CN108114464A - 一种智能棋具 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于电感变化来检测棋子位置的方法，以及采用该方法的具有自动裁判功能的智能棋具，本发明棋盘由电感检测矩阵、频率/相位检测单元、微控制器、人机界面单元(含液晶显示器、扬声器和配置模块)、电源模块组成，本发明的棋子底部涂覆一导电层，由电感检测矩阵和频率/相位检测单元来决定棋子的位置，微控制器作相应的分析、处理，将结果传送至人机界面单元，从而可以实现行棋中的计时、读秒、判断胜负、记录棋谱，实现一种具有自动裁判功能的智能棋具，本发明的优点是：一、实现落子自动准确计时；二、保留传统棋具的材质和外观；三、低成本高可靠性；四、自动裁判功能。

Description

一种智能棋具

技术领域

本发明涉及一种棋具，特别涉及一种智能化棋具。

背景技术

关于智能棋具，较早可见文献《计时、记谱、点目多功能围棋棋盘》(申请号CN88219107Y)，其中要解决的问题为，比赛过程中手按计时钟会分散参加比赛者的注意力，同时计时也不够准确，赛后决定胜负需要裁判数子或点目决定，而且棋谱记录不便。此外，在比赛过程中的读秒也需要人为进行。围绕此需求，多个专利文献均提出解决方案，其中的关键技术在于对于棋子的位置检测技术，迄今为止，对于棋子的检测技术较为可行的主要有以下方法：一、采用霍尔器件检测具有磁性的棋子；二、采用光开关检测棋子；三、采用图像处理技术检测棋子。但这些方法具有成本较高或判断不稳定的缺点。

发明内容

本发明提出一种基于电感变化来检测棋子位置的方法，以及采用该方法的具有自动裁判功能的智能棋具。

电感检测是一种非接触式短距离检测技术，其具有低成本、高精度检测特点。以下说明电感式检测方法的原理。众所周知，由线圈和电容可以组成LC振荡电路，其具有固定的谐振频率。当另一个导体靠近处于振荡状态中的线圈的一端时，由于电感线圈产生变化磁场，会导致该导体中会形成“涡流”电场，此涡流电场反过来作用于电感线圈，从而会改变原来LC电路的谐振频率。通过实时监测该谐振频率的大小或者相位的偏移，就可以感知有无金属导体靠近。由于趋肤效应，金属导体可以是较薄的一层导电漆或膜，其厚度可以薄至20微米。根据此方法，可以在材料为玻璃、木材、塑料等不导电棋子的底端喷涂一层导电覆盖物，该导电覆盖物例如为导电银浆、铝膜、导电漆等等。此薄层导电覆盖物对棋子本身材料的质感影响较小。导电线圈可以采用PCB(印刷电路板)走线方式形成，从而进一步降低成本。

如图1，1为棋子，2为棋子底部喷涂的导电层，3为棋盘，棋盘下方位于每个棋子的位置处均设置有一个电感线圈和电容组成的LC谐振电路，6为控制及频率/相位变化检测单元。当棋子放置于LC谐振电路上方时，如前所述，相较于没有棋子的状态，LC谐振电路的频率/相位会发生变化，利用控制及频率/相位变化检测单元6，可以实现检测棋子是否落在棋盘上方。

目前较为流行的棋类项目可以分为两种，一种为“静置”型，棋子摆放在棋盘上，除了吃子以外不可移动，例如围棋、五子棋；另一种为“移动”型，棋子在棋盘可以按棋本身的规则移动，例如中国象棋、国际象棋、跳棋等等。静置型棋只需要区分棋子的颜色，因此要利用不同导电率的喷涂材料分别对两种不同颜色的棋子进行喷涂，或者对两种不同颜色的棋子喷涂不同形状面积的覆盖层，以便区分。对于移动型棋子，棋盘上的棋子的数量不会增加，只有可能减少，从棋局开始的时候，利用软件记忆棋子属性(例如将、士、象等)，并跟踪棋子的走子，从而可以判断当前位置上的棋子属性。

本发明棋盘由电感检测矩阵、频率/相位检测单元、微控制器、人机界面单元(含液晶显示器、扬声器和配置模块)、电源模块组成。其中，由电感检测矩阵和频率/相位检测单元来决定棋子的位置，微控制器根据棋子的位置，按照相应行棋规则进行分析，根据人机界面单元中配置模块的要求，将分析结果传送至人机界面单元。可以实现行棋中的计时、读秒、判断胜负(含超时负和终局负)、记录棋谱，实现一种具有自动裁判功能的智能棋具。相比现有的棋类比赛棋具，本发明的优点是：一、实现落子自动计时，减少了棋手的需要按动棋钟的动作，并且计时准确；二、无接触式检测棋子，可以保留传统棋具的材质和外观；三、低成本高可靠性；四、自动记录棋谱和判断胜负，实现自动裁判功能。

附图说明

图1为说明本发明检测棋子位置的示意图；

图2为本发明棋盘部分的组成框图；

图3为本发明电感由印刷电路板走线形成的示意图

图4为本发明频率/相位检测单元的原理图；

图5为本发明检测棋子的波形图；

图6为LC谐振电路的相频特性图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图2，为本发明棋盘部分的示意图。本发明棋盘由LC矩阵28、频率/相位检测单元25、微控制器24、人机界面单元(含液晶显示21、扬声器22和设置单元23)，多路复用器26，27以及电源单元29组成。其中，由LC矩阵28和频率/相位检测单元25来决定棋子的位置，微控制器24根据棋子的位置，按照相应行棋规则进行分析，根据人机界面单元中设置单元23的要求，将分析结果传送至人机界面单元。可以实现行棋中的计时、读秒、判断胜负(含超时负和终局负)、记录棋谱，实现一种具有裁判功能的智能棋具。

图2中显示一个4x4电感检测矩阵是为了说明本发明意图，实际上可以扩展实现检测点多达19x19大小的棋盘。同样，多路复用器26、27的通道数也是根据需要而设置。

图3为本发明中PCB走线电感示意图，图中示出一个两层PCB板走线形成电感的例子，其中31为上层PCB螺旋形走线，33为下层PCB螺旋形走线，32为连接上下层走线的通孔，34为外接的电容。可以有多种利用PCB走线形成电感的方法，均被涵盖在本发明的范围之中。

图4为本发明的频率/相位检测单元示意图。为简单描述，此处只画了一个LC谐振电路49，略去了多路复用器和电感检测矩阵部分。实际应用中，需要根据多路复用开关，对LC谐振电路矩阵逐一进行扫描。扫描方法为本领域内技术人中所熟知。图4中的方框40即表示图2中的频率/相位检测单元25，其包括LC振荡的激励波形产生单元41，控制端42，频率/相位变化检测器43，驱动元件44，目的是增大激励信号的电流，使并联LC谐振电路49快速进入谐振状态。电阻45和限幅器46用来限制谐振波进入频率/相位变化检测器43的幅度。

图5为图4的控制时序图。

控制端42控制开关47以及47’的开关闭合位置，当为高时，表示开关闭合于a的位置，为低时，表示开关闭合于b的位置。从T0时刻开始，控制端42为低，使激励信号通过LC谐振电路49，激励时间为T1-T0，从T1时刻开始，控制端42拉高，41停止激励信号驱动，此时LC谐振电路49中只有谐振电流，开始从频率/相位变化检测器43检测。图4中，43a表示没有棋子存在于LC谐振电路上方的情况。这里画的是理想波形，实际情况下，当控制端42停止向LC谐振电路发激励信号驱动之后，由于阻尼作用，振荡波形的幅度会逐渐减小。43b表示有棋子存在，导致谐振波形与激励信号波形的相位发生偏移的情况。43c表示有棋子存在，导致谐振波形与激励信号波形的频率发生改变的情况。

检测相位变化最常用的方法为对信号波形进行整流，然后与相对比的波形相与，再将结果的信号进行积分，根据积分值的大小可以判断相位偏移的大小，熟悉本领域的技术人员可以明确此方法。当棋盘上没有棋子时，积分值为v0，而棋盘上有棋子时，积分值为v1，假定v0-v1大于某个检测设定值，则认为有棋子存在。

检测频率变化的方法有多种，例如可以根据T3-T1时间内检测到波形的个数，来确定LC谐振电路49的谐振频率。计数完毕后，从T3时刻开始，控制端42变低，使谐振快速停止。检测棋子存在的方法。当指定的位置上没有棋子时，频率检测单元检测到的频率为LC的谐振频率f0，当检测到谐振频率发生偏移时，例如为f1，则说明有棋子存在。

可以通过改变喷涂在不同颜色棋子底部的导电材料，或者改变其喷涂面积使频率检测的偏移量或相位偏移量存在显著不同，从而可以区分出棋子的种类。

图6为LC谐振电路的相频特性图。从图中可以看出，在谐振频率f0频率值附近，当频率发生少许变化时，相位会产生显著变化，而且此变化相对于不同的Q值，变化的曲线也不同，Q值越高，则变化越剧烈。采用相位变化来检测，会更加灵敏地检测LC谐振电路的频率变化，从而更加快速地检测LC谐振电路上方是否有棋子存在，并且可以增大检测棋子的垂直距离。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于棋类对弈的智能棋具，能够设置对弈双方用时和读秒次数，并具有计时、读秒、判断胜负、保存棋谱、输出棋谱等功能，其特征在于棋盘上每个弈棋点的下面均设置有一个电感式传感器，每个棋子底部有一层导电覆盖物。

2.根据权利要求1所述的智能棋具，所述电感式传感器为一LC谐振电路。

3.根据权利要求2所述的智能棋具，所述LC谐振电路中电感线圈由印刷电路板走线形成。

4.根据权利要求2所述的智能棋具，所述LC谐振电路中电感线圈由电感元件形成。

5.根据权利要求1所述的智能棋具的棋子，其中该导电覆盖物为铝膜、导电银浆、导电漆等。

6.根据权利要求1所述的智能棋具的棋子，其中该导电覆盖物使得可区分出两种不同颜色的棋子。

7.根据权利要求6所述的智能棋具的棋子，其中利用导电覆盖物的覆盖面积不同来区分不同颜色的棋子。

8.根据权利要求6所述的智能棋具的棋子，其中利用导电覆盖物的覆盖材料不同来区分不同颜色的棋子。

9.一种用于检测棋子位置的检测电路，其包括一激励信号源、一LC谐振电路矩阵、一微处理器、一频率/相位检测单元、多路复用开关、一输出单元、一电源单元。

10.一种用于检测棋子位置的检测方法，其向一LC谐振电路发出激励信号，然后转为接收LC谐振电路的信号波形，根据所接收信号波形频率或相位的改变来判断LC谐振电路上方是否有棋子存在。