CN108970099A - 一种基于分压原理的智能电子棋盘 - Google Patents

Abstract

为了使传统围棋对弈更加方便、快捷。本发明应用windows操作系统设计了一种基于分压原理的行列扫描电路式智能电子棋盘，其组成包括：硬件棋盘模块、信息采集与传输模块、上位机中对弈处理模块三个部分。通过行列扫描棋盘电路扫描得到对弈棋局信息，经过信息采集模块传递信息到上位机中，通过VC程序编译在上位机中完成棋局显示、双方棋手用时记录、目数统计、棋子数统计、胜负判定功能。并且附带模式切换，可以选择五子棋和围棋两个模式，上位机(PC)中分别有两种模式的胜负判断算法。本发明设计简单，其基于分压原理的棋盘扫描电路不仅能够稳定采集棋盘信息，还极大的降低了电子棋盘生产成本。

Description

一种基于分压原理的智能电子棋盘

技术领域：

本发明涉及电子技术领域，尤其是一种自动识别棋子的黑白、对弈棋局记忆并存储、实现落子计时和实时显示功能,自动统计目数、自动判断胜负,同时还能支持五子棋模式的多功能的智能电子棋盘。

背景技术：

(1)目前,电子围棋主要是电脑网络围棋游戏,或者手机APP软件围棋游戏。两种围棋棋盘都没有与传统的围棋对弈有效的结合起来,用户只能通过鼠标或者触摸屏点击落子。这些游戏与真实的围棋相比，缺少了人们亲手执子的乐趣。而使用普通的棋盘，对于胜负的判断又较为繁琐，并且对于对弈的过程无法做到还原。电子棋盘的使用可以综合围棋游戏和普通棋盘的优点，既能够让人们体验亲手执子的快感，又能够实现对弈结果的直接判断，并且可以做到对弈过程的复现，方便人们游戏结束后的总结提升。

(2)目前许多国际围棋比赛，比赛的计时，棋谱的记录依然是手动计时切换，依然是人工记录棋谱，人工用笔画出棋局信息。这种计时、记录方式，双方对弈围棋手走完一步棋，就要按下棋盘旁边的计时切换装置的按钮一次，并且旁边的棋谱记录人也要在对弈棋手旁随时关注比赛，随时记录棋局，记录下子次数和位置，这不仅使棋手的注意力不够专注，而且还浪费了对弈双方的考虑时间，本来围棋对弈就有时间限制，这样就能给下围棋带来了麻烦。这些围棋现状在今天这高科技时代显得十分繁琐。

(3)智能电子围棋棋盘，在棋盘上安装了棋子检测装置，能够识别对弈双方的棋子并采集到棋局对弈信息，从而在完成棋局的上位机显示的同时，也能完成自动计时功能，自动记录棋局功能。棋局的记录功能可以方便棋手在比赛后回顾本次比赛，通过总结分析提升自己的对弈水平。通过PC端的程序编译,经过相应的算法分析计算,可以直接得到棋局对弈信息,从而电脑直接判断棋手双方胜负。

目前有一种智能电子围棋的棋盘，在围棋棋盘的每个格点都镶嵌入霍尔元件，作为检测信息装置，黑白棋子内镶嵌了磁铁，并且黑白棋磁性相反。这样，在落入不同棋子后，霍尔元件都能检测到不同的信号，从而采集到了对弈信息，通过上位机编程实现了显示、分析等功能。这种电子围棋辨识度较高，但是它的造价比较高。

另一种电子围棋棋盘，它的原理是在棋盘上用真实的发光二极管来代替黑子、白子两种围棋棋子，虽然简陋，但是很直观。通过单片机编程控制某个发光二极管亮什么颜色的光，从而代替围棋显示。这种方式克服了传统围棋不便之处，对弈的过程通过单片机的操作记录到了内存中。但是过于简单也是它的缺点，只能把棋子显示成颜色不同的二极管，不够美观，满足不了公共需求。

还有一种电子触摸屏式的电子围棋装置，触摸屏处理器一体，安设有微型计算机处理系统，盘面上嵌装有触摸式棋盘面板，触摸式棋盘面板的一侧边上嵌装有触摸屏控制面板。这种结构的电子触摸屏式电子围棋棋盘，十分符合人们的下棋习惯，它的操作十分方便。但是它的造价比基于磁感应的棋盘还要高出许多。

(4)本发明应用矩阵电路作为棋盘，运用数据采集卡完成棋局信息采集和传输，解决了电子围棋棋盘造价高昂的问题。并且提供了多种功能，使对弈更加简单方便。

发明内容：

本发明克服现有电子棋盘功能和棋类模式单一，操作复杂，无法满足灵活、方便、快捷的要求,无法自动记时提醒以及不能自动存储记录棋局的弊端。创新的结合了虚拟围棋游戏与传统围棋棋盘的优点，采用了更为稳定、造价更为低廉的棋盘信息采集方式：矩阵键盘行列扫描式。

一种基于分压原理的智能电子棋盘，其特征为在于，包括硬件棋盘模块、信息采集与传输模块、上位机中对弈处理模块三个部分；

所述硬件棋盘模块包括棋盘底层电路、木制棋盘外壳、特制黑白棋子；

其中所述棋盘底层电路，由19列I\O扫描和19行AD采集组成；其每一列通过光电耦合器由数据采集卡I/O口控制通断，上接5伏电压源；其每一行连接数据采集卡AD口，实时采集电压值，每一行尾部连接一个分压电阻然后接公共地；

其中所述木制棋盘外壳，包含横竖19×19共361个下棋点，每个下棋点对应棋盘底层电路的一个节点，木制棋盘表面每个下棋点都留有接口部分，与棋子契合，棋子放置在上面后自动接通底层电路；

其中所述特制黑白棋子，内部镶嵌入电阻，黑白子阻值不同，棋子下部有凸出部分，与棋盘上的下棋点契合，棋子放置在着棋点上，自动把棋子内电阻接入底层电路；

所述信息采集与传输模块，用于连接上位机与硬件棋盘，向硬件棋盘模块输出命令和从硬件棋盘模块采集数据；核心采用数据采集卡，其I\O口连接棋盘底层电路每一列，其AD口连接棋盘底层电路每一行，通过USB口与上位机通信；

所述对弈处理模块，位于上位机中，包括数据存储和数据处理，具有五子棋/围棋功能切换、对弈显示、时间记录、目数统计、胜负判断功能。

所述每一个棋子摆放位置前串进一个二极管，使电路只能单方向导通。

有益效果：本发明的电子围棋棋盘的，它的检测棋子的原理简单高效，较之磁感应棋盘需要一套361个传感器，制造工序简单，造价低。本发明提供的信息采集方式是应用信息采集卡，稳定高效。本发明上位机中编译的软件结构明了，功能丰富。

综上所述,与现有的电子围棋产品相比,由于本发明提供的电子围棋棋盘设计简单、成本低，软件编写功能更丰富，所以更加具有市场化优势。

附图说明：

图1为围棋坐标图；

图2为软件界面图；

图3为软件胜负判断界面图；

图4为系统结构图；

图5为矩阵键盘行列扫描电路；

图6为棋子说明图；

图7为时间记录算法流程图；

图8为势力判断算法流程图。

具体实施方案：

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。

本发明的外观与普通围棋棋盘一样。在数据处理时以左上为坐标原点(0，0)，向右、向下坐标递加，右下角为(19，19)，如图1所示。上位机上软件界面如图2所示，在没有连接外部棋盘时可以通过鼠标进行下棋操作，连接上外部棋盘并且点击“开始”按钮可以进行实物对弈。对弈终了点击“结束”按钮，进入胜负判断界面如图3所示，系统会给出双方目数、最终胜负结果等。棋盘和上位机通过USB连接。

本发明，设计了系统的整体技术方案，如图4所示：设计电压采集矩阵棋盘，应用数据采集卡，从矩阵棋盘得到棋子信息，在个人电脑上通过msvc来进行棋规分析与目数统计算法的编辑。其主要功能有实时显示、自动计时、目数统计、胜负判断等。

其中，电压采集矩阵棋盘，其基础电路如图5所示。数据采集卡的I/O口连接19个光电耦合器的控制回路，光电耦合器型号为4N29。光电耦合器的作用是隔离I/O控制信号和外部电压。外部电压为5伏，外部电压连接光耦的被控回路，被控回路即是19×19矩阵键盘电路。为了防止寄生回路的产生影响采集电压的稳定，在矩阵键盘中每一个按键端口中接入一个肖特基二极管。该矩阵键盘电路每一行末端连接一个分压电阻，每一列首端连接在信息采集卡的19路AD口中。通过数据采集卡的I/O口控制19个光耦循环通断，从而控制循环给19列5V电压。当内嵌入电阻的棋子落在线路交叉点时，线路接通，扫描的行、列的端口号就是棋子的位置。黑白棋子下面镶嵌入不同阻值电阻，且阻值相差较大。纵行接了A/D口，通过测量棋子与分压电阻之间的电压，利用不同阻值棋子分压的不同，就能判断出棋子的黑白。黑棋子内镶嵌的电阻阻值为110K欧姆，白棋子内镶嵌的电阻阻值为1K欧姆，分压电阻5K欧姆。通过扫描循环给予电压5V。黑子110K欧姆，与分压电阻5K欧姆分压，测得电压值0.4V左右；白子1K欧姆，与分压电阻5K分压，测得电压值4.1V左右。当扫描到棋盘电路中某一列时，那一列电路实质是一个19路并联电路，在每一个棋子和分压电阻之间进行电压采集，利用不同阻值棋子分压的不同，采集到不同电压值，就能得到棋子黑白信息。

其中棋子是特殊制造的，其结构如图6所示。根据内部嵌套电阻阻值不同，分压比不同来区别黑白子。

其中与上位机的通信，是通过型号为USB2832的数据采集卡完成。该数据采集卡提供16路I/O,32路AD,可直接通过USB与上位机相连接，所提供库程序可以方便完成数据采集、数据传输作业。之后在上位机中处理采集到的数据，完成以下功能：

1)实时显示功能：通过智能电子围棋棋盘中矩阵扫描电路，得到黑白棋子双方的信息。通过传感器实时地检测到了对弈双方棋手的棋子，再利用PC上位机端的程序将双方棋子分别显示。不断刷新，就完成对弈的实时显示。上位机可以与以太网相连接，这样通过网络，就能把对弈视频在网络上直播。在围棋比赛时，全世界的围棋爱好者就可以很便捷的观看比赛直播。

2)自动计时功能：通过智能电子围棋棋盘中矩阵扫描电路，得到对弈信息以一个二维数组的形式储存在上位机中。该二维数组也是19×19,对应棋盘上的19×19个网格交叉点。在棋盘上某个位置没有棋子，则数组里对应位置的数值为0，在棋盘上某个位置有一个白色棋子，则数组里对应位置的数值为1，在棋盘上某个位置有一个黑子，则数组里对应位置的数值为-1。这样，在不断更新数组时，可以跟踪判断上一个落子是黑是白。双方棋手时间记录，运用VC提供的函数GetTickCount()，该函数功能是读取当前时刻系统时钟。我们对GameOverMap[19][19]数组中黑白子数进行监视，当扫描到GameOverMap[19][19]数组中黑子数增加1，则此时黑子落子完毕，此时为白手的思考时间：同理，当扫描到白子数量增加1，此时白方落子完毕，此时为黑手思考时间。记录下双方棋手落子时间点，每次更新显示棋盘时将一方棋手两次记录时间做差，得到该棋手从开始思考到落子的时间差，通过一个变量存储每次的时间差，再通过一个全局变量将每次时间差叠加，这就是一个棋手在本局中一共所用时间。第一手黑子先行，因此最开始记录时间是黑手时间，其双方计时程序流程如图7所示。其中T1是白子落下，黑方思考开始时间的节点；T2是黑子落下，白方思考开始时间的节点；Tw是白子单次落子思考时间，Tb是黑子单次落子思考时间；Twhite是白方一共所用时间，Tblack是黑方一共所用时间。最后将两个定时器的记录时间显示在上位机上即可。

3)目数统计/胜负判断：通过智能电子围棋棋盘中矩阵扫描电路，得到对弈信息。根据这些对弈信息编辑相应算法，由棋盘得到的信息计算出各选手目数、棋子数，得到双方对战情况。围棋的胜负判断不仅仅是简单地根据对弈双方在棋盘上的棋子数量来判断的，而是根据有效目数计量的。本发明首先用一定的数据形式，即19×19二维数组，将棋子布局表示出来，然后最后采用“势力模型”分析法，改进“势力模型算法”中的规划参数，分析最优输出结果。使软件能够有效的判断出双方势力，进而分析对弈结果

所谓“势力模型”，每一个棋子的价值体现在对局势的影响好坏和影响大小。把棋子作为一个辐射源，将每个棋子的辐射作用延伸到棋盘其他部分，围棋胜负算法中的“势”通过建立影响函数来计算分析。把黑白子辐射值设定为正和负，辐射值随着距离的增加而减少，衰减因子设置为1/2。势力遇到一个点后，产生与控制力方向相垂直的两个新的控制力，这两个力符号与原控制力相同，方向相反，大小相等，为原控制力的一个1/4倍。势力到达棋盘边缘后，被反射回来，反射率为1。根据上述“势力模型”将棋局映射为势力范围，算法流程如图8所示。程序实现时，采用循环嵌套。扫描GameOverMap[19][19]数组，将其中每一个子的势力计算出来并相互叠加。最终数组中每个点的势力计算结果M存储在新的数组InfluenceMap[19][19]中。

双方下完，需要把双方势力数计算出来。首先把黑、白子双方的死子都人工的去掉，根据上述InfluenceMap[19][19]数组，判定黑子、白子的势力范围。每一个节点受到的势力值M是判断依据。当M﹥0时该点受黑子的势力影响强过白子的势力影响，即该点为黑子势力范围；反之M＜0时，该点为白子势力范围。

最后要判断围棋对弈胜负，由围棋胜负规则：数子法，双方下子完毕，将死子清理出盘外，然后对一方活棋进行计数。黑方有先手优势，所以黑方要贴出三又四分之一子，黑方184又1/4，白方176又3/4为双方获胜基数。将计算的黑子势力数与184又1/4作比较，黑子势力数大于此值，黑方胜利，而少于这个数就算白方胜利。

4)五子棋模式功能：五子棋模式与围棋模式不同之处在于胜负判断规则不同。围棋胜负判断较为复杂，上述已经完成陈述，五子棋只要横、竖、斜五子连珠即可。其判断胜负算法只要遍历上述棋谱数组19×19，只要有一方达成要求，游戏即可结束。

综上所述，本发明创新点在使用矩阵键盘行列扫描电路，黑白棋子内部镶嵌不同阻值电阻，使棋盘信息采集更稳定、高效，造价更低廉。所编译软件功能丰富，界面设计友好，目数统计、胜负判断算法经过改进更为有时效性。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明具体实施仅局限于此。对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说,在基于本发明技术方案思路前提下,所作的拓展以及操作方法、数据的替换,都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于分压原理的智能电子棋盘，其特征为在于，包括硬件棋盘模块、信息采集与传输模块、上位机中对弈处理模块三个部分；

所述硬件棋盘模块包括棋盘底层电路、木制棋盘外壳、特制黑白棋子；

其中所述棋盘底层电路，由19列I\O扫描和19行AD采集组成；其每一列通过光电耦合器由数据采集卡I/O口控制通断，上接5伏电压源；其每一行连接数据采集卡AD口，实时采集电压值，每一行尾部连接一个分压电阻然后接公共地；

其中所述木制棋盘外壳，包含横竖19×19共361个下棋点，每个下棋点对应棋盘底层电路的一个节点，木制棋盘表面每个下棋点都留有接口部分，与棋子契合，棋子放置在上面后自动接通底层电路；

其中所述特制黑白棋子，内部镶嵌入电阻，黑白子阻值不同，棋子下部有凸出部分，与棋盘上的下棋点契合，棋子放置在着棋点上，自动把棋子内电阻接入底层电路；

所述信息采集与传输模块，用于连接上位机与硬件棋盘，向硬件棋盘模块输出命令和从硬件棋盘模块采集数据；核心采用数据采集卡，其I\O口连接棋盘底层电路每一列，其AD口连接棋盘底层电路每一行，通过USB口与上位机通信；

所述对弈处理模块，位于上位机中，包括数据存储和数据处理，具有五子棋/围棋功能切换、对弈显示、时间记录、目数统计、胜负判断功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于分压原理的智能电子棋盘，其特征为在于，所述每一个棋子摆放位置前串进一个二极管，使电路只能单方向导通。