CN208319939U - 一种电子围棋棋盘的行棋识别电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子围棋棋盘的行棋识别电路，电子围棋棋盘的行棋识别电路包括：中央控制电路、棋子识别控制电路以及感应电路，棋子识别控制电路采用行列扫描电路简化整体电路结构，且采用多选一模拟开关和移位寄存器实现I/O口扩展，优化电路资源，提高电路稳定性；采用LC谐振电路在不同材料的影响下会有不同表现的特性，实现快速、准确的棋子状态识别；在每个LC谐振电路上串联一个高频单向导电元件，以避免LC谐振电路在工作时相互影响，提高棋子状态识别的准确性。

Description

一种电子围棋棋盘的行棋识别电路

技术领域

本实用新型属于电子围棋棋盘技术领域，尤其涉及一种电子围棋棋盘的行棋识别电路。

背景技术

围棋是一种策略性两人棋类游戏，中国古时称“弈”，西方名称“Go”。流行于东亚国家(中、日、韩等)，属于“琴棋书画”四艺之一。

围棋使用方形格状棋盘及黑白二色圆形棋子进行对弈，棋盘上有纵横各19条直线将棋盘分成361个交叉点，棋子走在交叉点上，双方交替行棋，落子后不能移动，以围地多者为胜。中国古代围棋是黑白双方在对角星位处各摆放两子(对角星布局)，由白棋先行。现代围棋由日本发展而来，取消了座子规则，黑先白后，使围棋的变化更加复杂多变。围棋也被认为是世界上最复杂的棋盘游戏之一。

目前，市场上已有类似的电子棋盘能够实现在真实的棋盘中进行人机对弈和网络对弈的功能，在进行人机对弈或网络对弈时，需要棋手在电子棋盘上为对手落棋，且棋手在棋盘上下棋后，棋盘也可自行进行棋子识别，并将识别结果上传至对弈设备，以保持棋盘上的棋子状态与对弈设备的棋子状态一致。

现有技术中，棋子状态识别方式主要有下面几种方案：

使用光敏电阻的方式，在棋盘的361个棋位上分别安装光敏元件，利用落子时棋子盖住棋位的光线来识别是否有子，这种方法比较简单，成本也较低，但是有2个致命缺点：1.只能识别有子无子，不能识别黑子白子；2.会受到环境光线的干扰，周围环境不能太亮，也不能太暗，还会受到棋手下棋时手臂阴影的影响；

使用磁铁的方式，在棋盘的361个棋位上分别安装磁敏元件，在棋子中嵌入磁铁，利用磁铁的南北极来识别棋子状态，这种方式能识别黑子白子，但是也有致命缺点：1.棋子需要嵌入磁铁，棋子之间会相互吸引，并且由于磁铁的磁力线范围很大，会严重影响临近棋位的棋子识别，用户体验不好；2.嵌入棋子的磁铁的一致性比较难保证，会影响棋子识别的可靠性；3.磁敏元件的成本比较高，导致棋盘的整体成本较高；

使用RF射频卡芯片的方式，黑白两种棋子的RF射频卡芯片分别写入特有的识别码，在棋盘上的361个棋位上分别嵌入一个RF射频卡读卡器，利用RF射频卡读卡器读取棋子特有的识别码来识别棋子状态，这种方式能实现黑白子的识别，但也有缺点存在：1.RF射频卡芯片以及RF射频卡读卡器成本过高，导致棋盘的整体成本大幅上升；2.每个棋位嵌入一个RF射频卡读卡器，电子围棋棋盘表面具有361个棋位，使得棋盘整体的生产工艺变得十分复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电子围棋棋盘的行棋识别电路，利用谐振电路特性，实现快速、准确的棋子状态识别，采用扩展I/O的方式简化电路结构、提高电路稳定性、降低制造成本。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种电子围棋棋盘的行棋识别电路，所述电子围棋棋盘的行棋识别电路包括：与对弈设备连接的中央控制电路，以及连接到所述中央控制电路的棋子识别控制电路，以及与棋子识别控制电路连接的感应电路，其中，所述感应电路，包括与每一棋位对应设置的LC谐振电路；所述棋子识别控制电路，包括行列扫描电路和信号处理电路，所述行列扫描电路包括多选一模拟开关和移位寄存器，所述多选一模拟开关和移位寄存器用于在中央控制电路的控制下控制感应电路中相应的LC谐振电路工作，所述多选一模拟开关包括多个模拟开关芯片，所述移位寄存器包括多个串转并芯片，所述模拟开关芯片和串转并芯片接收中央控制电路的串行信号，扩展输入输出端口连接到感应电路中相应的LC谐振电路；所述信号处理电路用于产生高频震荡波并作用于感应电路中相应的LC谐振电路，并对感应电路输出的高频震荡波的峰值进行处理，输出识别信息；所述中央控制电路，用于向棋子识别控制电路输出控制信号，并接收棋子识别控制电路的识别信息，将识别信息与设定信息对比后，向对弈设备输出棋子状态识别结果。

本实用新型采用LC谐振电路在不同材料的影响下会有不同表现的特性，实现快速、准确的棋子状态识别。采用行列扫描电路简化了整体电路结构，且进一步采用多选一模拟开关和移位寄存器实现I/O口扩展，从而减少对中央控制电路I/O口的占用，优化中央控制电路的资源利用，提高电路稳定性，且显著降低实施成本。本实用新型在棋子状态识别过程中，主要引入高频震荡波作用于LC谐振电路，通过捕捉LC谐振电路输出的高频震荡波的峰值从而实现棋子状态的识别，上述识别方法稳定、受外界干扰小，可进一步提升识别准确率。

进一步地，所述LC谐振电路采用LC并联谐振电路，LC谐振电路中的电感为平面电感，布置在电子围棋棋盘的电路板对应棋位的位置。

平面电感直接设置在电路板的印制电路基板上，不用再设置电感元件，节约了制作成本。

进一步地，所述每个LC谐振电路均串联一个高频单向导电元件，所述高频单向导电元件具有隔离作用，用于避免相邻的LC谐振电路相互影响。

由于LC谐振电路不是单向导电的，因此在进行行列扫描时，相关联的LC谐振电路之间会相互影响，导致LC谐振电路的谐振频率发生改变，从而影响正常的棋子识别，故为消除上述缺陷，在每个棋位的LC谐振电路中串联一个高频单向导电元件，高频单向导电元件具有隔离作用，用于避免相邻的LC谐振电路相互影响，保证谐振电路的正常工作，提高电路可靠性。

进一步地，所述棋子包括黑子和白子，且黑子和白子连接有特性相反的识别材料，所述识别材料连接在棋子底部或内嵌于棋子内部。

识别材料能够与感应电路中的LC谐振电路产生感应，从而区分棋位上是否有落子，且特性相反的识别材料对LC谐振电路的影响效果相反，从而实现对黑子和白子的准确识别。

进一步地，所述信号处理电路包括：

高频震荡电路，用于产生高频震荡波并作用于感应电路中相应的LC谐振电路；

峰值检测电路，用于检测感应电路输出的高频震荡波的峰值；

减法放大电路，用于放大所述峰值检测电路输出的高频震荡波的峰值；

DA转换电路，用于向减法放大电路输出特定的电平值；

AD转换电路，用于将减法放大电路输出的放大峰值转化为数字信号，并将该数字信号作为识别信息输出至中央控制电路。

高频震荡电路为LC谐振电路提供信号源输入，且利用峰值检测电路捕捉到高频震荡波的峰值，所捕捉的峰值信号经过后续处理后再输出至中央控制电路，可排除外界环境对识别过程的影响，使本实用新型对棋子状态识别具有较高的准确性。

进一步地，所述中央控制电路通过通讯接口与对弈设备建立连接，所述通讯接口包括物理通讯接口、wifi通讯接口和蓝牙通讯接口中的至少一种通讯接口。

多样的通讯接口有效提高了行棋识别电路的适配性。

进一步地，所述棋子状态包括：黑子、白子以及无子状态；所述设定信息为初始设定的与黑子状态对应的数字信号范围、与白子状态对应的数字信号范围以及与无子状态对应的数字信号范围。

本实用新型提出的电子围棋棋盘的行棋识别电路中，棋子识别控制电路采用行列扫描电路简化整体电路结构，且采用多选一模拟开关和移位寄存器实现I/O口扩展，优化电路资源，提高电路稳定性；棋子识别控制电路中采用信号处理电路降低外界环境对识别过程的影响，从而提高棋子状态识别的准确性；采用LC谐振电路在不同材料的影响下会有不同表现的特性，实现快速、准确的棋子状态识别；在每个LC谐振电路上串联一个高频单向导电元件，以避免LC谐振电路在工作时相互影响，提高本实用新型棋子状态识别电路对棋子状态识别的准确性。

附图说明

图1为本实用新型实施例行棋识别电路的结构框图；

图2为本实用新型实施例单个棋子状态检测的流程框图；

图3为本实用新型棋子识别电路的一种实施例示意图；

图4为本实用新型移位寄存器的一种实施例示意图；

图5为本实用新型多选一模拟开关的一种实施例示意图；

图6为本实用新型棋子的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本实用新型的限定。

如图1所示，一种电子围棋棋盘的行棋识别电路，包括：一个与对弈设备连接的中央控制电路，以及连接到中央控制电路的一个棋子识别控制电路，以及与棋子识别控制电路连接的一个感应电路。

本实施例中，感应电路，包括与每一棋位对应设置的LC谐振电路，LC谐振电路用于感应对应棋位上的棋子状态；棋子识别控制电路包括：行列扫描电路和信号处理电路，其中信号处理电路包括：高频震荡电路、峰值检测电路、减法放大电路、DA转换电路以及AD转换电路，用于产生高频震荡波并作用于感应电路中相应的LC谐振电路，并对感应电路输出的高频震荡波的峰值进行处理，输出识别信息。

由于本实用新型的感应电路中的LC谐振电路与每一棋位对应设置，而电子围棋棋盘共有19*19个棋位，因此需要361个LC谐振电路来完成所有棋子状态的识别，如果每个LC谐振电路的信号处理电路均为独立设置，则需要361个高频震荡电路、361个减法放大电路、361个峰值检测电路等，会造成电路过于复杂，电路稳定性降低，成本高昂。因此，如图3所示，本实用新型采用行、列扫描方式来控制LC谐振电路完成所有棋子的状态识别，电路整体只需1个高频震荡电路、1个减法放大电路、1个峰值检测电路等，通过行列扫描电路完成361个LC谐振电路的信号切换，从而显著简化电路，提高电路稳定性。

如图3所示，LC谐振电路采用LC并联谐振电路，LC谐振电路中的电感为平面电感，布置在电子围棋棋盘的电路板对应棋位的位置。平面电感直接设置在电路板的印制电路基板上，不用再设置电感元件，节约了制作成本。平面电感与电路板上的电容组成LC谐振电路。由于LC谐振电路不是单向导电的，因此在进行行列扫描时，相关联的LC谐振电路之间会相互影响，导致LC谐振电路的谐振频率发生改变，从而影响正常的棋子识别，故本实施例为消除上述缺陷，在每个棋位的LC谐振电路中串联一个高频单向导电元件，高频单向导电元件具有隔离作用，用于避免相邻的LC谐振电路相互影响，保证LC谐振电路的正常工作。本实施例中的高频单向导电元件采用二极管。

本实用新型的棋子包括黑子和白子，且黑子和白子连接有特性相反的识别材料，识别材料连接在棋子底部或内嵌于棋子内部。如图6所示，为本实施例棋子的结构示意图，图中上部分弧形状为围棋棋子1，下部分矩形为棋盘面板3，围棋棋子1为单凸面形状，围棋棋子1底部内嵌的长条状材料2为识别材料。本实施例中在棋子内底部嵌入识别材料，识别材料可以是感磁物质，当带有不同特性的感磁物质的棋子放置在棋位上时，棋位下方对应的平面电感受到感磁物质的影响而产生电感值的不同变化，从而改变LC谐振电路输出的高频震荡波的峰值，通过对不同峰值的检测用来判断当前棋位上的棋子状态。

本实施例的中央控制电路，用于向棋子识别控制电路输出控制信号，并接收棋子识别控制电路的识别信息，将识别信息与设定信息对比后，向对弈设备输出棋子状态识别结果。其中，棋子状态包括：黑子、白子以及无子状态；设定信息为初始设定的与黑子状态对应的数字信号范围、与白子状态对应的数字信号范围以及与无子状态对应的数字信号范围。

对弈设备可以是PC机、手机、平板电脑或其他特制的对弈设备等，中央控制电路通过通讯接口与对弈设备建立连接，该通讯接口包括物理通讯接口、wifi通讯接口和蓝牙通讯接口中的至少一种。物理通讯接口可以是USB接口、标准的以太网接口、并行接口、RS232串行接口或其他类型的物理接口。采用不同的通讯方式均应遵循各通讯方式特定的技术标准以及通信协议。

中央控制电路包括可编程控制芯片以及数据存储电路，其中可编程芯片用于控制棋子识别控制电路；数据存储电路用于存储电子棋盘的配置参数以及行棋相关信息等。

参照图2对本实施例中单个棋子状态检测方法进行详述：假设，先设定正常情况下无子状态对应的数字信号范围；后设定黑子状态对应的数字信号范围整体大于无子状态对应的数字信号范围；最后设定白子状态对应的数字信号范围整体小于无子状态对应的数字信号范围。黑子和白子按照上述设定分别嵌入特性相反的识别材料，使得LC谐振电路输出的高频震荡波的峰值在放置黑子和白子时，具有明显的差异，便于进行检测和识别。

在棋位上为无子状态时，高频震荡电路持续产生高频震荡波并作用于LC谐振电路，LC谐振电路产生谐振后输出特定的高频震荡波，峰值检测电路捕捉到该特定高频震荡波的峰值，将峰值转换成直流电压信号并输出至减法放大电路，减法放大电路将接收的直流电压信号与从DA转换电路接收到的特定的电平值进行相减处理，并将相减处理后所得值放大固定倍数后输出至AD转换电路中，通过AD转换电路将放大后所得值转化成数字信号，并输出至中央控制电路，最后中央控制电路将接收到的数字信号与设定的数字信号范围进行对比，对比结果符合无子状态，即将该棋位标记为无子状态；

当黑子或白子落入棋位时，嵌入黑子或白子内部的识别材料对LC谐振电路的平面电感产生影响，从而改变LC谐振电路的谐振点，使得LC谐振电路输出的特定的高频震荡波的峰值发生改变，通过峰值检测电路以及后续的信号处理得到一个数字量，若该数字量处于黑子状态对应的数字信号范围，则将该棋位标记为落有黑子；若该数字量处于白子状态对应的数字信号范围，则将该棋位标记为落有白子，完成对单个棋位上棋子状态的识别。

在现有技术中，对棋子识别电路常采用行、列控制方法，虽然该方法可显著减少控制芯片I/O口数量，但仍然至少需要38个I/O口，对中央控制电路仍具有较高要求，且电路稳定性也存在一定隐患。如图3所示，本实用新型对现有棋子识别电路控制方法作了进一步改进，本实用新型的行列扫描电路由多选一模拟开关和移位寄存器组成，多选一模拟开关和移位寄存器用于在中央控制电路的控制下控制感应电路中相应的LC谐振电路工作，多选一模拟开关包括多个模拟开关芯片，移位寄存器包括多个串转并芯片，模拟开关芯片和串转并芯片接收中央控制电路的串行信号，扩展输入输出端口连接到感应电路中相应的LC谐振电路，从而降低对中央控制电路的要求，简化电路，提高电路稳定性。

如图3、图4所示，本实施例中列扫描电路采用移位寄存器实现，移位寄存器采用三片74HC595级联，上一级的第9引脚SDO连接至下一级的第14引脚SDI，且三片74HC595的第11引脚SRCLK和第12引脚RCLK分别连通，并分别连接在中央控制电路中控制芯片的两个引脚上。在实现并行输出时：控制三片74HC595的第11引脚SRCLK产生一上升沿，将第一个八位二进制码移入第一片74HC595中，再次控制第11引脚SRCLK产生一上升沿，将第二个八位二进制码移入第一片74HC595中，同时第一个八位二进制码移入到第二片74HC595中，最后再次控制第11引脚SRCLK产生一上升沿，将第三个八位二进制码移入第一片74HC595中，同时第二个八位二进制码移入到第二片74HC595中，第一个八位二进制码移入到第三片74HC595中，完成三片74HC595的数据写入，之后对三片74HC595的第12引脚RCLK同时产生一上升沿，则三片74HC595的第15引脚以及第1～7引脚并行输出已移入的数据，实现对LC谐振电路列的状态控制。

如图3、图5所示，本实施例中行扫描电路采用多选一模拟开关，多选一模拟开关采用三片74HC4051并联，并由一片移位寄存器74HC595对三片74HC4051进行控制，采用一片74HC595对三片74HC4051进行控制，可进一步减少行扫描电路对中央控制电路的I/O口的占用。其中，74HC595的第14引脚与中央控制电路的串行信号输出端口连接，第15引脚、第1引脚以及第2引脚分别与三片74HC4051的第11引脚、第10引脚以及第9引脚的地址输入端连接，用于控制三片74HC4051中的8个输出端的导通状态；74HC595的第5引脚与第一片74HC4051的第6引脚的禁止端连接、74HC595的第4引脚与第二片74HC4051的第6引脚的禁止端连接、74HC595的第3引脚与第三片74HC4051的第6引脚的禁止端连接，用于分别控制三片74HC4051是否有效。

基于上述连接状态，以导通最左侧的第一片74HC4051的第13引脚为例，进行行扫描电路控制原理描述：中央控制电路的串行信号输出端口向74HC595的第14引脚输出一个二进制数据“00011000”，则74HC595的8位数据输出端Q0～Q7分别为“00011000”，即第三片74HC4051的第6引脚的禁止端输入为“1”，第二片74HC4051的第6引脚的禁止端输入为“1”，第一片74HC4051的第6引脚的禁止端输入为“0”，则三片74HC4051中仅有第一片处于有效状态，且第一片74HC4051的地址输入端输入为“000”，表示选中最低位线路导通，即为第13引脚导通。根据相同的导通原理依次类推，即可实现对LC谐振电路行的状态控制。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种电子围棋棋盘的行棋识别电路，其特征在于，所述电子围棋棋盘的行棋识别电路包括：与对弈设备连接的中央控制电路，以及连接到所述中央控制电路的棋子识别控制电路，以及与棋子识别控制电路连接的感应电路，其中，

所述感应电路，包括与每一棋位对应设置的LC谐振电路；

所述棋子识别控制电路，包括行列扫描电路和信号处理电路，所述行列扫描电路包括多选一模拟开关和移位寄存器，所述多选一模拟开关和移位寄存器用于在中央控制电路的控制下控制感应电路中相应的LC谐振电路工作，所述多选一模拟开关包括多个模拟开关芯片，所述移位寄存器包括多个串转并芯片，所述模拟开关芯片和串转并芯片接收中央控制电路的串行信号，扩展输入输出端口连接到感应电路中相应的LC谐振电路；所述信号处理电路用于产生高频震荡波并作用于感应电路中相应的LC谐振电路，并对感应电路输出的高频震荡波的峰值进行处理，输出识别信息；

所述中央控制电路，用于向棋子识别控制电路输出控制信号，并接收棋子识别控制电路的识别信息，将识别信息与设定信息对比后，向对弈设备输出棋子状态识别结果。

2.如权利要求1所述的电子围棋棋盘的行棋识别电路，其特征在于，所述LC谐振电路采用LC并联谐振电路，LC谐振电路中的电感为平面电感，布置在电子围棋棋盘的电路板对应棋位的位置。

3.如权利要求1所述的电子围棋棋盘的行棋识别电路，其特征在于，所述每个LC谐振电路均串联一个高频单向导电元件，所述高频单向导电元件具有隔离作用，用于避免相邻的LC谐振电路相互影响。

4.如权利要求1所述的电子围棋棋盘的行棋识别电路，其特征在于，所述棋子包括黑子和白子，且黑子和白子连接有特性相反的识别材料，所述识别材料连接在棋子底部或内嵌于棋子内部。

5.如权利要求1所述的电子围棋棋盘的行棋识别电路，其特征在于，所述信号处理电路包括：

高频震荡电路，用于产生高频震荡波并作用于感应电路中相应的LC谐振电路；

峰值检测电路，用于检测感应电路输出的高频震荡波的峰值；

减法放大电路，用于放大所述峰值检测电路输出的高频震荡波的峰值；

DA转换电路，用于向减法放大电路输出特定的电平值；

AD转换电路，用于将减法放大电路输出的放大峰值转化为数字信号，并将该数字信号作为识别信息输出至中央控制电路。

6.如权利要求1所述的电子围棋棋盘的行棋识别电路，其特征在于，所述中央控制电路通过通讯接口与对弈设备建立连接，所述通讯接口包括物理通讯接口、wifi通讯接口和蓝牙通讯接口中的至少一种通讯接口。

7.如权利要求1所述的电子围棋棋盘的行棋识别电路，其特征在于，所述棋子状态包括：黑子、白子以及无子状态；

所述设定信息为初始设定的与黑子状态对应的数字信号范围、与白子状态对应的数字信号范围以及与无子状态对应的数字信号范围。