电容检测在棋盘棋子存在性检测中的应用
第21卷增刊
2006年12月
数据采集与处理
JournalofDataAcquisition&Processing
V o1.21Suppl春暖花开诗句
Dec.2006
引
电容检测在棋盘棋子存在性检测中的应用
郑郁正张杰杨明欣
(成都信息工程学院通信工程系，成都,610225)
摘要：将电容检测技术应用于中国象棋棋盘的棋子存在性检测中，设计具有电容可变特性的棋盘和棋子.有棋子
时对应位置的电容量增大3pF左右.通过电容量的变化，在2.57ms内正确检测每个位置是否存在棋子.以
MCS51单片机为核心，阐述了电路原理，软件流程和测试结果，实现了对战双方走棋全过程的显示，告警和记
录.最终用于互联网接入的实物棋盘，实现非PC机的远程象棋对弈. 关键词：电容检测；棋子存在性检测；电路原理
中图分类号:TP212文献标识码:A
ApplicationofCapacitanceMeasurment inExistenceDetectionofChessmen
ZhengY uzheng,ZhangJie,Y angMingxin (CommunicationEngineeringDepartment, ChengduUniversityofInformationTechnology,Chengdu,610225,China) Abstract:ThecapacitancemeasurmenttechniqueiSudtodetecttheexisten ceofchessmenln
Chinechessboard,andthechessboardandthechessmenofchangeablecapa citancearede—
signed.Whenthechessmanisavailable,thecorrespondingcapacitancecanbe increadabout
3pF.Theexistenceofthechessmanineachplacecanbeexactlydetectedin2.57 msbythe
changeofthecapacitance.UsingthesinglechipprocessorMCS51asthecore,t heprincipleof
thecircuit,thesoftwareflowandthetestingresultarediscusd.Onthegamepl atform,the
display,warningandrecordsarerealizedinthewholeprocessofplayingchess. Finally,the systemisappliedtotherealchessboardaccesdtoInternet,thusrealizingther emoteChine
chessgamewithoutPC.
Keywords:capacitancemeasurement;existencedetectionofchessmen;circ uitprinciple
目
在小信号检测上，有很多方法可以实现.例如,
电位器型，应变型电阻传感器，霍尔元件等电感传
寒食节是几月几日感器，磁铁接触检测方式，红外检测技术，电容检测
出言不逊的意思
技术等.最终，基于成本，测量灵敏度，实时性，环境
条件等因素的考虑，经讨论决定用以电容为核心的
相关技术来完成小信号的检测.
电容测量技术具有一系列突出的优点：如结构
简单，体积小，分辨率高，可非接触测量，并能在高
温，辐射和强烈振动等恶劣条件下工作等，因此电
容式传感器在非电测量和自动检测中得到了广泛
的应用LlJ.
本文介绍的对弈平台，即中国象棋棋盘，是基
于多点电容检测实现的，能够对棋盘上所有棋子的
状态，即存在性进行检测，并且显示，告警和记录对
战双方走棋的全过程.本对弈平台的设计与实现,
是检测技术全新的应用领域，对以后游戏实物平台
的发展奠定了一定的基础.
电容检测的原理和特点
1.1基本工作原理
电容式传感器是一个具有可变参数的电容器,
由两个平行板组成的电容器的电容量为嘲
基金项目：成都信息工程学院科技发展基金(377106)资助项目. 收稿日期:2006—08—10；修订日期:2006—11—10
心内科常见疾病
吉他培训班价格表增刊郑郁正，等：电容检测在棋盘棋子存在性检测中的应用255 C一_『eA(1)
式中:e为电容极板间介质的介电常数;A为两平鲁迅的小故事
行板所覆盖的面积;d为两平行板之间的距离;C
为电容量.
当被测参数使得式中的A,d或e发生变化时,
电容量C也随之变化.如果保持其中两个参数不变
而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化转换为
电容量的变化.因此，电容量变化的大小与被测参
数的大小成比例.在实际使用中，电容式传感器将
被测非电量信号变换成电容变化后，再采用测量电
路将其转换为电压，电流或频率信号.这样就可以
获得极高灵敏度的测量效果.
1.2对弈平台检测原理
从中国象棋的特点来看,”对弈平台检测”可通一时强弱在于力
过改变电容极板面积实现.即棋盘上每个棋点就是
一
个平板电容，而棋盘的表面和棋子的底面覆盖有一
层高介电常数的电容纸.当棋子在棋点上时，即
可构成一个电容器，有一定电容量；一旦棋子移走, 电容构造将恢复平板电容，电容量将大大降低.这样，只要能检测电容量的变化，即可检测对应位置有无棋子，再辅助一定的算法，就可完成棋盘检测. 2单个棋点检测电路的设计
通过对多种电容检测技术的回顾和分析[3],
根据棋盘特点，设计的棋点检测电路如图1所示. +5V
+5V
图1棋点充放电检测电路
单个棋点检测的基本原理是，通过对被测电容
与参考电容进行充放电，形成两个与电容值成比例的电压信号，再通过比较器输出，最终达到棋点检测的目的.
棋点充放电检测电路如图1所示.电路输入为
角频率的脉冲波，输出为，各节点电压分别
二次元空间为1,2,3,4,5,6.
由于运放U,U采用的是TL082，其输入阻
抗为10Q，故可理想认为开路.因此
