智能化圍棋比賽系統(tǒng)的研制

郭永新，焦 青，崔 棟，曹衛(wèi)芳

(泰山醫(yī)學院放射學院，山東 泰安 271000)

智能化圍棋比賽系統(tǒng)的研制

郭永新，焦 青，崔 棟，曹衛(wèi)芳

(泰山醫(yī)學院放射學院，山東 泰安 271000)

本文介紹了一種新型的智能化圍棋比賽系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，采用光電法進行多狀態(tài)陣列信息的檢測與識別，可以自動地完成圍棋比賽中的實時顯示，準確無誤地實現(xiàn)比賽中的自動計時及棋局記錄.該系統(tǒng)界面友好、使用方便，完全克服了人工記錄的弊端，具有很大的實用價值.

多狀態(tài)陣列;圍棋;智能化

近年來，圍棋比賽日益頻繁，許多比賽都需要實時記錄下棋的過程，重要的比賽還需要電視現(xiàn)場轉(zhuǎn)播、分析和講解.但是目前這些工作仍然采用人工方式，即比賽時由專業(yè)人員作現(xiàn)場記錄，然后將有關數(shù)據(jù)隔時地傳送到觀戰(zhàn)室和電視臺，再由專業(yè)人員予以人工掛子顯示并分析講解.這種方式消耗了大量的人力、物力，而且人工記錄也容易產(chǎn)生錯誤.

為了解決這個問題，本文研制了一種多狀態(tài)陣列圍棋比賽信息檢測系統(tǒng).它可以實時地識別并顯示和準確記錄棋局的變化過程，自動計時，并將棋譜自動保存，便于以后進行棋局分析，克服了人工記錄的弊端.本系統(tǒng)使用方便，界面友好，具有較強的實用價值.

1 多狀態(tài)陣列檢測識別方法

圍棋比賽的過程實際上是黑子方、白子方在棋盤上橫線和縱線的交叉點上輪流下子的過程.故圍棋比賽的記錄和顯示，實質(zhì)上是屬于三狀態(tài)19×19陣列信息的實時檢測、識別、處理、存儲及輸出顯示的問題.所謂的三狀態(tài)是指棋盤的某一交叉點上可以出現(xiàn)黑棋子、白棋子和無子三種狀態(tài).圍棋棋盤橫向、縱向各有十九條線，故可以看成19×19的陣列.整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，關鍵問題在于三狀態(tài)19×19陣列信息檢測方法.

在本系統(tǒng)中可以使用的檢測識別方法有兩種，一種是阻抗法，另一種是光電法.

阻抗法是將圍棋比賽中棋盤交叉點上所出現(xiàn)的三種狀態(tài)轉(zhuǎn)換成為三種阻抗，從而實現(xiàn)檢測和識別的一種方法.具體的實現(xiàn)方法是采用特制的棋盤，棋盤上每一個落子的位置，即陣列點，都設有兩個接觸點，其中一個接觸點接地，另一個接觸點通過一個電阻與5V電源相連，棋子也是特制的，黑子與白子具有不同的電阻值，將棋盤上每一個落子點的非接地點為測試點，即陣列點.當每個陣列點上放置黑子，白子或者無子時，測試點具有不同的電壓值.依次對棋盤上每個陣列點進行逐行逐列掃描測試，即可將所有陣列點的落子狀態(tài)檢測出來.

可以看出，阻抗法三種狀態(tài)的差別比較明顯，便于識別且不易受到環(huán)境因素影響，該方法的硬件及軟件設計思想比較簡明，但是有以下缺點:棋盤和棋子必須特制，制造工藝比較復雜，有一定難度.使用帶有觸點的特質(zhì)棋盤，落子位置要準確.否則，將會出現(xiàn)測試錯誤.但這一點對于對奕雙方來講，將影響他們的正常思考.故在本系統(tǒng)中，不采用阻抗法，而采用光電法來進行檢測識別.

光電法是將圍棋比賽中棋盤交叉點上所出現(xiàn)的三種狀態(tài)根據(jù)光導效應的原理，通過光電轉(zhuǎn)換將三種落子狀態(tài)轉(zhuǎn)換成三種電壓狀態(tài)來實現(xiàn)檢測識別.光電法中所采用的光敏傳感器為紅外線光導型光敏傳感器以避免可見光源的影響，其測試原理電路如圖1所示.當入射光照射到光電晶體(光敏管)上時，該光電晶體的導電率增大，這種效應稱為光導效應.利用光導效應可以測定入射光的強弱［1－2］.

圖1 光電法測量原理

在利用光電法對棋盤交叉點上所出現(xiàn)的三種狀態(tài)進行識別時，要使用特制的棋盤.棋盤面為厚約1.0mm的鋁板，棋盤上每一陣列點打一圓孔(孔徑φ=2.0mm)，圓孔正下方是光敏二極管，光敏二極管用黑色擋板圍住，使其僅從上方的小孔接收紅外光.擋板的兩邊各有一個紅外發(fā)光管.其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示.紅外發(fā)光管發(fā)出的紅外光經(jīng)棋子反射到紅外光敏二極管上，對應于圓孔上覆蓋著黑子、白子或無子覆蓋等三種狀態(tài)，反射下來的光的強度不同，在紅外光敏二極管兩端的壓降也不同.將此電壓進行A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)值就可以判斷當前陣列點的狀態(tài).

圖2 棋盤結(jié)構(gòu)示意圖

光電法中，棋子不需要特制，使用普通圍棋子即可.其不足之處在于易受環(huán)境光源的干擾，但這可以通過采取一定的措施(如遮擋)予以解決.

2 系統(tǒng)整體構(gòu)成

系統(tǒng)將實現(xiàn)多狀態(tài)陣列信息的識別，顯示及記錄.在進行硬件及軟件設計之前需要對圍棋比賽的全過程進行分析.圍棋比賽過程具有以下特點:

(1)實時性不強，不需要在1秒內(nèi)做多次測試，據(jù)實際觀察，1秒內(nèi)能保證2次測試即可.整個圍棋盤共有361個點，每個點上使用的時間為:0.5/361=0.0013s.這一時間要求放寬了對A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇范圍.

(2)在1秒內(nèi)所做的測試中，需要記錄某一點的狀態(tài)變化，該變化僅僅指的由無子狀態(tài)到有子狀態(tài)而言，某一陣列點從有子到無子的狀態(tài)的變化是由其他陣列點上的狀態(tài)變化而引起的.

(3)對比賽進行記錄是為了可以對棋局進行復盤，該記錄與復盤的方法是相互對應的，因此要采用一種固定的文件格式，記錄時按照這種固定格式進行文件的創(chuàng)建與寫入，復盤時按照這一格式進行數(shù)據(jù)的讀取，并根據(jù)數(shù)值的不同在顯示器上顯示陣列點的不同狀態(tài).

(4)需要記錄對弈雙方各自所使用的時間，包括當前一手的時間和總時間.

(5)圍棋比賽中存在休盤的情況，在休盤時，應停止記錄，尤其是在快棋賽中，這一點尤其重要.

(6)整個棋盤上各點的黑子，白子及無子的狀態(tài)，實際上是三態(tài)19*19的陣列，整個陣列信息量比較大.

綜合上述分析，系統(tǒng)整體構(gòu)成設計如圖3所示，

圖3 系統(tǒng)組成框圖

3 硬件與軟件系統(tǒng)組成及功能實現(xiàn)

硬件系統(tǒng)組成框圖見圖4，分為PC機和單片機兩個部分，單片機［3］部分主要包括:主控電路、時間顯示電路、掃描電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及陣列點檢測電路.主要完成棋盤上各陣列點狀態(tài)的識別.主控微機部分主要實現(xiàn)顯示、記錄、計時和復盤等功能.其功能全部由軟件編程實現(xiàn).兩者之間的數(shù)據(jù)交換采用了內(nèi)存直接映像技術(shù)，用雙端口RAM作為傳輸中介.

本系統(tǒng)中的軟件設計包括兩大部分:單片機部分軟件設計與主控微機部分軟件設計.

單片機軟件設計主要完成芯片及系統(tǒng)的初始化、A/D轉(zhuǎn)換、判斷狀態(tài)并賦值、計時顯示等功能，流程如圖5所示.初始化工作主要完成對主控電路芯片及存儲地址的參數(shù)設定，判斷主機狀態(tài).在雙端口RAM中留出一定的地址空間，用來存放主機的狀態(tài)和時間，主機對這一段地址進行寫入，單片機對其進行數(shù)據(jù)讀取，獲知主機的狀態(tài)，并根據(jù)不同的狀態(tài)進行不同的工作程序.取時間顯示也是從這一段地址中獲得數(shù)據(jù)，將時間數(shù)據(jù)寫入到顯示寄存器中，對數(shù)據(jù)進行周期顯示.單片機程序的運行結(jié)果為主機進行顯示、記錄與計時提供了原始數(shù)據(jù)，主機由此可完成其功能.

主控微機(PC)軟件設計在Windows Xp操作系統(tǒng)下，使用VC++編程［4］實現(xiàn)，主要完成陣列參數(shù)的顯示、記錄功能，并能對比賽計時，實現(xiàn)棋局的復盤.另外該程序還要完成對系統(tǒng)的自檢，檢測是否安裝雙端口RAM以及下位單片機的狀態(tài).在主機屏幕上可以顯示當前棋局的狀態(tài)，并能將每一步的落子情況記錄下來，存放在一個有固定格式的文本文件中，以作為資料保存.在系統(tǒng)菜單中主要功能有3項，為實時記錄棋局狀態(tài)、記錄棋局變化過程以及棋局復盤.

圖4 硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖5 單片機程序流程圖

圖6 實時顯示棋局狀態(tài)流程圖

實時顯示棋局狀態(tài)流程如圖6所示.系統(tǒng)在初始化后進入此功能，初始化時將棋局全部設定為無子狀態(tài)，時間全部為零，確定保存數(shù)據(jù)的文件名稱.實時顯示先從雙端口RAM中讀取數(shù)據(jù)，共361個(19行，19列)，然后與原來的數(shù)據(jù)相比較.若由黑子或白子狀態(tài)變?yōu)闊o子狀態(tài)，則改變當前顯示的狀態(tài)為空白.若由無子狀態(tài)變?yōu)楹谧訝顟B(tài)，除改變顯示狀態(tài)為黑子外，還將計時標志設為白子方計時標志;若由無子狀態(tài)變?yōu)榘鬃訝顟B(tài)，除改變顯示狀態(tài)為白子外，還將計時標志設為黑子方計時標志.系統(tǒng)還監(jiān)視主機鍵盤的輸入是否進入休盤狀態(tài)，若進入休盤狀態(tài)，則程序進入循環(huán)等待，直到休盤狀態(tài)解除;若主機鍵盤鍵入選擇為結(jié)束狀態(tài)，則進入整個棋局的記錄功能，即將內(nèi)存中的棋局記錄數(shù)據(jù)寫入到硬盤上標識本局比賽的棋局記錄文件中去.

計時功能是采用接管PC機的IC中斷來完成的，IC中斷每秒產(chǎn)生18.2次，白方和黑方分別用兩個整型變量來存儲當前手和總時間，經(jīng)簡單運算后在屏幕上顯示，并且把顯示的數(shù)據(jù)寫入雙端口RAM中，以便為單片機提供顯示的時間.若棋局進入休盤狀態(tài)，將IC中斷地址還原，并時刻監(jiān)視系統(tǒng)是否解除休盤狀態(tài)，一旦休盤狀態(tài)解除，就重新接管IC中斷，進入計時.

記錄棋局工作就是將棋局的每一次的變化都寫入到一個文件中，這里所說的棋局變化指某一次落子后棋局所產(chǎn)生的變化，在棋盤上某一點上的棋子被提掉時并不作為一次棋局變化，因而也不需要作記錄.在記錄棋局過程中，首先將20個字節(jié)棋局文件標識內(nèi)容寫入到棋局存儲文件中，然后將每一手的棋局狀態(tài)和手數(shù)寫入，最后寫入文件結(jié)束標志.在進行棋盤復盤時，打開棋局存儲文件，取出前20個字節(jié)的內(nèi)容，將其與棋局文件標識內(nèi)容進行對比，若內(nèi)容不相同，則認為不是棋局存儲文件;若內(nèi)容相同，則依次取出棋局狀態(tài)數(shù)據(jù)和手數(shù)數(shù)據(jù)，在屏幕上進行顯示，直到文件結(jié)束為止.

4 結(jié)束語

本文介紹了一種新型的智能化圍棋比賽系統(tǒng)，采用光電法進行多狀態(tài)陣列信息的檢測與識別，經(jīng)市級比賽實際測試表明，本系統(tǒng)能夠?qū)崟r準確地識別并顯示棋局的變化過程，正確無誤地進行時間顯示和棋局記錄，并能夠根據(jù)不同的棋局記錄文件進行棋局的復盤，以便于賽后分析.本系統(tǒng)使用方便，界面友好，克服了人工記錄容易出錯的弊端.若能投入使用可以節(jié)約大量的人力、物力.

由于現(xiàn)實中的許多問題均可以歸結(jié)為多狀態(tài)信息檢測的問題，所以本系統(tǒng)中所使用的三狀態(tài)檢測識別方法，亦可以用來解決其它多狀態(tài)信息檢測問題.

［1］姜經(jīng)緯.基于半導體光電器件的光電性能檢測儀研究［J］.漯河職業(yè)技術(shù)學院學報，2014，13(5):24－25.

［2］管敏杰，趙冬娥.基于PIN型光電轉(zhuǎn)換電路的噪聲研究［J］.電子測試，2012(2):35－38.

［3］萬隆.單片機原理及應用技術(shù)［M］.北京:清華大學出版社，2010.

［4］譚浩強.C/C++程序設計教程［M］.北京:清華大學出版社，2010.

The Development of the Intelligentized System of I－go Match

GUO Yong－xin，JIAO Qing，CUIDong，CAOWei－fang
(
Department of Radiology，Taishan Medical College，Tai＇an，271000，China)

A new intelligentized system of I－gomatch was introduced in this article.In this system，the information of themultimode array can be examined and identified bymeans of the photoelectricmethod.The real－time process of the I－gomatch can be displayed automatically;the automatic timework and the recording of the evolvementof thematch can be accomplished exactly.With a friendly interface，the system is expediently to use.It overcome the disadvantage of the recordingmade bymanual and is practical powerfully.

multimode array;I－go;intelligence

TD928.9

A

1672－2590(2015)03－0035－05

2015－04－17

郭永新(1968－)，男，山東單縣人，泰山醫(yī)學院放射學院教授.