CN103903602A

CN103903602A - 智能钢琴

Info

Publication number: CN103903602A
Application number: CN201210578953.7A
Authority: CN
Inventors: 熊世林; 侯旻; 张侠; 汪洋; 尹甸
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明公开了一种智能钢琴，包括琴身、键盘、踏板、显示屏和主控制板；主控制板包括用于为主控制板供电的电源接口及用于控制电源通断的电源开关、微处理器、功放芯片、两个扬声器、两个耳机插孔和转换板；显示屏设置于琴身上；键盘、踏板均与转换板电连接，转换板通过微处理器与显示屏相连接；转换板上连接有MIDI接口；键盘、踏板均与电源接口相连接；微处理器的声音输出端上连接有音量调节开关，音量调节开关分别与两个扬声器和两个耳机插孔相连接。本发明的智能钢琴，具有使得用户能更加直观的学习演奏、在练习的同时能够及时可以纠正错误、智能化程度高等优点。

Description

智能钢琴

技术领域

本发明涉及一种钢琴，尤其是一种智能钢琴。

背景技术

钢琴是源自西洋古典音乐中的一种键盘乐器，由88个琴键和金属弦音板组成，普遍用于独奏、重奏、伴奏等演出，作曲和排练音乐十分方便。由于它优良全面的性能和广泛的用途都是其他任何乐器无法与之相比拟的，因而钢琴被众多的音乐家们誉为“乐器之王”。

随着电子技术的飞速发展，钢琴传统技术与现代电子技术的结合，电子钢琴便应运而生。数码钢琴比传统机械钢琴多了许多“数码”特有的功能。数码钢琴用数码技术不仅具有机械钢琴的全部功能，还具有独特的多种音色、存贮记忆、变调、混音、节拍器功能，并有MIDI接口、耳机、话筒接口等，实现了钢琴传统技术与现代高科技的结合。现在，越来越多的孩子学习钢琴，但是传统的钢琴学习方法枯燥无味，而且不具备纠错功能，即使演奏错误了演奏者也不易发现。通过专门的钢琴培训班学习钢琴，不仅要专门安排时间到培训机构，而且学习时间短、费用较高，学习者不能随时学习。

申请号为200420017550.6的中国实用新型专利公开了一种带有扫描及显示装置的钢球，在琴身上设有扫描仪和显示装置，显示装置由脚踏式的控制开关控制翻页。这种钢琴避免了在弹奏过程中需要用手翻动乐谱给演奏者带来不便的问题，但是只仅仅具备显示和翻动乐谱的作用，不具备采集演奏信息、分析演奏是否和乐谱一致等功能，而且翻动乐谱还要靠演奏者踏动控制开关，操作起来比较麻烦，也不具备自学功能。

申请号为200420016436.1的中国实用新型专利公开了一种电脑钢琴，在钢琴的琴身上设置书架，书架上设置显示器，琴身下设有电脑主机，在琴身上设置键盘和鼠标，可通过电脑显示琴谱，还可通过电脑上网学习钢琴课程。这种电脑钢琴，仅仅是将电脑设置于钢琴之上，电脑与钢琴之间并没有互动，同时也需要手动翻动乐谱，同样也不具备自学功能和纠错功能。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种智能钢琴，以采集分析演奏信息、便于学习者学习钢琴课程。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

智能钢琴，其结构特点是，包括琴身、键盘、踏板、显示屏和主控制板；所述主控制板包括用于为主控制板供电的电源接口及用于控制电源通断的电源开关、微处理器、功放芯片、两个扬声器、两个耳机插孔和转换板；所述显示屏设置于所述琴身上；所述键盘、踏板均与所述转换板电连接，所述转换板通过微处理器与所述显示屏相连接；所述转换板上连接有MIDI接口；所述键盘、踏板均与所述电源接口相连接；所述微处理器的声音输出端上连接有音量调节开关，所述音量调节开关分别与两个扬声器和两个耳机插孔相连接。

本发明的智能钢琴还具有以下技术特点。

所述琴身上设置有凹槽，显示屏以铰接的方式设置于所述琴身上，在显示屏合上时显示屏嵌于所述凹槽之内。

所述琴身上还设置有琴盖，所述琴盖以铰接的方式设置于所述琴身上，所述琴盖上靠近键盘的一面上设置有所述显示屏。

所述显示屏为液晶触摸屏；所述微处理器为ARM处理器。

所述微处理器与云端服务器之间通过无线通信或有线通信的方式通信。

所述两个耳机插孔分别为3.5mm耳机插孔和6.5mm耳机插孔。

所述转换板与所述微处理器之间通过USB接口相连接。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

(1)本发明的智能钢琴，采用基于FGA25N120对称半桥式功率变换器并采用ARM处理器作为数控核心，在微处理器可内存储专门的教学软件。通过可触摸屏幕可以显示乐谱以及触发预设的卡通教学软件，对于音乐理论、钢琴演奏等方面进行进阶式学习。学习者无需到培训机构即可自学，可以自行决定学习的时间点和时间长短，解决了在培训机构学习时受到地点和时间制约的问题，降低了学习的成本。

(2)通过转换板采集、分析用户演奏信息，从而判断演奏的信息与乐谱是否一致的，并在演奏出错时在显示屏上提示，同时通过扬声器或耳机输出声音提示，使得学习者在演奏出错的时候获得出错警示，具备了良好的纠错功能，提高了自学的效果，具有高度的智能化水平。乐谱的显示与演奏进度一致，无需手动控制乐谱翻动，演奏者不用考虑操作乐谱翻动的操作问题。

(3)通过先进的技术、结合形象的动漫元素，对音乐的知识点、五线谱上的音符在88个钢琴键上的对位等钢琴知识，进行分析以及合理的安排，使得用户可以更加直观的学习并掌握音乐理论、钢琴演奏等知识，解决了钢琴入门难，音乐理论知识可以可视化的学习、在练习的同时及时可以纠正错误等问题。

本发明的智能钢琴，使得用户可以更加直观的学习并掌握音乐理论、钢琴演奏等知识，具有高度的智能化水平，解决了钢琴入门难，音乐理论知识可以可视化的学习、在练习的同时及时可以纠正错误等问题。

附图说明

图1、本发明的智能钢琴的控制电路的硬件原理方框图。

图2、本发明的智能钢琴的一个实施例(琴身设置凹槽)的外形图。

图3、本发明的智能钢琴的另一个实施例(琴身上设置琴盖)的外形图。

图4、本发明的智能钢琴的接口的外部接线示意图。

图5、本发明的智能钢琴采用的ARM平台的连接口示意图。

图6、本发明的智能钢琴的转换板的连接口示意图。

图7、本发明的智能钢琴的主控制板的主控电路图。

图8、本发明的智能钢琴的主控制板的电源电路图。

图9、本发明的智能钢琴的主控制板的USB接口电路图。

图10、本发明的智能钢琴的主控制板的MIDI接口电路图。

图11、本发明的智能钢琴的主控制板的延音踏板检测电路图。

图12、本发明的智能钢琴的主控制板的MIDI键盘扫描电路图。

图13、本发明的智能钢琴的主控制板的LED显示和按键电路图。

图中标号：1琴身，2琴盖，3显示屏，4键盘，5电源接口，66.5mm耳机插孔，7MIDI OUT接口，8延音踏板接口，9开关，10音量调节孔，113.5mm耳机插孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1，智能钢琴，包括琴身1、键盘4、踏板、显示屏3和主控制板；所述主控制板包括用于为主控制板供电的电源接口5及用于控制电源通断的电源开关、微处理器、功放芯片、两个扬声器、两个耳机插孔和转换板；所述显示屏设置于所述琴身上；所述键盘、踏板均与所述转换板电连接，所述转换板通过微处理器与所述显示屏相连接；所述转换板上连接有MIDI接口；所述键盘、踏板均与所述电源接口相连接；所述微处理器的声音输出端上连接有音量调节开关，所述音量调节开关分别与两个扬声器和两个耳机插孔相连接。

所述琴身上设置有凹槽，显示屏以铰接的方式设置于所述琴身上，在显示屏合上时显示屏嵌于所述凹槽之内。使用时翻转显示屏，可随时观察显示的演奏信息或出错信息。不用时将显示屏嵌入于凹槽内。

所述琴身1上还设置有琴盖2，所述琴盖2以铰接的方式设置于所述琴身1上，所述琴盖2上靠近键盘的一面上设置有所述显示屏3。所述琴盖铰接于所述琴身上，翻转后琴盖的靠近键盘的一面恰好与演奏者相对，使得演奏者可以很容易地观看显示屏。

所述显示屏为液晶触摸屏；所述微处理器为ARM处理器。

所述两个耳机插孔分别为3.5mm耳机插孔11和6.5mm耳机插孔6。两个耳机插孔分别与两个扬声器相连接，当耳机插孔插接耳机时相应的扬声器即停止输出声音。

所述转换板与所述微处理器之间通过USB接口相连接。

本发明的智能钢琴，通过仿真钢琴键盘弹奏，通过MIDI转换板把电信号转换成MIDI信号，通过MIDI转换板把MIDI信号分别送到外部接口作为输出MIDI信号；另外一路MIDI信号接入位于主控制板上的微控制器，给微控制器发送MIDI信号。另外外接的延音脚踏板通过外部连接至MIDI信号，连接至MIDI转换板上。通过MIDI接口，使得转换板可与其他外接智能设备相通信，将演奏信息输出至外接的其他智能化设备。微处理器和功放芯片及外部存储器等设备均设置于主控制板上，所述主控制板安装于钢琴的琴身之内。

主控制板上存储有音色库(具有世界名琴的音色)，自主研发的固件FIRMWARE。有关钢琴学习的各种练习模式和软件)有多个USB输出，音频输出，视频输出，网线接口。主控制板上有从外部的触摸屏接入的信号，和输出视频信号给外部显示屏。主控制板上的音频输出给琴体的两个音箱(分成左、右声道)，还输出两路一路给产品键盘4右边的耳机输出3.5mm耳机插孔11(带有耳机放大功能，插孔直径为3.5mm)，一路输出给琴体后部6.5mm耳机插孔(6插孔直径为6.5mm)外部输出信号。琴身上设置有MIDI OUT接口7(用于midi信号输出)、延音踏板的接口8、开关9和音量调节孔10。

电源接口5通过电源适配器，把交流电源转换成12V、5A直流电源分别给主控制板、MIDI转换板、显示屏供电。

自主研发软件部分可以通过键盘实时演奏，调取内置的钢琴音色，可以达到最低20毫秒/音符；可以导入标准MIDI钢琴乐谱，可以自动演奏，在练习模式中，屏幕中的乐谱上，有时间线跟随演奏进行，时间线随乐曲设定节拍闪烁，如演奏错误时间线不往下继续。屏幕下方显示88键键盘，需要弹奏某个琴键的位置在屏幕下方的键盘上会有蓝色的点提示，如果弹奏错了，屏幕下方的键盘上会显示红色。

如图1是钢琴上的电路硬件连接示意图。所述功放芯片、微处理器和转换板可以集成于一块电路板上，也可以分别置于多个电路板上。MIDI接口、音量调节开关、扬声器和耳机插孔等分别分布于琴身上，分别通过导线与主控制板电连接。转换板通过电连接的方式与琴键和踏板相连接，用于检测琴键和踏板的动作，以判断踏板是否被踩下和哪些琴键被按下。

图2和图3是两种不同外形的钢琴，其显示屏设置于不同的位置。没有盖板时将显示屏设于琴身上表面即可，琴身设置凹槽以收纳显示屏。有盖板时将显示屏设于盖板的内表面，放盖板盖下时，显示屏也被收起。

图4是钢琴琴身的俯视图，图上标出了各个输入输出接口和音量调节开关的位置。

图5是采用ARM作为微控制器时的ARM平台结构图。ARM处理器内置音色库，并设置有AUDIO接口、USB接口、HDMI接口和LAN接口。

图6是转换板的连接口示意图。转换板上设有键盘信号输入口、踏板信号输入口(外接踏板I/O接口)、MIDI信号输出(即所述MIDI接口，为外接MIDI-OUT I/O接口)、USB-MIDI信号输出(USB线接出)以及电源输入。

主控制板的电路包括USB接口电路、用于为主控制板提供电源的电源电路、输出MIDI信号的MIDI接口电路、用于检测延音踏板的动作的延音踏板检测电路、用于检测键盘动作的键盘扫描电路、用于输出显示信息和接收外部控制按键输入的控制信息的显示和按键电路和作为控制核心的主控电路等部分。各个电路的详细电路结构见附图7～13。

图7为主控电路，选择PIC18F65J50作为微处理器。图8为电源电路，外部电源接入经过电源电路滤波、降压等处理后，为主控制板和各个部件供电。POW-5V是外接电源接口。图9为USB接口电路，使得主控制板可提供该电路与外部设备交换数据。图10为MIDI接口电路，用于使得主控制板能够将MIDI信号输出。图11和图12分别为延音踏板检测电路和MIDI键盘扫描电路，这两个电路是转换板的主要构成部分，用于检测踏板和键盘的动作，并将检测到的动作信号传递给微处理器。图13为LED显示和按键电路，用于输出显示信息到显示屏，并可检测外部按键的操作信息。操作人员可通过外部按键输入控制指令给主控制板。具体实施时，可将按键设置于琴身之上。当将显示屏设置为触摸屏时，可通过触摸屏进行操作，可省去外接的按键。

本发明的智能钢琴，可以实现对各种采样格式的极好的兼容性，这也是基于ESMMP平台延伸出来的可扩展性功能，便于产品的升级。

屏幕通过大幅的互动式屏幕可以拉近与用户的距离，屏幕本身可以显示乐谱，及在钢琴键盘上相对应的位置，屏幕琴体里内置高速率运转的微控制器，微控制器对用户所发送的任何指令进行急速的运算，对演奏者弹奏的音符和各种信号即时的进行处理，并准确的发出相对应的声音，同时显现在屏幕上出现对应的音符的各种信息。通过网络接口，可将采用最先进的云端技术给用户提供属于自己风格的乐曲库，ARM处理器与云端服务器有线或无线连接。在有网络的情况下，可以随时随地的从我们的云端恢复自己的曲库和下载自己需要的乐曲，这样就不会出现由于忘带乐谱而无法进行演奏的尴尬了。

本发明的钢琴预置了两种模式，分为练习模式和演奏模式。我们进入练习模式以后，用户根据乐谱上的音符进行演奏，演奏正确音符会往下进行，同时有我们内置的节拍器规范节奏，如果演奏的不正确，乐谱是不往下进行的。进入演奏模式里，可以在用户演奏完成的同时，经过核心的运算，对于音准，节奏，情绪等方面即时的给出一个分数，同时如有不准确的地方，可以再屏幕上提示出不准确的地方，并且随时可以进行乐曲的示范演奏，让用户对不熟悉的乐曲有更准确的印象，便于用户根据自己的要求学习。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims

1.智能钢琴，其特征是，包括琴身(1)、键盘(4)、踏板、显示屏(3)和主控制板；所述主控制板包括用于为主控制板供电的电源接口(5)及用于控制电源通断的电源开关、微处理器、功放芯片、两个扬声器、两个耳机插孔和转换板；所述显示屏设置于所述琴身上；所述键盘、踏板均与所述转换板电连接，所述转换板通过微处理器与所述显示屏相连接；所述转换板上连接有MIDI接口；所述键盘、踏板均与所述电源接口相连接；所述微处理器的声音输出端上连接有音量调节开关，所述音量调节开关分别与两个扬声器和两个耳机插孔相连接。

2.根据权利要求1所述的智能钢琴，其特征是，所述琴身上设置有凹槽，显示屏以铰接的方式设置于所述琴身上，在显示屏合上时显示屏嵌于所述凹槽之内。

3.根据权利要求1所述的智能钢琴，其特征是，所述琴身(1)上还设置有琴盖(2)，所述琴盖(2)以铰接的方式设置于所述琴身(1)上，所述琴盖(2)上靠近键盘的一面上设置有所述显示屏(3)。

4.根据权利要求1、2或3所述的智能钢琴，其特征是，所述显示屏为液晶触摸屏；所述微处理器为ARM处理器。

5.根据权利要求4所述的智能钢琴，其特征是，所述微处理器与云端服务器之间通过无线通信或有线通信的方式通信。

6.根据权利要求1所述的智能钢琴，其特征是，所述两个耳机插孔分别为3.5mm耳机插孔(11)和6.5mm耳机插孔(6)。

7.根据权利要求1所述的智能钢琴，其特征是，所述转换板与所述微处理器之间通过USB接口相连接。