ПЕРИФЕРИЙНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ НАСТОЛЬНОЙ ИГРЫ С ПОДКЛЮЧЕНИЕМ К КОМПЬЮТЕРУ
PERIPHERAL DEVICE FOR PLAYING TABLETOP GAME WITH CONNECTION TO COMPUTER

Изобретение относится к периферийным устройствам для проведения шахматных, шашечных и других типов игр, предполагающих использование различных по цвету и (или) игровому функционалу фигур на игровых плоскостях с координатными сетками с проводным или беспроводным подключением к компьютеру, и может быть использовано при проведении электронных игр с компьютером, турниров с протоколированием результатов, реализации дистанционных форм обучения.
Известно периферийное устройство для проведения шахматной игры с подключением к компьютеру, которое имеет шахматную доску, включающую корпус с шахматными клетками на игровой поверхности, на корпусе закреплена выходная часть USB-разъема, соединенная с USB-кабелем, в корпусе под каждой клеткой игровой поверхности размещен соответствующий датчик регистрации установки шахматной фигуры на шахматную клетку, соединенный через соответствующий преобразователь сигнала с выходной частью USB-разъема, в корпусе расположены контакты для источника постоянного напряжения, каждый преобразователь сигнала представляет собой генератор импульсов (см. патент РФ 2391127, кл. A63F 3/02, опубл. 10.06.2010).
Недостатками известного устройства являются его низкие функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство способно распознавать только наличие фигуры в определенной клетке доски, для работы устройства требуется персональный компьютер, отсутствует возможность организации турниров с одновременным использованием большого количества игровых досок, узкая сфера применения: игры только шахматно-шашечного типа на стандартных досках.
Известен способ автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в транспондерах (СандипЛахири RFID. Руководство по внедрению = The RFID Sourcebook / Дудников С. -M.: Кудиц-Пресс, 2007. - 312 с., Клаус Финкенцеллер Справочник по RFID. - M.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2008. - 496 с.). Для чтения информации с транспондеров используются мобильные или стационарные считыватели, состоящие из антенны, конструкция и характеристики которой зависят от диапазона частот, и специализированной микросхемы, осуществляющей генерацию частотного сигнала, активирующего транспондер, с последующим приемом и обработкой сигнала от транспондера. Принятая микросхемой информация, содержащая уникальный код транспондера и, по необходимости, данные, записанные в блок памяти транспондера, передаются далее для их компьютерной обработки.
Недостатками этого способа идентификации объектов являются низкие функциональные возможности, заключающиеся в отсутствие возможности определения координат объекта в пространстве без использования дополнительных механических или координатных устройств, сложность организации и настройки распределенных в пространстве систем опроса транспондеров.
Наиболее близкий к заявленному изобретению аналог описан в патенте США № 6168158 В1 (опубл. 02.01.2001). Это устройство для определения игровых фигур на доске, в котором имеется игровая доска, разбитая на отдельные клетки, и игровые фигуры различного типа, которые могут размещаться в этих клетках, например шахматы и шахматная доска, клетки представлены в виде ортогональной матрицы из столбцов и строк. Для определения типа в каждую фигуру в зависимости от ее игровой функции и цвета интегрирован колебательный контур с определенной резонансной частотой. Устройство проводит сканирование всей игровой поверхности или ее части путем опроса с заданной последовательностью всех антенн приема-передачи, расположенных под каждой игровой клеткой внутри корпуса устройства. В результате опроса антенн устанавливаются тип фигур и их расположение (координаты) на игровой плоскости, формируется пакет данных, отражающих игровую ситуацию, который затем передается по цифровым каналам персональному компьютеру в случае одиночной игры или серверу в случае проведения турниров. Для проведения шахматных соревнований по специализированным правилам, связанным со спецификой отсчета времени игры, в устройстве предусмотрено подключение специализированных шахматных часов.
Недостатками данного устройства являются его низкие быстродействие, помехозащищенность и ремонтопригодность, обусловленные тем, что данное устройство использует аналоговый сигнал (резонансная частота) для передачи информации о типе фигуры. Также к недостаткам можно отнести его узкую специализацию, так как данный способ ориентирован только на игры шахматного типа. Существенными недостатками также являются необходимость во внешнем блоке питания и проводная передача информации, что затрудняет подготовку, организацию и проведение турниров с использованием подобных устройств.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства, повышение быстродействия, надежности, достоверности передаваемой (получаемой) информации, ремонтопригодности и автономности за счет использования беспроводных цифровых технологий передачи данных, встроенных элементов питания с поддержкой различных способов их заряда, применения электронных компонентов с высокой степенью интеграции, а также способа использования приемо-передающих устройств, образующих сенсорную поверхность.
Указанный технический результат достигается устройством для проведения настольной игры с подключением к компьютеру, содержащим игровую доску с как минимум одной игровой поверхностью, разбитой на отдельные клетки, и игровые фигуры, оснащенные метками, содержащими уникальный идентификатор или цифровой код, записанный в соответствующих ячейках памяти метки, причем в корпусе игровой доски размещена как минимум одна печатная плата, на которой расположены антенны так, что они распределены под каждой клеткой, микроконтроллер, соединенный со специализированной микросхемой опроса меток, элемент питания, модуль беспроводной связи с компьютером или сервером, а на корпусе закреплена панель с индикаторами работы и разъемами для подключения зарядного устройства, съемных накопителей информации, компьютера, планшета, смартфона, шахматных часов или других регистраторов и кнопка включения устройства.
Согласно изобретению игровая поверхность выполнена в виде гибкой пластины или складывающейся поверхности.
Согласно изобретению игровая поверхность содержит интегрированные средства отображения информации и управления процессом игры, например шахматные часы.
Согласно изобретению снаружи на боковой поверхности корпуса прикреплены карманы для размещения игровых фигур.
Согласно изобретению на игровой или боковых поверхностях игровой доски интегрированы преобразователи для генерации электрической энергии на известных принципах, например солнечные панели или беспроводные зарядные устройства, используемые для подзарядки элементов питания.
Согласно изобретению игровое поле составлено из нескольких игровых поверхностей, образующих трехмерное игровое поле.
Согласно изобретению игровые фигуры оснащены несколькими метками, разделенными экранами, для учета в игре их ориентации в пространстве.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фиг. 1 показана конструкция устройства на примере реализации игры в шахматы. На фиг. 2 показана шахматная фигура с интегрированной в нее меткой, где в качестве метки использован RFID транспондер. На фиг. 3 показана принципиальная схема опроса антенн с использованием специализированных микросхем и микроконтроллера.
На чертежах обозначены: шахматная доска 1, шахматные клетки 2 на игровой поверхности, шахматные фигуры 3 с интегрированными транспондерами 4 (метками), печатная плата 5 с антеннами 6 и специализированными микросхемами 7 опроса фигур 3, планка 8 с отверстиями под интерфейсные и коммуникационные разъемы, закрепленная на боковой поверхности корпуса доски, элемент питания 9, установленный в полом корпусе.
Форма и размер антенн 6, расположенных на плате 5, зависят от типа применяемых транспондеров, размеров и формы игровых клеток, требуемой дальности обнаружения фигур, а также чувствительности - дальности обнаружения меток. Для увеличения быстродействия и уменьшения энергопотребления антенны могут быть объединены в блоки таким образом, чтобы длина, электрические и волновые характеристики соединительных элементов платы были идентичны. Для каждого блока или даже отдельной антенны используется специализированная микросхема 7 (фиг. 3), которая активирует транспондер, находящийся в зоне действия антенны, и считывает информацию с него. Если к микросхеме 7 подключается блок антенн, то активация производится через коммутирующее устройство - мультиплексор 10, в каждый момент времени в этом случае производится опрос одной из антенн 6 блока. Реализацию алгоритма опроса антенн (по строкам, по столбцам или иной способ опроса) выполняет микроконтроллер 11, который генерирует соответствующие команды для специализированной микросхемы 7, сигналы активации мультиплексоров 10, также микроконтроллер 11 принимает, обрабатывает и хранит информацию, полученную с меток, установленных в фигурах 3. Также микроконтроллер 11, если он не обладает необходимыми коммуникационными возможностями, может быть соединен со специализированным блоком 12, реализующим требуемый формат беспроводной или проводной связи с персональным компьютером, игровым сервером или сетевым шлюзом.
В качестве специализированной микросхемы 7 может быть использована микросхема MFRC522 фирмы NXP Semiconductors, микроконтроллер 11 может быть реализован на базе микросхемы C8051F340-GQR фирмы Silicon Laboratories.
Функционирование периферийного устройства для проведения игр осуществляется следующим образом (рассматривается на примере игры в шахматы).
Перед проведением игры в шахматы шахматную доску 1 с шахматными клетками 2 на игровой поверхности подключают к питанию от встроенного элемента питания или внешнего источника питания, при этом активируется беспроводная связь или проводное соединение с персональным компьютером. Расставляются фигуры 3 для игры в шахматы с установленными в них метками 4 (транспондерами RFID). Встроенный микроконтроллер 11, проведя сканирование игровой поверхности путем опроса с заданной последовательностью антенн 6, формирует пакет информации о расположении фигур на доске, осуществляет их идентификацию по уникальным номерам меток или по массивам данных, содержащихся в области памяти метки, определив номера антенн 6, получивших отклик. Если это начальная позиция игры в шахматы, то микроконтроллер 11 отправляет на центральный или подсоединенный компьютер сигнал о готовности устройства к игре; в том случае, если игра продолжается, то сигнал о готовности к игре формируется после выполнения сравнения текущего состояния игровой ситуации и сохраненной копии протокола игры. Микроконтроллер постоянно сканирует игровую поверхность и определяет изменение положения фигур путем сравнения полученной информации с ранее сохраненным в памяти положением фигур (при старте игры сравнивается с исходной расстановкой фигур). Изменение положения фигур на игровой поверхности, подтверждаемое сигналом фиксации сделанного хода с шахматных часов, например, генерируемым нажатием игроком соответствующей клавиши (кнопки), записывается в протокол игры в памяти микроконтроллера как очередной ход с фиксацией времени его выполнения, новая запись в протоколе передается на персональный компьютер или сервер в виде информационного пакета по соответствующему протоколу передачи данных. Полученная компьютером или сервером информация обрабатывается в соответствии с заданным алгоритмом, реализующим требуемый формат проведения соревнований или персональной игры, выполненным в виде специализированного программного обеспечения.
При этом ходы запоминаются в памяти персонального компьютера или сервера, а на экране монитора или проекционных устройствах отображается текущая стадия шахматной игры, выводится протокол игры и текущее время. При организации соревнований по шахматам с использованием данного устройства используются специальные технические средства, состав и количество которых должны обеспечивать бесперебойную, бесконфликтную передачу информации от оконечных устройств к серверу с требуемой скоростью.
Использование данного изобретения расширяет функциональные возможности игровых устройств за счет организации беспроводного обмена информации с возможностью долговременной автономной работы без внешних источников питания, быстрого опроса фигур, легкой адаптации к изменению протоколов обмена информацией, уменьшает время, необходимое для подготовки оборудования для проведения турниров с большим количеством участников, что снижает стоимость организации соревнований, упрощает организацию игры по сети, в том числе и через Интернет, и повышает занимательность проводимых с данным устройством игр.