CC BY
6УДК 621.396.99
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ФИГУР НА ЭЛЕКТРОННОЙ ШАХМАТНОЙ ДОСКЕ ДЛЯ
СЛЕПЫХ
Стуров А.С., студент группы 13ЭН(б)ПЭ, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: sanjasturov@mail.ru
Научный руководитель: Фролов С.С., канд. техн. наук, доцент кафедры промышленной электроники и информационно-измерительной техники, Оренбургский государственный университет, Оренбург
Существует большое число незрячих людей по всему миру, которые увлекаются игрой в шахматы. Для таких людей существуют специальные шахматные доски, но они не имеют электронного управления. Актуальность исследуемой проблемы обусловлена необходимостью контроля корректности поведения зрячих партнеров, правильности ходов и записи партий. В данной статье рассматриваются пути решения задач идентификации фигур, определения их координат, поднятия и опускания. Основное внимание уделяется использованию RFID-технологии. Материалы статьи могут быть полезными для создания электронной системы управления шахматной игрой.
Ключевые слова: шахматы для слепых, электронное управление, координатное поле, индикация фигур, RFID-технология.
Для существующих в настоящее время вариаций шахмат для слепых не решена до сих пор проблема контроля корректности ходов, контроля корректного поведения зрячего партнера, а также записи партий.
Шахматная доска для слепых имеет следующие особенности [1]:
- в середине каждого поля (клетки) доски есть отверстие для вставки фигур;
- чёрные поля чуть-чуть приподняты по сравнению с белыми полями, что облегчает ориентацию на доске, особенно по её линиям - вертикалям, горизонталям и диагоналям.
Шахматные фигуры имеют также две особенности [1]:
- в их основаниях находятся ножки для вставки в отверстия на полях шахматной доски, таким образом, при ходе слепого игрока он имеет возможность ощупывать фигуры на всей шахматной доске, не беспокоясь о том, что фигуры упадут. В противном случае, при попытке узнать расположение фигур на шахматной доске слепой игрок опрокинул бы несколько фигур, что привело бы к утрате понимания, где какая фигура стояла и невозможности восстановления начатой партии;
- белые фигуры снабжены рельефными отличиями от чёрных. Рельефные отличия бывают двух видов: при первом опознавательным элементом (например, металлической нашлёпкой) снабжены головки чёрных фигур и пешек; при втором у основания белых фигур делается круговая бороздка. Первый способ распространён в странах EC и США, второй - на постсоветском пространстве.
Шахматы для слепых представлены на рисунке 1 [4].
Рисунок 1 - Шахматы для слепых
Для решения задачи идентификации рассмотрено два варианта.
Рассмотрим первый вариант реализации системы идентификации фигуры, основанный на использовании миниатюрных индуктивных датчиков. Маленькая индуктивная катушка с плоской намоткой закреплена под каждую шахматную клетку. В фигурки вделываются миниатюрные ферромагнетики разной намагниченности. Всего 12 уровней намагниченности для определения типа и цвета фигуры. Через катушки проходит переменный ток с частотой в 20-30 кГц, пустая клетка имеет наименьший импеданс. При размещении фигуры на одной из клеток шахматного поля импеданс увеличивается благодаря взаимодействию с ферромагнетиком фигурки на строго определённую величину. Далее схема на ОУ измеряет соответствующее изменение тока. Реализовав опрос всей шахматной доски, можно идентифицировать каждую фигуру и ее расположение на шахматном поле, а также осуществить контроль правильности ходов с помощью микроконтроллера [3].
Второй вариант реализации - с помощью RFID-технологии [2].
RFID (от англ. Radio Frequency Identification, радиочастотная идентификация) -способ автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках [6].
Любая RFID-система состоит из считывающего устройства (считыватель, ридер) и транспондера (он же RFID-метка). Большинство RFID-меток состоит из двух частей. Первая - интегральная схема (чип) для хранения и обработки информации, модуляции и демодуляции радиочастотного (RF) сигнала и некоторых других функций. Вторая - антенна для приёма и передачи сигнала (рисунок 2) [6].
Кроме того, RFID-технология не требует непосредственного контакта между считывателем и транспондером, поэтому можно снабдить каждую клетку шахматной доски считывателем, закрепленном с внутренней стороны доски на расстоянии, достаточном для полной вставки штыря фигуры в шахматную доску. Работоспособность такого варианта реализации подтверждена проверкой на опытном образце.
Таким образом, снабдив каждую клетку считывателем и сформировав из них матрицу 8 на 8 можно идентифицировать положение каждой конкретной фигуры на одной из клеток шахматной доски или ее отсутствие.
Теперь выберем один вариант решения задачи из двух: катушки с ферромагнетиками или Ы^ГО-технология.
Антенна
/ -^
Чип
Рисунок 2 - ЯРГО-транспондер
Использование первого варианта предполагает самостоятельное изготовление 64 катушек индуктивности, по одной на каждую клетку шахматного поля, использование аналоговой коммутации с последующим преобразованием в цифровой код, большое количество этих коммутаторов, а также использование 12 различных размеров магнитов, для которых необходимо создавать полость в каждой фигуре для их размещения.
Использование же RFID-технологии позволит использовать готовые считыватели, размеры которых сопоставимы с размерами клетки шахматной доски, плоские и миниатюрные транспондеры, которые удобно закрепить на нижней части фигур. В результате эксперимента также была проверена работоспособность системы, но обнаружилась необходимость экранирования считывателей друг от друга.
Как итог, был выбран вариант реализации системы идентификации фигур на шахматной доске с использованием RFID-технологии, так как RFГО-технология дает больше возможностей для программирования, не предусматривает использование аналоговых узлов, а также больше подходит в данном случае из-за особенностей шахмат для слепых.
В качестве считывателя можно использовать ЯС522, который поддерживает интерфейсы 12С, SPI и UART [5].
Использование интерфейса SPI для подключения 64 устройств предполагает наличие на микроконтроллере 64 выводов для выбора ведомого устройства. Однако, используя дешифраторы с 3 адресными входами и 8 выходами, можно сформировать матрицу 8 на 8 элементов (считывателей) и тем самым присвоить координаты на шахматном поле каждому из них.
Функциональная схема идентификации фигур на шахматной доске с использованием интерфейса SPI с независимым подключением ведомых и использованием дешифраторов представлена на рисунке 3.
На этом рисунке адресные выводы А5...А3 служат для выбора строки, которая будет опрашиваться. При этом выходные линии «дешифратора выбора строки» подключаются к входам разрешения CS восьми других дешифраторов, предназначенных для выбора элемента строки в зависимости от адреса на линиях А2... Л0.
Рисунок 3 - Функциональная схема независимого подключения ведомых устройств по SPI с использованием дешифраторов
Таким образом, используя RFID-технологию и несколько дешифраторов, можно реализовать систему идентификации фигуры и определения ее местоположения на шахматной доске. Полученные результаты работы будут использоваться для создания системы управления, в которой будут предусмотрены контроль корректности ходов, их запись и озвучивание.
Литература
1. Игра слепых в шахматы. [Электронный ресурс] / Сергей Анатольевич Васин. Персональный сайт. - Режим доступа: http://vasin.net.ua/Chess/chess.htm - (дата обращения: 12.04.2017).
2. Периферийное устройство для проведения настольной игры с подключением к компьютеру: пат. 2594553 Рос. Федерация: МПК A 63 F 3/02 / Богданов Д. Р., Даринцев О. В., Меликсетян В. М., Потапов В. М.; заявитель и патентообладатель Богданов Д. Р., Даринцев О. В., Меликсетян В. М., Потапов В. М. - № 2015124184/12; заявл. 22.06.15; опубл. 20.08.16, Бюл. № 23 (II ч.).
3. Шахматная доска электронная. [Электронный ресурс] / Российский шахматный портал. - Режим доступа: http://old.chess-online.com/forums/viewtopic.html?t=28773&postdays=0&postorder=asc - (дата обращения: 12.04.2017).
4. Шахматы для слепых деревянные с тактильными обозначениями. [Электронный ресурс] / Магазин для незрячих. - Режим доступа: http://www.trosti.com.ua/shahmaty.html (дата обращения: 10.04.2017).
5. MFRC522. [Электронный ресурс] / NXP Semiconductors. - Режим доступа: https://www.nxp.com/documents/data_sheet/MFRC522.pdf (дата обращения: 13.04.2017).
6. RFID. [Электронный ресурс] / Глобал Трейд Маркировка Нижний Новгород. -Режим доступа: http://xn—7sbchif2alc1a0ax.xn--p1ai/rfid.html (дата обращения: 12.04.2017).
