CN100561572C - 钢琴无线遥控自动演奏系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种能自动检测和校正传感器的钢琴弹奏过程记录置，本发明能够自动记录和自动播放钢琴演奏过程，通过传感器来检测钢琴琴健动作的时刻和力度并记录形成音频信号，并将音频信号转换为电压信号进行储存；无线遥控器对钢琴储存的曲目进行选择并重放。本发明与现有技术相比具有钢琴录音自适应能力强，失真小，录音效果好，维护简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种能自动检测和校正传感器的钢琴弹奏过程记录装置，特别适用于钢琴无线遥控自动演奏系统。
背景技术
钢琴自动演奏系统是一套能够自动记录和自动播放钢琴演奏过程的装置。这种装置通过传感器检测钢琴琴健动作的时刻和力度并记录形成音乐文件，即录音。放音时，由单片计算机根据乐曲内容控制电磁铁击打钢琴琴键，通过钢琴的机械传动部件最终敲击琴弦发出声音。
目前，公知的钢琴自动演奏系统录音装置采用光电传感器。钢琴琴健动作时，带动一个左右错开在垂直方向上成一阶梯形的金属挡光片一起运动，运动过程中挡光片分别挡住左右水平排开的两个光电传感器的光束的时刻不一样，这个时间差就代表了钢琴琴健动作的快慢，即弹琴力度。但是，钢琴在使用过程中，不可能不校音调整。这种必需的机械调节将影响挡光片和光电传感器的最佳相对位置，使得录音不准，甚至不能录音(挡光片挡不到光束)。
本发明的目的是提供一种钢琴自动演奏系统的录音装置，它采用线性霍尔元件来检测钢琴琴健动作，安装调试方便，尤其是能自动检测和校正录音传感器，录音相当准确。
发明内容
本发明的目的是这样实现的：本发明能够自动记录和自动播放钢琴演奏过程，通过传感器来检测钢琴琴健动作的时刻和力度并记录形成音频信号，并将音频信号转换为电压信号进行储存；无线遥控器对钢琴储存的曲目进行选择并重放。
本发明所述的琴键底面粘一块永磁铁，正对永磁铁的地方装有传感器。所述的永磁铁正对的电路板上装有霍尔传感器，霍尔元件的输出电压通过A/D转换器接入单片计算机。永磁铁为园片状钕铁硼强磁铁，霍尔元件为内含线性放大器和射极跟随器的线性霍尔元件，其输入是磁感应强度，输出是和输入量成正比的电压。单片计算机通过程序算法自动检测和校正传感器，并进行补偿。琴键未压下时，所述的永磁铁同霍尔元件的相对距离为12毫米，霍尔元件输出电压为3.52伏；琴键压到底时，永磁铁同霍尔元件的相对距离为2毫米，霍尔元件输出电压为2.55伏，两种状态下霍尔元件输出电压变化为970mV。
本发明的无线遥控器包括键盘、CPU、USB接口、无线模块、LCD显示器及存储器，存储器可记录钢琴演奏曲目，USB端口与PC机通讯，上传或下载曲目。键盘信号输入CPU，CPU通过USB按口从存储器取出音乐曲目，经无线模块调制发射输出。所述的无线模块与钢琴主机采用RF无线通讯，其频率为300-900MHZ。钢琴主机内的无线收发模块将接收的曲目音乐信号通过单片机输出驱动电磁铁。
本发明与现有技术相比具有钢琴录音自适应能力强，失真小，录音效果好，维护简单方便。
附图说明
图1是本发明钢琴主机的电路框图。
图2是本发明钢琴主机关健部份的电路图。
图3是霍尔元件、永磁铁的距离与电压的关系曲线图。
图4是钢琴主机工作流程图。
图5是本发明遥控器电路方框图。
图6是RF电路方框图。
图7是本发明RF电原理图。
图8是本发明遥控器电原理图。
具体实施例
下面结合附图说明对本发明作进一步详细的描述：如图1、图2所示，在钢琴主机中，每个琴键底面粘一块永磁铁，琴键下面有一电路板，在电路板上正对永磁铁的地方分别装有霍尔传感器。根据相对距离的不同，永磁铁会在霍尔元件处产生不同的磁场，霍尔元件将输出一个同磁场强度相对应的电压信号，该模拟信号经过模数转换，将数字信号输入单片计算机，单片计算机采集到此电压信号，通过一定的分析计算就能了解此时该永磁铁同霍尔元件的相对距离。由于永磁铁同琴键是粘在一起的，所以琴键的运动状态便得到记录。
在钢琴校音调整后，永磁铁同霍尔元件的相对距离发生变化，霍尔元件输出的电压信号随之发生变化。单片计算机能够检测到此电压信号的变化，通过一定的算法补偿，就能使钢琴录音效果不受校音调整的影响。
永磁铁(直径8mm，厚度2mm)同霍尔元件(型号CS3503)的相对距离与霍尔元件输出电压的关系曲线如图3所示。当琴键未压下时，永磁铁同霍尔元件的相对距离为12毫米，霍尔元件输出电压为3.52伏。当琴键压到底时，永磁铁同霍尔元件的相对距离为2毫米，霍尔元件输出电压为2.55伏。两种状态下霍尔元件输出电压变化为970mV。最不利处灵敏度为20mV/mm，最利处灵敏度为200mV/mm。
霍尔元件输出电压通过8位A/D转换器按每5mV一个字转换后送入单片计算机。可检测到的电压变化为：
28＊5mV
＝256＊5mV
＝1280mV
比较合理地涵盖了霍尔元件的输出电压变化范围(970mV)。
能够检测最不利处的琴键位置变化为：
5mV/(20mV/mm)
＝0。25mm
能够检测最利处的琴键位置变化为：
5mV/(200mV/mm)
＝0.025mm
从以上的计算结果可以看出采用霍尔元件来检测钢琴琴健动作具有很高的准确性。
如图4所示，是自动检测流程图。
如图5所示，是本发明的遥控器电路方框图，遥控器包括CPU、无线模块、USB接口、16M闪存、4×4键盘和LCD显示器。无线模块将钢琴主机发射的曲目音乐信号接收后，通过CPU及USB接口存储在16M闪存。无线模块也可以将要选择存储在16M闪存的曲目音乐信号发射到钢琴主机，由钢琴主机接收后，通过钢琴主机控制电路控制钢琴重新播放演奏。选择输入至4×4的键盘，键盘信号通过CPU连接无线模块输出的同时，由LCD显示器进行显示。如图6所示，用户可通过端口与PC机通讯，上传或下载曲目。图7、图8为本发明遥控器的具体电路原理图。
钢琴自动演奏系统用遥控器有如下特点：
1、于本演奏系统无须在钢琴上外置控制盒，因此所有的操作规程都由遥控器完成，这些规程包括：
a.选择曲目播放。
b.连续播放。
c.录音。
d.录音重放。
e.录音存储。
f.曲目管理。
g.系统自检。
h.PC工具。
2、遥控器设有一个98×64的点阵液晶显示器，可以随时显示系统的工作状况，接收用户的输入信息。
3、遥控器与主机之采用RF无线通讯，通讯频率为各国通用的ISM频段(300-900MHZ)，并且可用软件更改频率，以满足不同国家的客户需求。RF通讯距离可达20M以上，并且不受周边障碍物的影响，数据传输稳定可靠，速率可达20kps。
4、内置大容量闪存(16M)，最大可存储500首钢琴曲目，用户可随时更新曲目或下载到钢琴欣赏。
5、具有USB接口，符合USB1.1标准，用户可通过此端口与PC机通讯，上传或下载曲目。
Claims (6)
1、一种钢琴无线自动演奏系统，能够自动记录和自动播放钢琴演奏过程，其特征在于通过传感器来检测钢琴琴健动作的时刻和力度并记录形成音频信号，并将音频信号转换为电压信号进行储存；无线遥控器对钢琴储存的曲目进行选择并重放；所述的琴键底面粘一块永磁铁，正对永磁铁的地方装有传感器；所述的传感器为霍尔元件，该霍尔元件安装在永磁铁正对的电路板上，霍尔元件的输出电压通过A/D转换器接入单片计算机；所述琴键未压下时，所述的永磁铁同所述霍尔元件的相对距离为12毫米，所述霍尔元件输出电压为3.52伏；所述琴键压到底时，所述永磁铁同所述霍尔元件的相对距离为2毫米，所述霍尔元件输出电压为2.55伏，两种状态下所述霍尔元件输出电压变化为970mV。
2、根据权利要求1所述的钢琴无线自动演奏系统，其特征在于所述的永磁铁为圆形片状钕铁硼强磁铁，所述霍尔元件为内含线性放大器和射极跟随器的线性霍尔元件，其输入是磁感应强度，输出是和输入量成正比的电压。
3、根据权利要求1所述的钢琴无线自动演奏系统，其特征在于所述的无线遥控器包括键盘、CPU、USB接口、无线模块、LCD显示器及存储器，存储器可记录钢琴演奏曲目，USB接口与PC机通讯，上传或下载曲目。
4、根据权利要求3所述的钢琴无线自动演奏系统，其特征在于所述的键盘信号输入CPU，CPU通过USB接口从存储器取出音乐曲目，经无线模块调制发射输出。
5、根据权利要求4所述的钢琴无线自动演奏系统，其特征在于所述的无线模块与钢琴主机采用RF无线通讯，其频率为300-900MHZ。
6、根据权利要求5所述的钢琴无线自动演奏系统，其特征在于所述的钢琴主机内的无线收发模块将接收的曲目音乐信号通过单片机输出驱动电磁铁。
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