基于單片機(jī)的棋盤(pán)設(shè)計(jì)

摘要：本文摒棄了諸多傳統(tǒng)象棋的弊端，減輕了下棋人員的負(fù)擔(dān)，增加了下棋的趣味性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集對(duì)局信息發(fā)送到采集服務(wù)器進(jìn)行處理的功能，具體包括語(yǔ)音提示，計(jì)著子數(shù)，自動(dòng)計(jì)時(shí)，判斷行棋是否符合規(guī)則等功能。

本系統(tǒng)是基于嵌入式單片機(jī)技術(shù)，利用相關(guān)光電檢測(cè)等技術(shù)，自主實(shí)現(xiàn)棋盤(pán)的裁判功能，具有價(jià)格便宜，性價(jià)比高，制作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。文章重點(diǎn)對(duì)棋子編碼及程序邏輯控制方面進(jìn)行了探討。

引言

筆者進(jìn)行本文章研究的目的和意義體現(xiàn)在這些方面：將信息化技術(shù)引入到中國(guó)象棋這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中來(lái)，促進(jìn)其參與品味的提升，在一定程度上解放棋手和裁判，使得中國(guó)象棋這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)變得更加簡(jiǎn)單，進(jìn)一步拓寬中國(guó)象棋運(yùn)動(dòng)的視野，吸引更多的人參與到此項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中來(lái)。

文章的主要工作是如何在保持棋手對(duì)壘慣性思維的基礎(chǔ)上，將先進(jìn)的軟硬件技術(shù)應(yīng)用到象棋這一項(xiàng)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)及項(xiàng)目中來(lái)，利用信息技術(shù)完成記錄、裁決等操作，充分發(fā)揮傳感器、單片機(jī)等設(shè)備，以及C語(yǔ)言編程技術(shù)等電子信息專(zhuān)業(yè)的所學(xué)知識(shí)來(lái)完成計(jì)時(shí)、聲音提示、判斷行棋規(guī)則等重要功能。

此課題將改變老式象棋諸多弊端，提高比賽的品味和檔次以及減輕棋手負(fù)擔(dān)，提高對(duì)局質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集對(duì)局信息發(fā)送到采集服務(wù)器進(jìn)行處理的功能，能夠自動(dòng)判斷棋手下棋是否符合規(guī)則，做出判斷，并且自動(dòng)記錄棋手步數(shù)。具體包括自動(dòng)計(jì)時(shí)，語(yǔ)音報(bào)警，自動(dòng)判斷規(guī)則等功能。

中國(guó)象棋的每個(gè)棋子擺放的位置均為橫縱交叉點(diǎn)上，而本次論文設(shè)計(jì)引用了文件[1-2]中的傳感器技術(shù)，為每個(gè)交叉點(diǎn)上均采用一個(gè)光電傳感器來(lái)接收棋子的移動(dòng)或者變更信號(hào)，根據(jù)每個(gè)棋子的初始位置判斷棋子種類(lèi)，根據(jù)棋子的運(yùn)動(dòng)軌跡判斷每個(gè)棋子是否符合行棋規(guī)則。弈棋交替進(jìn)行，直到某一方的將或者帥被對(duì)方吃掉為止。

比賽時(shí)，雙方輪流倒計(jì)時(shí)，即一方棋子落地開(kāi)始為另一方倒計(jì)時(shí)，另一方的思考時(shí)間不能超過(guò)倒計(jì)時(shí)的時(shí)長(zhǎng)。行棋前，智能棋盤(pán)會(huì)根據(jù)棋子所處的位置及其類(lèi)型，對(duì)所有的棋子展開(kāi)編碼處理，任何棋手完成一步行棋后，棋盤(pán)都會(huì)再次進(jìn)行掃描棋子的位置碼和種類(lèi)碼并及時(shí)更新，直到本局對(duì)壘結(jié)束。

由于篇幅關(guān)系本文主要探討棋盤(pán)的軟件設(shè)計(jì)。

1   棋盤(pán)棋子編碼

為了使棋盤(pán)設(shè)計(jì)更加人性化，更加方便選手完成比賽，也為了使棋盤(pán)更加的人性化，將棋盤(pán)及棋子根據(jù)其位置進(jìn)行了編碼，中國(guó)的象棋棋盤(pán)如圖1所示，有橫9，縱10，共計(jì)90個(gè)格，交叉點(diǎn)為90個(gè)。紅黑雙方交替行棋，每人輪流走一步，可走棋、可吃棋，將帥吃掉為贏。

圖1 象棋初始棋盤(pán)

1.1 棋盤(pán)坐標(biāo)編碼

為了清楚知道下棋過(guò)程中，每個(gè)棋子行走的位置，先將棋盤(pán)的每個(gè)格進(jìn)行編碼，本著通俗易懂，易于理解的原則，將棋盤(pán)編碼。

中國(guó)象棋中共有7種棋子，紅黑雙方棋子對(duì)稱，這樣將棋子按照種類(lèi)進(jìn)行編碼，如表1所示，這樣編碼的好處就是，因?yàn)榧t黑雙方棋子初始狀態(tài)完全一樣，只需判斷正負(fù)符號(hào)就可以判斷處棋子是哪一方的，0即為無(wú)棋子，空格。

表1 棋子種類(lèi)編碼

1.2 棋子個(gè)體編碼

編碼完棋盤(pán)、定義完棋子種類(lèi)，則需要將棋盤(pán)坐標(biāo)與棋子個(gè)體進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，先將棋子個(gè)體進(jìn)行編碼，如表2所示，注意“0”為無(wú)棋子，其中車(chē)、馬、炮、士、象雙方均為兩個(gè)，故占用兩個(gè)編碼，兵雙方各占用五個(gè)。

表2 棋子個(gè)體編碼

1.3 棋盤(pán)索引數(shù)組

棋盤(pán)索引數(shù)組是將棋子種類(lèi)編碼與棋盤(pán)坐標(biāo)編碼有機(jī)的結(jié)合在一起，能夠完成根據(jù)棋手走的每步棋子進(jìn)行調(diào)用修改，并儲(chǔ)存到單片機(jī)程序當(dāng)中去，這里的數(shù)組代表的是棋子的位置以及移動(dòng)的位置，數(shù)組的編碼即表示棋子的實(shí)際位置。

這里引用的為一維數(shù)組，此數(shù)組簡(jiǎn)單方便，運(yùn)算較少、方便調(diào)用，并且比較直觀。中國(guó)象棋的初始局面下，棋盤(pán)索引數(shù)組如下所示：

Boardlndex[90]=｛-2，-3，-6，-5，-1，-5，-6，-3，-2

0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0，

0，-4， 0， 0， 0， 0， 0， -4， 0，

-7，0， -7， 0， -7，0， -7， 0， -7，

 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0，

0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0，

7， 0， 7， 0， 7， 0， 7， 0， 7，

0， 4， 0， 0， 0， 0， 0， 4， 0，

0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0， 0，

2， 3， 6， 5， 1， 5， 6， 3， 2，｝

棋盤(pán)使用之前還要經(jīng)過(guò)下面三個(gè)步驟[3]。

1）使用前先將所有棋子初始化：

void Initchessman()；//初始化所有棋子，以及坐標(biāo)

2）然后定義象棋棋子的結(jié)構(gòu)體

struct Chessman

{

char name[10]；

ID3DXMesh*mesh；

D3DXVECTOR3 pos；

Bool Alive；

IDirect3DTexture9*texture；

POINT coord；

｝；

Coored為棋子在數(shù)組中的坐標(biāo)，數(shù)組Chessman*ary[10][9]為相應(yīng)棋盤(pán)所在的位置，pos為空間位移，alive是棋子存活，mesh為每個(gè)棋子指向的指針，name是名字；其他除了chessman指針以外的部分為空格null。

3）規(guī)則設(shè)定繪制

在使用時(shí)，為了正確的選取棋子，讓棋子能夠按照規(guī)則正確的行走，調(diào)取了如下函數(shù)：

①RayGetPickRay（int，int）；//獲得選取射線；

②void InitChessman()；//初始化所有棋子，以及坐標(biāo)，

③bool IsMovingOk(int,int)；//是否能行走到某一個(gè)點(diǎn)上；

④bool GetPlanePickPoint(D3DXVECTOR3,D3DXVECTOR3,Ray)；//通過(guò)拾取射線與棋盤(pán)，從而得到拾取點(diǎn)；

⑤bool PickChessman(Ray)；//是否拾取棋子；

2 下棋子程序設(shè)計(jì)

當(dāng)棋手開(kāi)始下棋時(shí)，下棋使用的程序共分為：走棋程序、吃棋程序、行棋規(guī)則。三種程序同時(shí)調(diào)用，下面以我方走馬和走車(chē)分別為例進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 帥行棋設(shè)計(jì)

帥的行棋規(guī)則實(shí)現(xiàn)方法與前面車(chē)和馬類(lèi)似。首先是否符合行棋規(guī)則，行棋范圍為九宮格內(nèi)部，帥每步只能走一步，可上可下可左可右。然后判斷走棋還是吃棋，中間出現(xiàn)不符合行棋規(guī)則的地方則報(bào)警，如圖2所示。

圖2 帥行棋圖

帥與將行棋規(guī)則一樣編程原理如圖3所示。

圖3 將和相行棋程序框圖

程序如下：

if(toY>2||toX<3||toX>5){//出了九宮格

Return false;

}

if((Math.abs(fromY-toY)+Math.abs(toX-fromX))>1){//只能走一步

return false;

}

2.2 象行棋規(guī)則

象的行棋規(guī)則與士和馬類(lèi)似，象不能過(guò)河，存在蹩象眼的情況，象行走田字，即象只能夠跨格走斜線，象只能走到田字格對(duì)角線三個(gè)位置上，而不能走到其他位置[4-5]。當(dāng)棋手走象時(shí)，步驟如下。

1)根據(jù)是否僅有一個(gè)子動(dòng)作判斷調(diào)用走棋程序還是吃棋程序。

2)若僅有一個(gè)子動(dòng)作則調(diào)用走棋程序。

3)再根據(jù)行棋規(guī)則判斷是否符合象的行棋規(guī)則，判斷方法為橫縱坐標(biāo)中橫和縱向分別移動(dòng)兩格，如不符合則報(bào)警。

4)如果沒(méi)有犯規(guī)記錄則自動(dòng)將象的程序編碼及移動(dòng)位置進(jìn)行儲(chǔ)存。

5)若有兩個(gè)棋子位置發(fā)生改變，則判定調(diào)用吃棋程序，當(dāng)棋手吃完棋后，再根據(jù)行棋規(guī)則判斷是否符合，如若不符合則自動(dòng)報(bào)警。

6)如果沒(méi)有犯規(guī)記錄則自動(dòng)將象的程序編碼及移動(dòng)位置進(jìn)行儲(chǔ)存。

7)同時(shí)要注意根據(jù)事先設(shè)定的程序，吃棋時(shí)需要先拿起自己的子再去拿對(duì)方的子。

所以其程序如下所示：

if(toY>4）{//不能過(guò)河

return false;

}

if((Math.abs(fromX-toY)！=2||Math.abs(fromY-toY)！=2){//象走田字

return false;

}

if(qizi[(fromY+toY)/2][(fromX+toX)/2]!=0){

return false;//象眼處有棋子

}

2.3 兵行棋規(guī)則

兵的行棋規(guī)則比較簡(jiǎn)單，與帥類(lèi)似，每次只能走一步。同時(shí)也要判斷行棋還是吃棋。行走范圍不同：過(guò)河之前只能直走，而過(guò)河之后可以走到任意一格。過(guò)河之前只能向前走，過(guò)河之后可以向左右前三個(gè)方向行走，不過(guò)不可回頭。

兵與卒行棋規(guī)則相同，不再累述。

3   結(jié)語(yǔ)

本次智能棋盤(pán)設(shè)計(jì)，可在硬件上選用較為常見(jiàn)的單片機(jī)進(jìn)行配置，并且性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，方便，整體電路搭配較為完善。

由于篇幅的限制筆者并沒(méi)有給出所有棋子的編譯程序和邏輯圖，僅列出了帥士相三種棋子的行棋程序，本論文作為一項(xiàng)智能系統(tǒng)的研究的理論與嘗試，想投入實(shí)際的應(yīng)用還有一些技術(shù)難點(diǎn)。隨著軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，微電子技術(shù)，和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。此課題還會(huì)不斷完善，不斷改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)功能上的不斷更新。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫傳友,等.感測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:科學(xué)出版社,2004.

[2] 浦昭邦.光電測(cè)試技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版,2004.

[3] 秦維佳,侯春光,等.C/C++程序設(shè)計(jì)教程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[4] 向紅.51系列單片機(jī)應(yīng)用與實(shí)踐教程.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.

[5] BARRY B B. The Intel Microprocessors.6th ed.2005.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2021年2月期）