CN1272700C

CN1272700C - 围棋电子棋盘及其控制方法

Info

Publication number: CN1272700C
Application number: CN 03103345
Authority: CN
Inventors: 韩力群; 石芹侠; 何为
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: CN1519699A

Abstract

一种围棋电子棋盘，包括：一嵌入式微型计算机电路，用于对电子棋盘进行中央控制；一复杂可编程逻辑器件电路与嵌入式微型计算机电路连接；一围棋盘的行、列扫描控制电路与复杂可编程逻辑器件电路连接；一围棋棋子状态采集板电路与围棋盘的行、列扫描控制电路连接；一线性放大与模/数转换电路分别与嵌入式微型计算机电路、复杂可编程逻辑器件电路、围棋盘的行、列扫描控制电路、围棋棋子状态采集板电路连接；一与上位PC机通信接口，连接与上位PC机的通信链路；一SRAM/非易失性数据存储器，用于数据与程序的存储；一围棋人机界面控制与显示板电路与显示板电路与嵌入式微型计算机电路连接。

Description

围棋电子棋盘及其控制方法

技术领域

本发明提供一种围棋电子棋盘及其控制方法，其是应用电子技术及红外技术，将围棋对弈过程实时地自动记录在电子档中，以便管理。

背景技术

围棋是我国传统文化的代表作之一。

目前所使用的围棋棋盘以纵横各19条线正交形成361个等距交点，行棋时由执黑(子)、执白(子)双方轮流在交点上落子，一次一子。一旦对弈结束，将棋盘上的所有棋子收起后，则行棋过程及对弈胜负结果的全部信息即消失。为保留这些信息，通常的做法是记录每一步行棋过程以及对弈胜负结果，这个记录称为棋谱。经典的棋谱对于围棋的学习与研究有十分重要的价值。

目前记录棋谱主要方式有：

手工记录。对弈者在棋盘上每走一步，记录者就在记录纸上标记一步。方法原始，使用不便，实时性差。

电视监视器观察、记录。将摄象机吊装于棋盘上方，把对弈过程传送到场外监视器上显示。这种方法的判读性差，易出现错误；同时经常会有对弈者的手或头在棋盘上方晃动时被拍摄的现象，影响对棋局的判读。

带有自动检测功能的棋盘，还有其它可能的实现办法，如：

磁极性检测。将围棋黑子和白子分别安装不同磁性方向的铁磁性材料，检测磁性方向即可判知棋子颜色。此方法要求制作专用棋子，且使用者必须正确识别和放置每一个棋子的底面，以保证磁极性无误，这势必影响棋手的行棋习惯与思路，事实上难以推行；况且棋盘上各子之间距离较近，磁场干扰较大，技术可行性差。

机械传动式巡回检测。为减少传感器数量，降低成本，采用一维机械传动式动态巡回的检测方式。缺点是：机械噪音大，干扰比赛环境；机械运动速度难以达到测量要求，易造成判读错误。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种围棋电子棋盘，其具有成本低、可靠性高的优点，同时具有防非法读写和与上位PC机通信的功能。

本发明一种围棋电子棋盘，其特征在于，其中包括有：

一嵌入式微型计算机电路，用于对电子棋盘进行中央控制；

一复杂可编程逻辑器件电路，用于数据、地址、控制总线的管理与连接；该复杂可编程逻辑器件电路与嵌入式微型计算机电路连接；

一围棋盘的行、列扫描控制电路，用于对棋盘状态采集过程的管理与控制；该围棋盘的行、列扫描控制电路与复杂可编程逻辑器件电路连接；并接受复杂可编程逻辑器件电路的控制信号；

一围棋棋子状态采集板电路，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围棋盘的行、列扫描控制电路连接，接受围棋盘的行、列扫描控制电路的控制信号；

一线性放大与模/数转换电路，用于对所采集的模拟量进行线性放大和实现A/D转换；该线性放大与模/数转换电路分别与嵌入式微型计算机电路、复杂可编程逻辑器件电路、围棋盘的行、列扫描控制电路、围棋棋子状态采集板电路连接；该线性放大与模/数转换电路，接受围棋棋子状态采集板电路输出的棋子状态采集信号，该采集信号经由线性放大与模/数转换电路输出给嵌入式微型计算机电路；

一与上位PC机通信接口，用于连接上位PC机的RS232接口，以建立通信链路；

一SRAM/非易失性数据存储器，与嵌入式微型计算机电路连接，用于数据与程序的存储及用于对棋盘检测、人机界面、上位PC机通信的控制；

一围棋人机界面控制与显示板电路，用于构成电子棋盘的人机界面；该围棋人机界面控制与显示板电路与嵌入式微型计算机电路连接。

该围棋棋子状态采集板电路包括：红外发射管、红外接受管及受控电子开关管组成的检测单元电路，该红外发射管的正极经一电阻与受控电子开关管的发射极连接，该受控电子开关管的集电极与红外接受管的正极连接；该检测单元电路为三十八个。

该人机界面控制与显示板电路包括：一电源及显示信号输入电路，提供显示板的工作电源，提供显示信号的输入接口；一显示形码锁存电路，用于锁存显示的形码；一LED驱动电路，该LED驱动电路与显示形码锁存电路连接，并接受显示形码锁存电路输出的信号；一套计时显示器，用于显示时间和/或次数，该计时显示器与LED驱动电路连接，接受LED驱动电路输出的显示形码。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：

图1是本发明围棋电子棋盘的结构框图；

图2是围棋棋子状态采集板原理图；

图3是棋盘人机界面控制与显示板原理图；

图4是可编程部件引脚图；

图5是本发明围棋电子棋盘的控制流程图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种围棋电子棋盘，其中包括有：

一嵌入式微型计算机电路1，用于对电子棋盘进行中央控制；

一复杂可编程逻辑器件电路2，用于数据、地址、控制总线的管理与连接；该复杂可编程逻辑器件电路2与嵌入式微型计算机1电路连接；

一围棋盘的行、列扫描控制电路3，用于对棋盘状态采集过程的管理与控制；该围棋盘的行、列扫描控制电路3与复杂可编程逻辑器件电路2连接；

一围棋棋子状态采集板电路7，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7与围棋盘的行、列扫描控制电路3连接；

一线性放大与模/数转换电路4，用于对所采集的模拟量进行线性放大和实现A/D转换；该线性放大与模/数转换电路4分别与嵌入式微型计算机电路1、复杂可编程逻辑器件电路2、围棋盘的行、列扫描控制电路3、围棋棋子状态采集板电路7连接；

一与上位PC机通信接口5，连接与上位PC机的通信链路；

一SRAM/非易失性数据存储器6，用于数据与程序的存储，用于对棋盘检测、人机界面、上位PC机通信的控制；

一围棋人机界面控制与显示板电路8，用于构成电子棋盘的人机界面；该围棋人机界面控制与显示板电路8与嵌入式微型计算机电路1连接。

请结合参阅图2，该围棋棋子状态采集板电路7包括：红外发射管D1、红外接受管D2及受控电子开关管Q2组成的检测单元电路，该红外发射管D1的正极经一电阻R3与受控电子开关管Q2的发射极连接，该受控电子开关管Q2的集电极与红外接受管D2的正极连接；该检测单元电路为三十八个。

请再参阅图3，该人机界面控制与显示板电路8包括：一电源及显示信号输入电路9，提供显示板的工作电源，提供显示信号的输入接口；一显示形码锁存电路10，用于锁存显示的形码；一LED驱动电路11，该LED驱动电路11与显示形码锁存电路10连接；一套计时显示器12，用于显示时间/次数，该计时显示器12与LED驱动电路11连接。

请参阅图5，本发明一种围棋电子棋盘的控制方法，包括如下步骤：

1)系统初始化(步骤501)；

2)等待上位PC机指令(步骤502)；

3)判断是否结束指令(步骤503)；

4)判读上位PC机指令并执行(步骤504)；

5)执行结果存储，向上位PC机传送检测及状态参数(步骤505)。

其中，在步骤2等待上位PC机指令中，如果无，则返回继续等待；如果有，执行步骤3。

其中，在步骤3判断是否结束指令中，如果是，执行结束指令(步骤506)；如果否，则执行步骤4。

本发明围棋电子棋盘，主要包括三部分，一是围棋电子棋盘主板部分；二是围棋人机界面控制与显示板部分；三是围棋棋子状态采集板部分。以下分别对各部分进行详细的描述。

请参阅图1所示，本发明围棋电子棋盘的结构框图，围棋电子棋盘的主板电路主要由嵌入式微型计算机电路1、复杂可编程逻辑器件CPLD2、围棋盘的行列扫描控制电路3、线性放大与模/数转换电路4、与上位PC机通信串行接口5、SRAM/非易失性数据存储电路6组成。分述如下：

嵌入式微型计算机1，包括内部集成FLASH闪存器、SRAM存储器、并行接口、UART串行接口等资源，提供数据总线、地址总线及控制总线，大部分连至可编程CPLD 2，其中UART接口5用于与上位PC机的通信。

复杂可编程逻辑器件CPLD 2实现系统三总线的驱动并输出系统所须的各控制信号的逻辑组合，增加了系统硬件的可靠性、灵活性和系统的保密性。其引脚定义参阅图4。

围棋盘的行、列扫描控制电路3，为正确检测棋盘361个棋子状态，程序控制逐行通电扫描，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/数转换电路4，与嵌入式微型计算机1相接，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电路完成模/数转换。嵌入式微型计算机1将实时读取反映棋子状态的数字量。

SRAM/非易失性数据存储6，用SRAM存储器存储系统运行的中间结果；用非易失性存储器(如FLASH)存储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机通信串行接口电路5，提供与PC机串行通信规约要求相符合的电气驱动电路。

请参阅图2所示，本发明围棋电子棋盘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)等元、部件。

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，具有实用性和安全性。比较其它方式，其特点是：红外线不可见，在测量过程可以不被棋手察觉，避免影响对弈过程；红外线具有较强的方向性，检测结果准确；红外线抗干扰性强；成本低。

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的扫描方式，监视读取每一检测单元电路的输出信号，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。

每一块围棋电子棋盘棋子状态采集板含38个检测单元电路，构成并列的两行棋子状态采集电路。第一行棋子状态采集电路由Q₁-Q₂₀、R₁-R₂₁、D₁-D₃₈组成。Q₁导通为Q₂-Q₂₀管子的工作提供工作电源，D₁与D₂、D₃与D₄、...D₃₇与D₃₈为19对红外线发射/接收管。由该行采集电路监测的棋位上放置棋子的状态都将由相应的红外线接收管采集得到。第二行棋子状态采集电路由Q₂₁-Q₄₀、R₂₂-R₄₂、D₃₉-D₇₆组成。Q₂₁导通为Q₂₂-Q₄₀管子的工作提供工作电源，D₃₉与D₄₀、D₄₁与D₄₂、...D₇₅与D₇₆为19对红外线发射/接收管。由该行采集电路监测的棋位上放置棋子的状态都将由相应的红外线接收管采集得到。另外，围棋棋子状态采集板上的J₁是一行棋子的19位置状态信号的输出插座，J₂是围棋棋子状态采集板的行选信号输入插座。

请参阅图3所示，本发明围棋电子棋盘人机界面控制与显示板电路主要由电源及显示信号输入接口电路7、显示形码锁存电路8、LED驱动电路9、数码显示器10、提示灯、提示声响器、控制键、及本显示板控制电路组成。

电源及显示信号输入电路接口7，它提供显示板的工作电源、黑方的显示信号、白方的显示信号。

显示形码锁存电路8，由U₁-U₄组成，用于锁存显示的形码。

LED驱动电路9，由U₅-U₉组成，将显示形码锁存电路8送来的显示形码经过驱动输出到LED数码显示部件10。U₅-U₉能提供数十毫安的驱动电流，以保证显示的清晰。

LED数码显示器10，由R₄-R₃₅、4个7段数码管组成。显示LED驱动电路9送来的信号。棋盘人机界面控制与显示板

提示灯，可提供：“棋局开始”、“黑方走棋”、“白方走棋”等提示信号；

提示声响器，用于对行棋过程违规或其它错误输入信号的警示信号。

控制键，用于输入“黑方走棋确认”、“白方走棋确认”、“黑方弃局(认输)”、“白方弃局(认输)”等行棋确认信号。

本发明的工作过程

首先嵌入式微型计算机1与上位PC机之间的UART串行通信接口自动处于等待接收状态，电子棋盘工作状态受上位PC机指令的控制。上位PC机通过电子棋盘主板UART串行通信接口可以下达：“自检”、“通讯检查”、“比赛”、“练习”、“快棋”、“暂停”、“继续”、“继续正确”、“棋谱错误”、“同意悔棋”、“悔棋正确”、“悔棋错误”、“操作违规”、“下传时间/快棋次数”及“结束”等命令。电子棋盘根据接到的不同指令进行工作，并实时向上位PC机发回相关信息。行棋过程中，棋盘上有“开局”指示灯，黑、白方有各自的“走棋”按键、“弃局”按键及相应的指示灯。下面简单叙述有关工作过程。

执行“自检”指令，电子棋盘主板将对其工作过程中所使用的资源，如：A/D转换功能、棋盘基准状态、显示器、指示灯等进行检查，并通过UART串行通信接口，与上位PC机的RS-232相连，将检查结果上传。

执行“通讯检查”指令，电子棋盘主板通过UART串行通信接口，与上位PC机的RS-232相连，发出通讯正确/错误的代码。

执行“比赛”指令，电子棋盘主板将设置相应标志，并实时监视行棋一方的“走棋”按键，当该“走棋”按键有效时，即确认落子生效，立即通过棋子状态采集板检测棋盘状态，并通过UART串行通信接口上传所检测到的当前一祯棋盘状态。

执行“练习”指令，电子棋盘主板将设置相应标志；此时，落子的确认，自动变换为以落子后延时时间到为依据。在练习方式时，允许悔棋，即黑、白双方同时按下己方“走棋”按钮时，电子棋盘主板通过UART串行通信接口，向上位PC机传出“申请悔棋”信息，并等待得到“同意悔棋”应答后，可悔棋重走。

执行“下传时间/快棋次数”指令，电子棋盘主板根据上位PC机指令中的相关信息，通过人机界面控制与显示板在计时显示器上显示出在本局比赛中黑白双方各自所剩余的时间；若是“快棋”比赛，则在显示器上分别显示出在本局比赛中黑白双方各自的超时次数，以及本次行棋的当前时刻。

执行“暂停”指令，电子棋盘主板将立即保存棋盘当前状态，熄灭指示灯和计时显示器并设置相应暂停标志。通常，可用上位PC机通过电子棋盘主板的UART串行通信接口中断来唤醒电子棋盘主板的嵌入式微型计算机1，使其重新进入工作状态。

执行“继续”指令，电子棋盘主板将立即通过棋子状态采集板扫描当前棋盘状态，并将其发给上位PC机；然后等待上位PC机的指令。

执行“继续正确”指令，电子棋盘主板点亮指示灯和计时显示器，重新进入工作状态。

执行“同意悔棋”指令，电子棋盘主板设置相应标志，开始检测悔棋的操作，并向上位PC机发回检测到的当前一祯棋盘状态。

执行“悔棋正确”指令，电子棋盘统恢复正常的行棋过程。

执行“悔棋错误”指令，电子棋盘系统将以声、光报警的方式警示行棋方重新检查、修正悔棋状况。修正后，则再次发回检测到的当前一祯棋盘状态，等待上位PC机的确认。

执行“快棋”指令，电子棋盘快棋方的显示立即由显示时间改为显示快棋超时次数，及本次当前行棋时刻。进入快棋状态后，当快棋超时次数加1时或剩余快棋超时次数为0时，则发出声光报警。

围棋电子棋盘是一种以嵌入式微型计算机为核心的智能型围棋棋盘，是对行棋过程的相关信息进行实时自动检测与处理的系统。由围棋电子棋盘主板、围棋棋子状态采集板、围棋人机界面控制与显示板等部分组成。

围棋电子棋盘通过安装在棋盘上各个棋位的红外线反射信号的发生与测量装置，对各棋位的落子进行实时检测与识别，区分每一点有无落子以及落子的黑/白颜色，从而监视、判读行棋状态与过程，实现围棋行棋过程的自动检测与信息记录。

围棋电子棋盘还可以发出棋局开始提示信号；提供围棋行棋过程的对弈双方时间记录与显示；双方行棋提示及确认；弃局确认；违规行棋告警，等。围棋电子棋盘可将存储的每一步行棋状态以及相应的时间参数实时传送到上位PC机，供系统分析处理。

围棋电子棋盘的主要内容：

自动检测、记录、显示、传输下述信息：

行棋判定：自动检测、判定棋盘上有无棋子落下，并记录落子位置；

颜色识别：自动检测、识别棋盘上各点所落棋子的颜色(黑/白)；

计时与显示：在对弈中，可以开启计时功能。双方计时时钟及显示为各自单独运行，并根据行棋规则互锁；

报警：当行棋违规时，或读秒时间到时，系统自动以间歇声响提示。行棋确认：在正式比赛时，双方行棋均以“确认”按键确认落子，并同时停止己方计时时钟，启动对方计时时钟；

弃局确认：按下己方此键，表示认输，同时系统自动结束本局。

围棋电子棋盘的主要用途：

围棋对弈过程的自动电子检测、存储、传送。

应用本系统可对围棋黑方和白方对弈过程的每一步走棋编号、落子位置、棋子颜色、行棋时间等参数进行实时自动检测与存储、传送，对棋局管理、棋况记录提供现代化的技术手段。可应用于各类比赛、棋院交流、训练、考核等多种场所。

围棋竞赛的棋局自动监测。

应用本系统可对慢棋、快棋分别检测，对走子、计时、判胜负等各项围棋竞技规则进行判断，提示违规，提示各方走棋。

研究棋谱的高技术工具。

应用本系统，可以将研究棋谱的打谱过程检测记录下来，并自动形成该棋局数据库，为使用计算机技术研究棋谱创造了条件，避免了每次重新打谱的烦琐，提高了研究效率。给围棋科研工作带来诸多方便，使传统棋艺与现代技术完美结合。

现场讲棋的辅助手段。

应用本系统时，棋手对弈过程的现场讲解员可根据由电子棋盘系统传送来的比赛现场同步信息图形，采用多媒体方式讲棋，与传真棋谱或电视监视器传送现场图象的方式相比，具有信息直观、操作灵便复盘自如、自动存储等优点。

本发明的基本特点

棋盘状态检测采用红外反射方式，具有实用性。比较其它方式，其特点是：

红外线具有人的视觉不可见性，在测量过程可以不被棋手察觉，不干扰对弈过程；

红外线具有较强的指向性，检测结果明确；

红外线抗干扰性强，信号稳定可靠性高；

有制作简单、易于产生和便于调制，成本低。

为了防止对电子棋盘系统的程序进行非法修改，本系统具备防非法读写程序的功能，这一功能利用复杂可编程逻辑器件实现。

Claims

1.一种围棋电子棋盘，其特征在于，其中包括有：

一嵌入式微型计算机电路，用于对电子棋盘进行中央控制；

2、根据权利要求1所述的围棋电子棋盘，其特征在于，该围棋棋子状态采集板电路包括：红外发射管、红外接受管及受控电子开关管组成的检测单元电路，该红外发射管的正极经一电阻与受控电子开关管的发射极连接，该受控电子开关管的集电极与红外接受管的正极连接；该检测单元电路为三十八个。

3、根据权利要求1所述的围棋电子棋盘，其特征在于，该人机界面控制与显示板电路包括：一电源及显示信号输入电路，提供显示板的工作电源，提供显示信号的输入接口；一显示形码锁存电路，用于锁存显示的形码；一LED驱动电路，该LED驱动电路与显示形码锁存电路连接，并接受显示形码锁存电路输出的信号；一套计时显示器，用于显示时间和/或次数，该计时显示器与LED驱动电路连接，接受LED驱动电路输出的显示形码。