專利名稱：象棋機(jī)器人的棋盤識別裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及象棋機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及象棋機(jī)器人的棋盤識別裝置。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，高智商的娛樂型機(jī)器人越來越為人們所熟悉，象棋機(jī)器人就是其中的一種。棋盤識別技術(shù)一直是象棋機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一，一種可靠的高效率的棋盤識別方法能極大地提升象棋機(jī)器人的整體性能，對象棋機(jī)器人的發(fā)展非常重要。目前，棋盤識別一般采用圖像識別方法。棋盤圖像識別的處理流程主要包括圖像輸入、圖像預(yù)處理、棋子檢測和文字識別。圖像輸入，即獲取棋盤的原始圖像，由攝像頭完成，對光線等環(huán)境條件要求比較高。圖像預(yù)處理主要是圖像的灰度化、去噪、二值化和特征提取，為后面的棋子檢測和文字識別提供高質(zhì)量的圖像。棋子檢測是判別棋位上是否有棋子。文字識別則是要識別出棋子的類型，即棋子上的文字。由于棋子較多及其在棋盤中的分布情況較為復(fù)雜，所以圖像預(yù)處理、棋子檢測和文字識別三個過程所要處理的數(shù)據(jù)量非常大，算法復(fù)雜，對處理器等硬件要求很高，同時，其可靠性和效率都有待提高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種象棋機(jī)器人的棋盤識別裝置，可以準(zhǔn)確而快速地識別出棋盤上各棋子的分布情況。本實(shí)用新型的象棋機(jī)器人的棋盤識別裝置，由棋盤、棋子、電路板、光敏電阻、二極管、16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)、單片機(jī)系統(tǒng)和電阻組成。棋盤上有縱橫交錯的10根橫線和 9縱線，其交點(diǎn)稱為棋位，一共有90個，并且每個棋位處均開有小通孔。棋子包括機(jī)器人執(zhí)持的棋子和人執(zhí)持的棋子，機(jī)器人執(zhí)持的棋子為透光棋子，例如玻璃棋子或者透光塑料棋子；而人執(zhí)持的棋子為不透光棋子，例如木材棋子。電路板安裝在棋盤的底下，光敏電阻焊接于電路板上并均勻地分布在棋盤的每個棋位小通孔里。16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)、單片機(jī)系統(tǒng)和電阻均焊接在電路板上，光敏電阻再依次與二極管、電阻串聯(lián)后焊接在電路板上。開局時，單片機(jī)系統(tǒng)通過初始化程序獲知各棋子的名稱及其在棋盤上的位置，即棋盤上各棋子的初始分布情況。走棋后，機(jī)器人每走一步，單片機(jī)控制系統(tǒng)均能通過程序獲知，無需進(jìn)行棋盤識別。而人每走一步，單片機(jī)系統(tǒng)需對棋盤上各個棋位所對應(yīng)的光敏電阻的端電壓進(jìn)行檢測。由于單片機(jī)一般只有8通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換端口，即單片機(jī)系統(tǒng)對模/數(shù)轉(zhuǎn)換端口讀入數(shù)據(jù)，一輪只能得到8個電壓值，而棋盤上一共有90個光敏電阻，因此，將光敏電阻分為 12組，除最后一組只有2個外，其余每組8個。每組光敏電阻的一端連接在一起形成一個公共端，12組光敏電阻的12個公共端分別連接到16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)的其中12個輸入端。其中二極管的作用是單向?qū)?，防止電流回流，使電壓檢測得以實(shí)現(xiàn)。16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)的唯一一個輸出端接地，任一時刻，有且只有一組光敏電阻的公共端與地導(dǎo)通，與地導(dǎo)通的一組電路由并聯(lián)的8條支路組成(最后一組例外，由2條支路組成)，而每條支路又由光敏電阻、二極管和電阻各一個串聯(lián)而成。因此，光敏電阻兩端電壓的計算公式為U = RL^VCC/ (RL+R)(1)式中，VCC為給定電壓值，RL為光敏電阻阻值，R為電阻阻值，電阻主要起分壓的作用。給定電壓值以后，單片機(jī)系統(tǒng)通過控制16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)，依次將各組光敏電阻的公共端與地接通，一輪采集一組光敏電阻的端電壓，一共采集12輪，則可完成所有光敏電阻的一次端電壓檢測。人執(zhí)持的棋子所在的棋位，其光敏電阻的受光面黑暗，電阻值較大，由公式可知， 這些光敏電阻兩端的電壓較高；而其它棋位對應(yīng)的光敏電阻，受光面明亮，電阻值較小，由公式可知，這些光敏電阻兩端的電壓較低。人執(zhí)持的棋子每走一步后，所走棋子的新棋位所對應(yīng)的光敏電阻兩端的電壓值由低變高，而舊棋位所對應(yīng)的光敏電阻兩端的電壓值則由高變低。單片機(jī)系統(tǒng)通過比較分析各個光敏電阻的端電壓，便可以迅速獲知人執(zhí)持的棋子每走一步后的分布情況，再結(jié)合人走棋前棋盤上各棋子的分布情況，則不難得出棋盤上各棋子的新一輪分布情況。上述二極管、電阻、單片機(jī)系統(tǒng)、16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)在電路板上的排布方式還可以有其他情況，但必須要滿足每個棋位通孔中分布的光敏電阻與二極管及電阻能構(gòu)成串聯(lián)支路，并且所有元器件在電路板上能布局焊接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本實(shí)用新型象棋機(jī)器人的棋盤識別裝置，結(jié)構(gòu)簡單，對硬件要求低，價格低廉；(2)本實(shí)用新型象棋機(jī)器人的棋盤識別裝置中的單片機(jī)控制系統(tǒng)只需依次檢測各光敏電阻兩端的電壓值，即可識別出棋盤上各棋子的分布情況，編程簡單，控制方便，可靠性高和效率高。

圖1為本實(shí)用新型象棋機(jī)器人的棋盤識別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型象棋機(jī)器人的棋盤識別裝置的光敏電阻端電壓檢測電路圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，光敏電阻1焊接于電路板5上并均勻地分布在棋盤4的每個棋位小通孔里；機(jī)器人執(zhí)持的棋子2為透光材料制成的棋子，光線可以穿透，而人執(zhí)持的棋子3為不透光材料制成的棋子，光線無法穿透；電路板5安裝在棋盤4底部；16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)6、單片機(jī)系統(tǒng)7、電阻8和二極管9均焊接在電路板5上，PAO PA7為單片機(jī)系統(tǒng)7 的8通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換端口；AO A3為16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)6的控制位；INO INb為光敏電阻1的公共端。如圖2所示，90個光敏電阻1按行分為12組，每組光敏電阻1的公共端連接到16 通道數(shù)字控制模擬開關(guān)6的一個輸入端。二極管9的一端與光敏電阻1串聯(lián)，另一端與電阻 8串聯(lián)并連接到單片機(jī)系統(tǒng)7的模/數(shù)轉(zhuǎn)換端口。二極管9的作用是單向?qū)?，防止電流回流，保證單片機(jī)系統(tǒng)7的8通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換端口 PAO PA7檢測到的是公共端與地接通的那一組8個光敏電阻1的端電壓。16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)6的唯一一個輸出端接地，任一時刻，有且只有一組光敏電阻1的公共端與地導(dǎo)通。單片機(jī)系統(tǒng)7的4個I/O端口分別與16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)6的4個控制位AO A3相連，通過控制AO A3位的高低電平，可以將12組光敏電阻1的公共端INO INb分別依次與地接通。例如，AO A3位全為低電平，第1行光敏電阻1的公共端INO與地接通，端口 PAO PA7則可檢測到第1行8 個光敏電阻1的端電壓值并記錄下來。同理，依次接通公共端mi INb與地，一共只需 12輪，則可完成所有光敏電阻1的一次端電壓檢測，速度快效率高。如圖2所示，與地導(dǎo)通的一組光敏電阻1電路由并聯(lián)的8條支路組成(最后一組例外，由2條支路組成)，而每條支路又由光敏電阻1、二極管9和電阻8各一個串聯(lián)而成。所以，光敏電阻1兩端電壓的計算公式為U = RL*VCC/(RL+R)，式中，VCC為給定電壓，RL為光敏電阻1阻值，R為電阻8阻值。人執(zhí)持的棋子3所在的棋位，其光敏電阻1的受光面黑暗， 電阻值較大，由公式可知，這些光敏電阻1兩端的電壓較高；其他棋位對應(yīng)的光敏電阻1，受光面明亮，電阻值較小，由公式可知，這些棋位所對應(yīng)的光敏電阻1兩端的電壓較低。如下表1所示，是電阻R= IOOkQ和給定電壓VCC = 5V時，在不同環(huán)境下測得的三種光敏電阻 1的端電壓。由表1可知，在各種環(huán)境下，人執(zhí)持的棋子3所對應(yīng)的光敏電阻1的端電壓均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其余兩種光敏電阻1的端電壓。所以，只需稍加比較分析某一光敏電阻1的端電壓，單片機(jī)系統(tǒng)7便可識別出對應(yīng)棋位上是否有人執(zhí)持的棋子3，識別的可靠性高，對光線等環(huán)境條件的要求低。表1單位伏(V)
權(quán)利要求1.象棋機(jī)器人的棋盤識別裝置，其特征在于包括棋盤、棋子、電路板、光敏電阻、二極管、16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)、單片機(jī)系統(tǒng)和電阻；棋盤上的每個棋位處均開有小通孔；所述電路板安裝在棋盤的底下；光敏電阻與二極管串聯(lián)并焊接于電路板上，其中光敏電阻均勻地分布在棋盤的每個棋位小通孔里；16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)、單片機(jī)系統(tǒng)和電阻均焊接在電路板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棋盤識別裝置，其特征在于所述棋子包括機(jī)器人執(zhí)持的棋子和人執(zhí)持的棋子；所述機(jī)器人執(zhí)持的棋子為透光棋子；人執(zhí)持的棋子為不透光棋子。
專利摘要本實(shí)用新型的象棋機(jī)器人的棋盤識別裝置，其具體結(jié)構(gòu)為棋盤上每個棋位均開有小通孔；電路板安裝在棋盤底部；光敏電阻分布在每個棋位的小通孔里，與二極管、電阻串聯(lián)焊接于電路板上，16通道數(shù)字控制模擬開關(guān)、單片機(jī)系統(tǒng)也焊接在電路板上。機(jī)器人執(zhí)持的棋子為透光棋子，而人執(zhí)持的棋子為不透光棋子。人執(zhí)持的棋子每走一步后所在棋位對應(yīng)的光敏電阻兩端電壓值變高，而走前棋位所對應(yīng)的光敏電阻兩端電壓值則變低。單片機(jī)系統(tǒng)通過比較分析各光敏電阻的端電壓，便可迅速獲知人執(zhí)持的棋子每走一步后棋子的分布情況，再結(jié)合人走棋前各棋子分布情況，準(zhǔn)確而迅速地識別出棋子新一輪的分布情況。本實(shí)用新型性能可靠，制造成本低廉，識別準(zhǔn)確快速。
文檔編號A63F3/02GK202105415SQ20112012054
公開日2012年1月11日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者莊劍毅, 林穎 申請人:華南理工大學(xué)