一种基于无线供电技术的象棋自动记谱装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于无线供电技术的象棋自动记谱装置及方法，所述棋子内设置有接收线圈和接收电路，所述接收线圈设置于棋子内部的底端，接收线圈通过接收电路连接发光二极管，不同种类的棋子的发光二极管的光强信号不同；棋盘内设置有第一微控制器，无线供电模块通过光纤连接发射线圈阵列；第一微控制器通过多路开关连接光敏三极管阵列，发射线圈阵列通过光纤束对应连接光敏三极管阵列，光敏三极管阵列对应连接有信号比较单元的一端，信号比较单元的另一端连接参比信号单元；本发明采用比较法能消除光源波动的影响，可以解决了光敏三管受温度影响大的问题，这样不仅增强了稳定性，大大地提高了工作的可靠性，而且电路结构很简单。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于无线供电技术的象棋自动记谱装置及方法。

背景技术

现有的中国象棋等棋类比赛中，多采用人工计时记谱工作，有的记谱哪怕是计算机辅助记谱也需要人工录入，存在诸多弊端，这种方式工作量较大，费时、劳神、错误率高，需要额外投入人工来操作，现有的自动裁判装置，多需要对棋子或者棋盘上进行大幅改动，且改动处通常能够明显感知，会引起参赛选手的不适或反感，影响选手的发挥。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于无线供电技术的象棋自动记谱装置，本发明能实现自动记谱、计时和读秒，这样即减少了裁判人员的工作量也减轻了棋手的负担，使其更专心于比赛。同时还具有性能稳定可靠、使用方便、制造容易、成本低等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于无线供电技术的象棋自动记谱装置，包括棋盘、棋子和计时装置，其中：

所述棋子内设置有接收线圈和接收电路，所述接收线圈设置于棋子内部的底端，接收线圈通过接收电路连接发光二极管，不同种类的棋子的发光二极管的光强信号不同；

所述棋盘的盘面上各个交叉点位置处设置有一个发射线圈和光纤传光束；

所述棋盘内设置有第一微控制器、无线供电模块、发射线圈及光纤传光束阵列、光敏三极管阵列与信号比较单元，所述第一微控制器连接无线供电模块，所述第一微控制器通过多路开关连接光敏三极管阵列，发射线圈及光纤传光束阵列通过光纤束连接光敏三极管阵列，所述光敏三极管阵列连接信号比较单元，所述第一微控制器同时连接信号比较单元；

所述计时装置与棋盘内的第一微控制器通过无线的方式通信。

优选的，所述接收电路驱动发光二极管发光，用发光二极管亮度调节电阻调节发光二极管的发光强度，并且用不同的调节电阻分别代表不同种类的棋子，棋子内发光二极管发射的光信号，通过设在各个交叉点上的光纤传光束传导到相应的各个光敏三极管上。

所述信号比较单元，包括多个电压比较器、多个光敏三极管和选频电路，每个光敏三极管通过光纤传光束连接到透明板的一侧，透明板的另一侧设置有一个发光二极管，所述发光二极管连接参比信号单元。

优选的，电压比较器为10个。

所述棋子底端设置有一个透明板，与信号比较单元处设置的透明板完全一样，目的是保证参比单元中的元器件与棋子中的元器件完全一样，这样可以最大限度的减小光源波动的影响。

进一步的，所述发射线圈构成的发射线圈阵列和光纤传光束构成的光纤传光束阵列，通过光纤束连接光敏三极管阵列，各个交叉点上的光纤传光束与光敏三极管阵列中的各个光敏三极管相对应。

所述光敏三极管阵列中每一行的光敏三极管集电极相并联连接一个选频电路，并且还与电压比较器的一端连接，所述选频电路和电压比较器均连接第一微控制器，所述电压比较器的另一端连接信号比较单元中一个光敏三极管的集电极，所述光敏三极管的发射极接地，基极通过光纤传光束连接至透明板一侧，所述透明板另一侧设置有发光二极管，发光二极管连接参比信号单元。

所述光敏三极管阵列中的每个光敏三极管与棋盘的盘面的每个交叉点一一对应，每一列光敏三极管的发射极相并联连接在多路开关的一路开关上，每一行光敏三极管的集电极相并联连接一个电压比较器，通过各个电压比较器和多路开关的排列组合，可以确定每一个光敏三极管。

所述参比信号单元包括多路开关，多路开关的每一路开关分别连接有不同阻值的发光二极管亮度调节电阻，通过第一微控制器控制多路开关依次导通，使参比单元中的发光二极管与各个发光二极管亮度调节电阻依次接通发光，通过相应的光纤传光束传导到信号比较单元上的光敏三极管上，在通过电压比较器逐一与棋子发出的光强信号进行比较，确定棋子类型。

本发明的上述构成(信号比较单元、参比信号单元等)能消除电压和光源波动的影响，而且解决了光敏三管受温度影响大的问题，由于对每一列的10个交叉点同时进行检测，因此有效的解决了光敏三管频率响应低的问题，使光敏三管灵敏度高且价格很低的特点能得以利用，这样设计不仅增强了稳定性，大大地提高了工作的可靠性，而且电路结构很简单。

采用自定义光强代表各种棋子的方法可以方便的增大光强差，因此，棋子识别电路和接收电路都很简单，大大的提高了识别的可靠性。

优选的，所述棋盘边缘还设有USB接口和充电接口，所述USB接口和充电接口设置在棋盘端部。

所述计时器，包括第二微控制器、语音播放模块、无线收发模块和控制按键，其中，无线收发模块接收微控制器的信息，将其传输给第二微控制器，所述第二微控制器连接有语音播放模块和控制按键，并通过LCD显示模块显示时间。

一种基于上述装置的工作原理为：

利用无线供电技术对嵌在棋子中的接收电路进行供电，由接收电路驱动发光二极管发光，通过发光二极管亮度调节电阻调节发光二极管的发光强度，并且用不同的调节电阻分别代表不同种类的棋子，代表各种棋子的光强信号由发光二极管照射出去，通过设在各个交叉点上的光纤传光束传导到对应的各个光敏三极管上，参比单元中的发光二极管与各个发光二极管亮度调节电阻依次接通发光，光强信号经过各电压比较器与参比光强信号进行比较后传送到第一微控制器，由其确定棋子的种类、所在的位置以及棋面的变化情况。

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)采用比较法能消除电压和光源波动的影响，可以解决了光敏三管受温度影响大的问题，这样不仅增强了稳定性，大大地提高了工作的可靠性，而且电路结构很简单；

(3)采用对每一列的10个交叉同时进行检测，有效的解决了光敏三管频率响应低的问题，使光敏三管灵敏度高且价格很低的特点能得以利用；

(4)抗干扰能力强，光纤具有良好的抗干扰能力，光纤能长线传输信号可以使转换元件(光敏三极管)与信号处理电路安装在一起，这样可以提高信噪比，有利于进行电磁屏蔽，可以提高检测的可靠性，而且光纤成本很低；

(5)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；

(6)利用选频电路判定交叉上有无棋子以消除环境光的影响，当交叉点上无棋子时选频电路接受不到供电模块产生高频信号，选频电路不动作，第一微控制器对相应的电压比较器不响应。

(7)本发明还具有结构简单，制作工艺要求低，制造容易等优点。

附图说明

图1为本发明的一种基于无线供电技术的象棋自动记谱装置棋盘的结构俯视图；

图2为图1中在A-A位置的剖视图；

图3为本发明的控制电路的结构框图；

图4为本发明的发射线圈阵列、光敏三极管阵列、信号比较单元的电路原理示意图，以及光纤传光束阵列的结构示意图；

图5为本发明的参比信号单元的电路原理示意图；

图6为本发明的接收电路的电路原理示意图；

图7为本发明的计时器电路的结构框图；

图8为本发明的另一种实施方案控制电路的结构框图；

图9为本发明的另一种实施方案发射线圈阵列、光敏三极管阵列、信号比较单元的电路原理示意图，以及光纤传光束阵列的结构示意图；

图10为本发明的另一种实施方案接收电路的电路原理示意图。

其中，1、棋盘；2、棋子；3、刻线；4、单根光纤；5、计时器；6、USB接口；7、充电器接口；8、无线供电模块；9、光纤传光束；10、发射线圈；11、控制总程；12、屏蔽盒；13、光纤束；14、发光二极管；15、接收电路；16、接收线圈；17、透明板；18、第一微控制器；19、9选1多路开关；20、无线收发模块；21、充电模块；22、充电电池；23、发射线圈及光纤传光束阵列；24、光敏三极管阵列；25、信号比较单元；26、参比信号单元；27、光敏三极管；28、选频电路；29、电压比较器；30、14选1多路开关；31、整流二极管；32、稳压二极管；33、发光二极管亮度调节电阻；34、LCD模块；35、第二微控制器；36、设置按键；37、+按键；38、-按键；39、开始暂停按键；40、计时按键；41、语音模块；42、喇叭；43、编码电路；44、信号处理电路；45、信号处理单元。

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。

实施例一：

如图1所示，一种基于无线供电技术的象棋自动记谱装置，包括棋盘1、棋子2和计时器5等。

棋盘1包括盘面和盘面另一面的在相应的各个交叉点处刻线3处设置的发射线圈及光纤传光束阵列23。

光纤传光束是由多根单根光纤构成，且单根光纤的纤芯直径小于0.025mm。

用纤芯直径小于0.025mm的光纤嵌在刻线中眼睛分辨不出来，光纤传光束中的每一根光纤在交叉点处交叉排成一列和一行，用多根光纤来增加光通量。

如图2所示，棋子2中嵌有接收线圈16和接收电路15，所述接收线圈16设置于棋子2内部的底端，接收线圈16通过接收电路15连接发光二极管14，不同种类的棋子2的发光二极管14的光强信号不同。控制总程11还连接有USB接口6和充电器接口7，所述USB接口6和充电器接口7设置在棋盘1端部。

计时器5与控制总程11通过无线的方式通信，所述控制总程11外侧设置有屏蔽盒12。

如图3所示，棋盘1内的控制总程11中设置有第一微控制器18、无线供电模块8、发射线圈阵列及光纤传光束阵列23、光敏三极管阵列24与信号比较单元25，所述第一微控制器连接无线供电模块8，所述无线供电模块8连接发射线圈及光纤传光束阵列23，无线供电模块8还连接参比单元中的发射线圈10。控制总程11包括第一微控制器18，所述第一微控制器18通过9选1多路开关19连接光敏三极管阵列24。

发射线圈10阵列、光纤传光束9阵列通过光纤束13连接光敏三极管阵列24，所述光敏三极管阵列24连接信号比较单元25的一端，信号比较单元25的另一端通过光纤束13、透明极17和发光二极管14连接参比信号单元26，所述第一微控制器18同时连接信号比较单元25。

如图4所示，90个发射线圈10和90根光纤传光束9构成发射线圈及光纤传光束阵列23，通过光纤束连接有光敏三极管阵列24，各个交叉点上的光纤传光束9与光敏三极管阵列24中的各个(90个)光敏三极管27相对应，光敏三极管阵列24中每一行的光敏三极管集电极相并联连接一个选频电路28，并且还与电压比较器29的一端连接，所述选频电路28和电压比较器29均连接第一微控制器18，所述电压比较器29的另一端连接信号比较单元中一个光敏三极管27的集电极，所述光敏三极管27的发射极接地，基极通过光纤传光束9及光纤束13连接至透明板17一侧，所述透明板17另一侧设置有发光二极管14，发光二极管14连接参比信号单元26。

每一列光敏三极管27的发射极相并联连接在9选1多路开关19的一路开关上，每一行光敏三极管27的集电极相并联连接一个电压比较器，通过各个电压比较器29和9选1多路开关19的排列组合，可以确定每一个光敏三极管27。如9选1多路开关19的第1路开关，和第10个比较器29相组合，就可以确定第82号光敏三极管27。

信号比较单元25，包括10个电压比较器、10个光敏三极管和选频电路，每个光敏三极管通过光纤传光束9及光纤束13连接到透明板17的一侧，透明板17的另一侧设置有一个发光二极管14，所述发光二极管14连接参比信号单元26。

在信号比较单元处设置一个与棋子中完全一样的透明板17，目的是保证参比单元中的元器件与棋子中的元器件完全一样，这样可以最大限度的减小光源波动的影响。

如图5所示，参比信号单元26包括14选1多路开关30，14选1多路开关30分别连接有不同阻值的发光二极管亮度调节电阻33，通过第一微控制器控制14选1多路开关30依次导通，使参比单元中的发光二极管14与各个发光二极管亮度调节电阻33依次接通发光，通过相应的光纤传光束9传导到信号比较单元25上的光敏三极管27上，在通过电压比较器29逐一与棋子2发出的光强信号进行比较，确定棋子2类型。

原理为：利用无线供电技术对嵌在棋子2中的接收电路15进行供电，由接收电路15驱动发光二极管14发光，用发光二极管亮度调节电阻33调节发光二极管14的发光强度，并且用不同的调节电阻分别代表不同种类的棋子2(调节电阻的阻值别为R₁、R₂…R₁₄)，也即用不同的光强信号分别代表不同种类的棋子2(红棋和黑棋各有：帅、车、马、炮、士、相、兵共14种)，代表各种棋子2的光强信号由发光二极管14照射出去，通过设在各个交叉点上的光纤传光束9传导到对应的各个光敏三极管上，光强信号经过各电压比较器29与参比光强信号进行比较后传送到第一微控制器18，由第一微控制器18确定是哪一种棋子2及其所在的位置。

两个光敏三极管27(其中一个是光敏三极管阵列24中的，另一个是信号比较单元25中的)、两个透明板17和两根光纤传光束9构成了一个光电差动器，可以实现自动补偿，该光电差动器不仅能抵消温度、电压和光源波动的影响，而且结构简单，工作可靠。

如图6所示，接收电路包括发光二极管亮度调节电阻33、稳压二极管32、整流二极管31和谐振电容，其中，所述谐振电容与接收线圈并联，谐振电容一端依次连接整流二极管31、稳压二极管32及其限流电阻，调节电阻连接发光二极管，发光二极管连接谐振电容的另一端，发光二极管亮度调节电阻33和发光二极管串联且与稳压二极管32并联。

优选的，所述接收电路15驱动发光二极管14发光，用发光调节电阻调节发光二极管14的发光强度，并且用不同的调节电阻分别代表不同种类的棋子2，棋子2内发光二极管14发射的光信号，通过设在各个交叉点上的光纤传光束9传导到对应的各个光敏三极管上。

如图7所示，计时器5包括第二微控制器35、无线收发模块20、LCD模块34、设置按 键36、开始暂停按键、语音模块、喇叭等。无线收发模块20接收微控制器的信息，将其传输给第二微控制器，所述第二微控制器连接有语音播放模块和控制按键，并通过LCD显示模块显示时间。

第二微控制器35还设置有语音模块41，语音模块41连接喇叭42。

第二微控制器35连接有设置按键36、+按键37、-按键38、开始暂停按键39和计时按键40。

工作流程为：由第一微控制器18、9选1多路开关19和10个电压比较器29确定各棋子2的位置(象棋有9*10＝90个交叉点)，由第一微控制器18、信号比较单元25和参比信号单元26确定各棋子2的种类，过程是，首先第一微控制器18控制9选1多路开关19的第1路导通，使光敏三极管阵列24中的第1列上的10个光敏三极管接地工作(与棋盘1上第1列的10个交叉点对应)，对棋盘1的第1列各交叉进行检测，当该列上某些交叉点上有棋子2时，棋子2发出的光强信号由相应的光纤传光束9传导到对应的光敏三极管上，与此同时第一微控制器18控制14选1多路开关30依次导通，使参比单元中的发光二极管14与各个发光二极管亮度调节电阻33依次接通发光(调节电阻分别为R₁、R₂…R₁₄且阻值变化由大到小，也即光强由小到大变化)，并通过相应的光纤传光束9传导到信号比较单元25中的10个光敏三极管上，在通过电压比较器29逐一与棋子2发出的光强信号进行比较(光强由小到大进行)，通过比较就可以确定棋子2的种类(同时其位置也被确定)，然后第一微控制器18控制控制9选1多路开关19第2路导通，重复上述过程对第2列各交叉进行检测，确定第2列上各交叉上棋子2的种类，如此反复进行就可以实时判定各种棋子2所在的位置以及棋面的变化情况，并通过无线收发模块20向计时器5传递相关信息使计时器5做出相应的动作(如计时和读秒)。

在信号比较单元处设置一个与棋子中完全一样的透明板，目的是保证参比单元中的元器件与棋子中的元器件完全一样，这样可以最大限度的减小光源波动的影响。

本发明的上述构成(信号比较单元、参比信号单元等)能消除光源波动的影响，而且解决了光敏三管受温度影响大的问题，由于对每一列的10个交叉同时进行检测，因此有效的解决了光敏三管频率响应低的问题，使光敏三管灵敏度高且价格很低的特点能得以利用，这样设计不仅增强了稳定性，大大地提高了工作的可靠性，而且电路结构很简单。

采用自定义光强代表各种棋子的方法可以方便的增大光强差，因此，棋子识别电路和接收电路都很简单，大大的提高了识别的可靠性。

设置选频电路28的作用是，判定交叉上有无棋子2以消除环境光的影响，其工作原理是，当交叉点上无棋子2时选频电路28接受不到供电模块产生高频信号，选频电路28不动作第一微控制器18对相应的电压比较器29不响应。

实施例二：

如图8-10所示，第二种具体实施方式与第一种基本一致，其区别在于：

利用信号处理单元45来替换信号比较单元25和参比信号单元26。同时，棋子2的接收电路15将调节电阻替换为编码电路43。

所述信号处理单元45包括若干路信号处理电路44，每个信号处理电路44均连接第一微控制器18，信号处理电路44与光敏三极管阵列24对应连接。

本实施方案利用无线供电技术对嵌在棋子2中的接收电路15进行供电，接收电路15中的编码电路对不同种类的棋子2(红棋和黑棋各有：帅、车、马、炮、士、相、兵共14种)进行编码并且驱动发光二管发光，代表各种棋子2的代码信号由发光二管发射出去，通过设在各个交叉点上的光纤传光束9传导到对应的各个光敏三极管上，代码信号经过各信号处理电路处理后传送到第一微控制器18，由第一微控制器18根据相应的代码就可以确定是那一种棋子2及其所在的位置。

工作流程为：所述一种基于无线供电技术的象棋自动记谱装置的工作流程为：由第一微控制器18、9选1多路开关19和10个信号处理电路确定各棋子2的位置(象棋盘有9*10＝90个交叉点)，由第一微控制器18与信号处理电路确定各棋子2的种类，过程是，首先第一微控制器18控制9选1多路开关19第1路导通，使光敏三极管阵列24中的第1列上的10个光敏三极管接地工作(与棋盘1上第1列的10个交叉点对应)，对棋盘1的第1列各交叉进行检测，当该列上某些交叉点上有棋子2时，棋子2发出的编码信号由相应的光纤传光束9传导到对应的光敏三极管上，光敏三极管将检测到的代码信号传送到各信号处理电路，信号经信号处理电路处理后传送到微控制器1，由微控制器1根据相应的代码确定该棋子2的种类(同时其位置也被确定)，然后第一微控制器18控制控制9选1多路开关19第2路导通，重复上述过程对第2列各交叉进行检测，确定第2列上各交叉上棋子2的种类，如此反复进行就可以实时判定各种棋子2所在的位置以及棋面的变化情况，并通过无线收发模块20向计时器5传递相关信息使计时器5做出相应的动作(如计时和读秒)。

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。