发射线圈阵列的示意图；

图6为本发明的射频识别式象棋自动裁判装置的接收线圈的示意图；

图7为本发明的射频识别式象棋自动裁判装置的计时器的电路原理示意图。

其中，1、棋盘；2、棋子；3、计时器；4、裁判单元；5、USB接口；6、充电器接口；7、接收线圈磁芯；8、发射线圈磁芯；9、接收线圈；10、发射线圈；11、微控制器I；12、行多路模拟开关；13、列多路模拟开关；14、无线收发模块；15、充电模块；16、充电电池；17、DDS芯片；18、低通滤波器；19、频率发生电路；20、电压放大器；21、扫描电路；22、选通三极管阵列；23、发射线圈阵列；24、采样电阻；25、比较器；26、选通三极管；27、OCL功率放大器；28、谐振电感；29、谐振电容；30、吸收电阻；31、LCD模块；32、微控制器II；33、设置按键；34、+按键；35、-按键；36、开始暂停按键；37、计时按键；38、语音模块；39、喇叭。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，以象棋为实施例，对本发明的具体结构进行解释。

如图1、图2(a)、图2(b)所示，一种基于射频识别的棋类自动裁判装置，包括棋盘1本体、裁判单元4和计时器3，其中：棋盘1本体的背面与盘面上各个交叉点的对应的地方设有发射线圈阵列23，棋子2内部嵌有接收线圈磁芯7和谐振回路；

如图3所示，裁判单元4包括频率发生电路19、无线收发模块14、扫描电路21、发射线圈阵列23和微控制器I 11，其中微控制器I 11连接频率发生器，频率发生器通过电压放大器20连接扫描电路21，扫描电路21连接发射线圈阵列23，微控制器I 11控制发射线圈阵列23依次发射不同频率的电磁波，棋子2内的接收线圈9接收相应的频率进行响应，以此检测处棋子2相对应的位置，微控制器I 11通过无线收发模块14向计时器3传递相应的信息，使计时器3完成相应的计时或读秒动作；

如图6所示，计时器3包括微控制器II 32、语音播放模块、无线收发模块14和控制按键，其中，无线收发模块接收裁判单元4的信息，将其传输给微控制器II 32，所述微控制器II 32连接有语音播放模块和控制按键，并通过显示模块31显示时间。

如图4所示，扫描电路21，包括选通三极管阵列22、列多路模拟开关13和行多路模拟开关12，其中，所述列多路模拟开关13为一个单16路模拟开关芯片(只用9路)，每一路分别连接选通三极管阵列22中一列选通三极管26的发射极(通过发射极电阻连接)；所述行多路模拟开关12为一个单16路模拟开关芯片(只用10路)，每一路分别连接选通三极管阵列22中每行选通三极管26的基极(通过基极电阻连接)，选通三极管阵列22中每个三极管的集电极通过隔直电容器及电线束(90根电线)连接发射线圈阵列23。90根电线用一根粗线表示，90根电线与90个OCL放大器的输入端一一对应相连接。

如图5所示，发射线圈阵列23，包括若干行若干列的发射线圈10，且每个发射线圈10前端均连接有OCL功率放大器27，发射线圈10的另一端均通过采样电阻24接地。

比较器25的同相输入端连接电压采样电路，反相输入端输入参考电压(V_R)，比较器25输出端连接微控制器I 11。

计时器3，包括微控制器II 32、两个计时按键37、LCD模块31、设置按键33和开始、暂停按键36，语音模块38连接喇叭39。

列多路模拟开关13和行多路模拟开关12连接微控制器I 11，行多路模拟开关12的输入端连接电压放大器，列多路模拟开关13的输出端接地。

谐振回路，包括依次并联的谐振电感28、谐振电容29和吸收电阻30，不同种类的棋子2的谐振回路的谐振频率不同，谐振电感28由接收线圈9和接收线圈磁芯7构成.

频率发生器，包括DDS芯片17和低通滤波器18，其中，DDS芯片17连接微控制器I11，所述低通滤波器18连接电压放大器20，电压放大器20连接扫描电路21。

微控制器I 11还连接有充电模块15，充电模块15连接有充电电池16，微控制器I11还设有USB接口5和充电器接口6。

本发明的工作原理为：利用无线电进行识别(即射频识别)，通过设在棋盘1盘面下的发射线圈10，向设在棋子2中的接收线圈9发送不同频率的电磁波，当发送频率与棋子2中的由电感和电容组成的谐振回路的谐振频率相同时，谐振回路中的电流最大，同时发射电路中的电流也最大(被吸收的能量最大)，通过检测发射电流的变化可以确定发射频率与谐振频率是否相同，并且非常简单可靠(因为谐振时与失谐时的电流变化很大)。改变谐振电容29的电容量可以改变谐振频率，让14种不同容量的谐振电容29分别代表14种棋子2(红棋和黑棋各有：帅、车、马、炮、士、相、兵共14种)，设定一组发射频率(14个频点)与相应的谐振频率对应，通过发射相应的频率就可以确定是那一种棋子2及其所在的位置。

工作流程为：首先微控制器控制频率发生电路19产生第一个频点(检测一种棋子2)，再由控制器控制扫描电路21扫描使OCL放大器依次工作，让设在棋盘1盘面下的90个发射线圈10(于盘面上的90个交叉点一一对应)依次发射，当某个交叉点上的棋子2中的谐振回路的频率与发射频率相同时，该谐振电容29代表的相应棋子2就被确定(此时采样电阻24上的电压变大，通过比较器25得到判定)，然后微控制器控制频率发电路生产生第二个频点(检测另一种棋子2)，再由控制器控制设在棋盘1盘面下的90个发射线圈10依次发射，检测相对应的棋子2的位置，再重复上述过程直至第14个频点完成对14种棋子2的检测。如此反复可以确定各种棋子2的位置以及变化情况(如果没有检测到相应的谐振点，则表明该频点对应的棋子2以被吃掉)，并通过无线收发模块14向计时器3传递相关信息使计时器3做出相应的动作(如计时和读秒等)。

实际扫描可根据具体的棋子种类进行扫描(如帅可只扫描九宫的9个位置，士只扫九宫的5个位置等。

扫描电路21的工作原理为，90个高频三极管26的基极和发射极通过相应的电阻分别连接到行多路模拟开关12和列多路模拟开关13上，由控制器控制行和列多路模拟开关13按先行后列的顺序依次导通，使三极管依次导通，从而实现了扫描的功能，该电路结构简单实现容易并且三极管还能起一级放大的作用。

本发明的工作频率选在1MH_z-1.5MH_z范围内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种基于射频识别的棋类自动裁判装置，其特征是：包括棋盘本体、裁判单元和计时器，其中：

所述棋盘本体的背面与盘面上各个交叉点的对应的地方设有发射线圈阵列，棋子内部嵌有接收线圈磁芯和谐振回路；

所述裁判单元，包括频率发生电路、无线收发模块、扫描电路、发射线圈阵列和微控制器I，其中微控制器I连接频率发生器，频率发生器通过电压放大器连接扫描电路，扫描电路连接发射线圈阵列，微控制器I控制发射线圈阵列依次发射不同频率的电磁波，棋子内的接收线圈接收相应的频率进行响应，以此检测出棋子相对应的位置，微控制器I通过无线收发模块向计时器传递相应的信息，使计时器完成相应的动作；

所述计时器，包括微控制器II、语音播放模块、无线收发模块和控制按键，其中，无线收发模块接收裁判单元的信息，将其传输给微控制器II，所述微控制器II连接有语音播放模块和控制按键，并通过显示模块显示时间；

所述扫描电路，包括选通三极管阵列、列多路模拟开关和行多路模拟开关，其中，所述列多路模拟开关中每一路分别连接选通三极管阵列中一列选通三极管的发射极；所述行多路模拟开关中的每一路依次连接选通三极管阵列中每行选通三极管的基极，选通三极管阵列中每个三极管的集电极通过隔直电容器及电线束连接发射线圈阵列。

2.如权利要求1所述的一种基于射频识别的棋类自动裁判装置，其特征是：所述发射线圈阵列，包括若干行若干列的发射线圈，且每个发射线圈前端均连接有OCL功率放大器，发射线圈的另一端均通过采样电阻接地。

3.如权利要求1所述的一种基于射频识别的棋类自动裁判装置，其特征是：所述微控制器I连接有比较器，所述比较器的同相输入端连接电压采样电路，反相输入端输入参考电压，比较器输出端连接微控制器I。

4.如权利要求1所述的一种基于射频识别的棋类自动裁判装置，其特征是：所述列多路模拟开关和行多路模拟开关连接微控制器I，行多路模拟开关的输入端连接电压放大器，列多路模拟开关的输出端接地。

5.如权利要求1所述的一种基于射频识别的棋类自动裁判装置，其特征是：所述谐振回路，包括依次并联的谐振电感、谐振电容和吸收电阻，不同种类的棋子的谐振回路的谐振频率不同，所述谐振电感由接收线圈和接收线圈磁芯构成。

6.如权利要求1所述的一种基于射频识别的棋类自动裁判装置，其特征是：所述频率发生器，包括DDS芯片和低通滤波器，其中，DDS芯片连接微控制器I，所述低通滤波器连接电压放大器，电压放大器连接扫描电路。

7.如权利要求1所述的一种基于射频识别的棋类自动裁判装置，其特征是：所述微控制器I还连接有充电模块，充电模块连接有充电电池，微控制器I设有USB接口。