光电棋盘及其使用方法 【技术领域】
本发明涉及一种棋盘及其使用方法，尤其涉及基于光电原理用于围棋或五子棋的棋盘及其使用方法。
背景技术
五子棋和围棋在中国都拥有悠久的历史，是深受大众喜爱的休闲益智游戏。目前，五子棋的棋盘有15行15列，共有225个交叉点，围棋的棋盘有19行19列共361个交叉点。不管是五子棋还是围棋，在行棋时，由执黑子和执白子双方轮流在交点上落子，一次一子。
目前，人们通常可以聚在一起，通过实体棋盘面对面地下棋。随着网络的发展和人民生活水平的提高，人们开始尝试在电脑上下棋，双方通过网络进行远程对弈，虽然方便，但是没有了实体棋盘，少了一些乐趣。目前还没有一种棋盘，可以使处于远程的对弈双方在各自的实体棋盘上下棋，通过计算机传输数据实现远程对弈，或者是一方在实体棋盘上下棋，另一方在计算机上下棋的对弈方式。这是此发明希望能解决的问题。
通过研究现有技术，我们发现：
专利号为99243594.3的实用新型专利公开了一种电子围棋棋盘，以双色发光二极管发出的双色光分别代表黑、白两种围棋子，由单片机控制下棋过程。此实用新型的目的是通过单片机控制在棋盘上显示棋局，避免了在大棋盘上摆放棋子的麻烦，便于讲解棋谱。此实用新型可以通过电脑的控制，将棋盘的棋子信息通过不同颜色的光在实体棋盘上显示出来。
专利号为03103345.8的发明专利公开了一种围棋电子棋盘及其控制方法，此发明的目的在于对棋盘上的对弈过程进行自动电子检测，传送给计算机，进行存储、计时和判断等控制操作。此发明通过微处理器的控制将棋盘信息传送给电脑。
专利号为200720041400.2的实用新型专利公开了一种电子棋盘，设置有一个输出显示位和传感器阵列，可用于实现复盘指示。但是此发明的传感器通过可见光的反射来实现，易受环境的影响，干扰较大，且对棋子有一定的要求，而且输出显示位只能确定下子的位置，并不能确定下的是什么棋子。
这几个专利都不能实现我们要解决的问题。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是：提供一种棋盘及其使用方法，可以使对弈双方在各自的实体棋盘上下棋，通过计算机传输数据实现远程对弈，或者是一方在实体棋盘上下棋，另一方在计算机上下棋的对弈方式，同时，这个棋盘也可以实现本地对弈，将对弈过程记录于电脑中。
本发明的光电棋盘的技术方案是：一种光电棋盘，包括棋盘面板、微处理器1和与之相连的存储器4、接口模块5、电源模块6，还包括与所述微处理器连接的棋子检测单元2和棋子显示单元3。所述棋子检测单元2包括红外LED驱动器7、红外光收发器件8和多路模拟/数字转换器9。所述红外LED驱动器7驱动红外收发器件8发光，后者将反射的光信号转换成电信号，并传送给多路模拟/数字转换器9，模拟/数字转换器将数字信号传输给所述微处理器1分析处理。所述棋子显示单元3包括白子LED驱动器17和黑子的LED驱动器18、代表白棋的LED灯15和黑棋的LED灯16。微处理器1将信号传输给白棋和黑棋的LED驱动器，并由驱动器分别驱动代表白棋的LED灯15和黑棋的LED灯16发光。所述微处理器1通过接口模块5和游戏服务器10之间实现通信。
本光电棋盘的更详细的技术方案是：
所述红外光收发器件8包括红外LED灯13和光敏器件14。
所述光敏器件14可以是：光敏二极管、光敏三级管或光敏电阻。
所述代表白子和黑子的LED灯可以是一个集成LED灯，能显示至少两种颜色。
所述代表白子和黑子的LED灯可以是贴片式的，也可以是直插式的。
所述棋盘面板为覆膜导光板。
所述覆膜导光板的上侧面覆有扩散膜，下侧面覆有反射膜，且在落子交叉点处设有未覆反射膜的通孔。
所述游戏服务器10是一台计算机，可与对弈双方实现通信。
本发明还提出了这种光电棋盘的使用方法，包括以下步骤：
(1)光电棋盘开始工作，红外LED驱动器7驱动红外光收发器件8发射红外光；
(2)本方棋手在光电棋盘上摆放棋子；
(3)棋子将红外光反射，红外收发器件8接收红外光信号；
(4)红外收发器件将反射的光信号转换成电信号，并传送给多路模拟/数字转换器9；
(5)模拟/数字转换器9将数字信号传输给微处理器1进行分析处理；
(6)微处理器将信息通过接口模块5传至游戏服务器10进行保存；
(7)游戏服务器将信息传送给对弈对方；
(8)对弈对方给游戏服务器10发送行棋指令；
(9)游戏服务器10将对弈对方的信息通过接口模块5传送给微处理器(1)；
(10)微处理器1将信息传输给白子和黑子的LED驱动器；
(11)白子和黑子的LED驱动器驱动相应的代表白子或黑子的LED灯发光，从而本方棋手在棋盘上看到对方的行棋操作。
本光电棋盘使用方法的更详细的技术方案是：对弈对方可以在实体光电棋盘上行棋，也可以在计算机上行棋。
本发明的优点是：
1.增强棋类游戏地趣味性，可以使对弈双方在各自的实体棋盘上下棋，通过计算机传输数据实现远程对弈，也可以一方在实体棋盘上，另一方在计算机上实现对弈，选择多样；
2.同样可以用于本地对弈，对弈双方在同一个光电棋盘上下棋，利用电脑记录对弈的过程，方便日后的学习、研究和回忆；
3.现有技术只能将数据保存到本地电脑观看复盘记录，本发明可以直接在棋盘上实现复盘；
4.检测设备中所用的红外线不可见，测量过程不被棋手察觉，不会对棋手造成干扰；
5.红外线具有较强的方向性，抗干扰性强，检测结果准确且稳定，不受外界环境影响；
6.采用通用的器件和成熟的技术，因此成本较低，稳定性好，适合大批量生产；
7.棋盘面板为导光板的设计，可以使棋子检测结果更准确和稳定，同时使棋盘的内部不容易落灰，延长棋盘的使用寿命。
【附图说明】
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的优选实施例的棋盘原理示意图；
图2为本发明的光电棋盘的使用方法的流程图；
图3为本发明的优选实施例的棋盘装置落子交叉点处结构示意图；
图4为本发明的优选实施例的棋子检测单元的电路原理图；
图5为本发明的优选实施例的棋子显示单元的电路原理图。
其中：1微处理器；2棋子检测单元；3棋子显示单元；4存储器；5接口模块；6电源模块；7红外LED驱动器；8红外收发器件；9模拟/数字转换器；10游戏服务器；11通孔；12遮光板；13红外LED灯；14光敏器件；15代表白子的LED灯；16代表黑子的LED灯；17白子LED驱动器；18黑子LED驱动器。
【具体实施方式】
实施例1：本发明的光电棋盘的优选实施例的棋盘原理示意图如图1所示，工作原理为：微处理器1通过红外LED驱动器7驱动棋盘装置落子处通孔下方的红外发光二极管(LED，Light Emitting Diode)工作，红外LED灯13通电后发射红外线，当对应棋盘位置有棋子时，红外线发生反射，被光敏器件14捕获。光敏器件可以是：光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻等，其目的仅在于接受不同棋子的红外线反射信号，并将其转换为电信号。光敏器件根据光线的强弱产生相应的导通电流，从而在输出端的电阻处测量出电压信号。白色棋子反射光线强度最强，得到的电压值最大，黑色棋子反射光线强度次之，得到的电压值也较小，没有棋子的时候，红外线通过通孔处的导光板向外漏出，反射到光敏器件的光强度最小，输出的电压值也最小。在微处理器的控制下，电压信号被模拟/数字转换器转换为数字信号并传送给微处理器，微处理器将收到的数字信号与预先设置好的电压参考值进行比较，进而确定该坐标位置的棋子情况，判断是否落子，且落的是黑子还是白子。并通过接口转换模块5把这一信息传送给游戏服务器，由游戏服务器进行下一步落子决策。
本实施例的棋盘装置落子交叉点处结构示意图如图3所示，棋盘面板为覆膜导光板，导光板由背部导光的有机材料制成。光线能够透过导光板。导光板的上侧面覆有扩散膜，使棋手看不到棋盘下的电路结构。扩散膜的表面印有19×19(围棋)或是15×15(五子棋)的经纬线。导光板的下侧面覆有反射膜，在棋盘上的每一个行列交叉点处都设有未覆反射膜的通孔11，大小在5mm到30mm之间，为了达到较好的效果，一般设置成和棋子一样大。使代表白子或黑子的LED灯的光线穿透导光板的通孔在棋盘上显示时，能形成与棋子大小一样的圆形光斑，使光源更均匀、柔和和饱满。光线射到通孔周围的反射膜时被反射。围棋棋盘有361个通孔，五子棋棋盘有225个通孔。在每一个通孔的下方有一个红外LED灯13、一个光敏器件14和发出不同颜色代表白子的LED灯15和代表黑子的LED灯16。他们均安置在硬制的棋盘表面之下。为了避免红外LED与光敏器件之间相互干扰，用不透光的遮光板12进行隔离。如图3所示，这四个器件平均分布在棋盘通孔下方遮光板隔起的4个空格里。其中，考虑到现有红外技术的发展，光敏器件和红外LED也可以是集成在一起的一个红外收发器件。另外，两个不同颜色的LED灯也可以是一个集成在一起的、可以发出不同颜色光的LED灯。目前LED灯有多种类型，此处用的LED灯可以是贴片式的，也可以是直插式的。LED灯颜色任意，只要能区分黑白子即可。由于原理相同，为描述方便，以分立的光敏器件和红外LED，以及两个发出不同颜色的LED灯为例进行说明。
我们以围棋棋盘为例，本优选实施例的棋子检测单元的电路原理图如图4所示，具体实施方式如下：采用逐行扫描的方法监测棋盘的19×19的点阵列，共有361个光电转换组。模/数(A/D)转换器9采用2颗TI公司生产的TLC540芯片来实现。TLC540是以8位开关电容逐次逼近A/D转换器为基础而构造的A/D转换器，它们能通过三态输出和模拟输入与微处理器或外围设备进行串行接口，也可以独立工作。由于需要逐行扫描，为避免微处理器IO资源紧张的问题，采用串口转并口的方式扩展微处理器I/O接口。NJU3718是20位串并转换器，特别适用于微处理器输出端口扩展器。由于NJU3718和微处理器之间的连接只用4条线路，所以微处理器可提供有效的输出端口分配。
如图4所示，定义微处理器的4个输入输出口为数据口(NJU_DATA)、时钟口(NJU_CLK)、选通口(NJU_STB)、清零口(NJU_CLR)，他们分别连接串并转换器NJU3718的数据口(DATA)、时钟口(CLK)、选通口(/STB)、清零口(/CLR)。NJU3718的19个输出口分别控制19行的一行，而每一列的输出并联后与模数转换器的一个输入口相连。当NJU3718某个输出引脚为高电平时，导致相连的三极管导通，该行的19个光电耦即开始工作；当输出为低电平时，三极管截止，该行处于挂起状态。在这19个输出中，同一时刻只有1个为高电平，因此同一时刻仅有1行处于工作状态，其他18行则处于挂起状态，这时，模/数转换器就可以对每1列进行扫描。由于三极管的暗电流很小，其它18行中仅有微量电流通过，不会对工作行的输出造成较大影响，所以模/数转换器接收到的信号仅取决于处于工作状态的1行中的光电耦。这种就是由微处理器控制，每次扫描1行的逐行扫描方式。每扫描1行，即可完成对该行19个点状态的判断。通过19行扫描，就完成了对整个棋盘阵列的识别工作。
微处理器通过接口模块5和游戏服务器10进行通信，游戏服务器将信息传送给对弈对方，并接收对弈对方的行棋指令，游戏服务器将对弈对方的信息通过接口模块5传送给微处理器，游戏服务器10需要和对弈双方通信，可以是一台计算机，这些都为现有的成熟技术，此处不再赘述。
微处理器收到游戏服务器传来的对弈对方的行棋信息，由微处理器控制白子或黑子的驱动器，从而驱动代表白子或黑子的LED发光，在棋盘上显示出来，以达到无子行棋的目的。
本优选实施例的棋子显示单元如图5所示，采用如下的具体电路来实现无子行棋：
LED驱动器采用HOLTEK公司的HT1632，有串行微处理器接口，由于棋盘最多有361个点阵，可以选择采用24行×16列模式。1颗HT1632作为白子LED驱动器，另一颗HT1632作为黑子LED驱动器。为了使控制时序同步，将其中1颗HT1632设置为主控(Master)，另1颗设置为从控(Slaver)，他们之间通过同步信号(SYNC)和时钟信号(OSC)连接。该芯片提供了软件设置的16个级别的脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)亮度控制，可以调整LED循环显示的亮度。利用串行接口串行输入，可以方便的进入命令模式和数据模式。HT1632的静态存储器(RAM)用来存储所要显示的数据，直接用来驱动LED。如果RAM数据为1，则相应的发光二极管被点亮，RAM中的数据可以写入、读出以及读修改写。
HT1632在被设定成24×16显示模式后，可以选择N-MOS(金属氧化物半导体)或者P-MOS输出渠道，由此确定具体驱动LED的电路形式。图4和图5中所示为N-MOS的输出方式，若为P-MOS的输出方式，电路要相应略有调整。LHT1632具有闪烁功能，闪烁功能使得所有的LED闪烁，闪烁速率为0.25s开0.25s关。通过执行闪烁打开命令(BLINK ON)和闪烁关闭命令(BLINK OFF)来实现。在行棋过程中，如一方需要“提子”时，被提棋子周围的LED灯将会闪烁，从而达到提醒棋手的目的。
微处理器与HT1632之间通过4个引线连接，HT1632的“/CS”引线用来使能串行接口信号的传输以及终止其与外部微处理器的通信。如果/CS被置1，则数据和命令的传输被禁止。“DATA”引线用来传输串行数据，“/RD”引线用来输入读时钟，“/WR”引线用来输入写时钟，数据，地址和命令将会在DATA引线上被输入在/WR的下降沿。本发明的微处理器在同一个脉冲的上升沿读数据，在下降沿写数据。
光电棋盘的使用方法，如图2所示，包括以下步骤：
(1)光电棋盘开始工作，红外LED驱动器7驱动红外光收发器件8发射红外光；
(2)本方棋手在光电棋盘上摆放棋子；
(3)棋子将红外光反射，红外收发器件8接收红外光信号；
(4)红外收发器件将反射的光信号转换成电信号，并传送给多路模拟/数字转换器9；
(5)模拟/数字转换器9将数字信号传输给微处理器1进行分析处理；
(6)微处理器将信息通过接口模块5传至游戏服务器10进行保存；
(7)游戏服务器将信息传送给对弈对方；
(8)对弈对方给游戏服务器10发送行棋指令；
(9)游戏服务器10将对弈对方的信息通过接口模块5传送给微处理器(1)；
(10)微处理器1将信息传输给白子和黑子的LED驱动器；
(11)白子和黑子的LED驱动器驱动相应的代表白子或黑子的LED灯发光，从而本方棋手在棋盘上看到对方的行棋操作。
对弈双方可以各自在实体棋盘上下棋，通过计算机传输数据实现远程对弈，也可以一方在实体棋盘上，另一方在计算机上实现对弈，使用实体棋盘的一方采用上述的棋盘和使用方法即可实现。
实施例2：
本光电棋盘不仅可以用于远程对弈，也同样可以实现本地对弈，对弈双方在同一个光电棋盘上下棋，通过软件设置，棋手可以选择是“远程对弈”还是“本地对弈”。当选择本地对弈时，对于棋子显示单元，通过设置LED关闭命令(LED_OFF)，可以用来关闭LED工作循环，关闭LED的显示。LED工作循环被关闭之后，用SYS DIS命令可节省电源开支，充当省电命令。LED开命令(LED ON)通过打开LED工作循环来驱动LED显示。棋子检测单元仍正常工作，将行棋信息通过微处理器处理，并传输到游戏服务器上，实现行棋过程的存储，方便日后的学习、研究和回顾。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本发明覆盖的保护范围。