CN105702242A - 服务于特殊人群的非接触式智能电子乐器 - Google Patents

服务于特殊人群的非接触式智能电子乐器 Download PDF

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赵广元
刘柯
王文洁
鲁胜奇
张珊珊
江小武
汪万波
王垚垚
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Abstract

本发明属于智能电子乐器领域，具体地说，涉及一种服务于特殊人群(例如：天生或后天因素导致手指活动不灵便、手指肌无力或手指残缺不全等)的非接触式智能电子乐器。该新型电子乐器由MCU主控制器11分别与音乐播放控制按钮21、脚踩升调按钮31、脚踩降调按钮32、超声波传感器41、音乐界面效果按钮61、音乐播放控制指示灯71、降调指示灯72、升调指示灯73、电源指示灯74、上位机动画效果81相连接，且上位机动画效果81与扬声器51相连接。用户在使用此电子乐器时通过与七个传感器的非触摸式接触后采集到相应的信号经由软件处理“弹奏”出美妙的乐曲，且能在上位机上显示实时的动画效果，实现了人机互动。本发明具有非接触式、易操作、模块化及智能化的优点，主要适合于特殊人群的使用。

Description

服务于特殊人群的非接触式智能电子乐器
技术领域
本发明属于智能电子乐器领域，具体地说，涉及一种服务于特殊人群的非接触式智能电子乐器。
背景技术
根据全国残疾人抽样调查显示，我国残疾人口比例逐年上升。在日常生活中大部分残疾人在实现愿望的过程中，会受到自身原因的限制，因此许多人都存在极大的心理压力。他们的生活很单调，缺少乐趣，而音乐有助于缓解压力，陶冶情操。当今社会，有许多对音乐怀揣梦想的人，因为先天或者后天的因素导致肢体残疾手指活动不灵便，以至于在追求音乐的道路上付出的艰辛多于常人。基于此类现象，为了丰富残疾人的精神生活，让那些爱好音乐的残疾人可以通过不同的形式享受到音乐所带来的快乐，我们发明了这种基于超声波传感器与上位机钢琴动画效果相结合的非触摸式新型电子乐器。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种易于操作，服务于特殊人群的非触摸式的电子乐器。主要针对于手指残缺或不灵便的有特殊需求的残疾人，以一种非接触式的新型方式，通过超声波传感器41与上位机动画效果81的完美结合，实现智能人机互动，在1cm到10cm范围内操作者通过非触摸式接触，弹奏出自己喜欢的乐曲，以达到愉悦身心的目的，此电子乐器还包括一些特殊功能例如通过切换音调实现音域扩展功能，播放示例乐曲功能及切换视觉动画效果功能。
为了达到以上目的，本发明解决非接触式弹奏技术及实用问题的技术方案是：预先将不同音高频率利用数学思想方式将它存储在软件中，通过超声波传感器41检测技术检测到有信号输入时，音阶采集与传输模块4将采集到的信号传输给MCU主控制器11，MCU主控制器模块1将此信号分析处理后传输给上位机软件系统，上位机软件系统通过调用音频库函数播放预先存储的不同音高频率在人机界面模块8实现了声音的播放，解决了手指不灵便、手指残缺或手指用力不足等残疾人使用非接触式实现轻松弹奏的技术问题。
此乐器实用性通过由MCU主控制器模块1分别与音乐播放控制模块2、音调切换与状态传输模块3、音阶采集处理与传输模块4、音乐动画效果控制模块6、工作状态指示模块7、人机界面模块8相连接；音乐播放控制模块2、音调切换与状态传输模块3、音阶采集处理与传输模块4、音乐动画效果控制模块6为单向信号输入模块，将不同形式的信号输入到MCU主控制器模块1中，再经MCU主控器模块1检测、分析处理后分别传输给工作状态指示模块7和上位机系统，上位机系统通过预先编好的软件来实现驱动琴键弹奏、仿真波形、旋转跟踪效果及悦耳旋律的播放等展示在友好的人机界面模块8中，功能强大，经济适用。
该发明具有方式新颖、开放式、易操作的特点。其主要特点在于通过按下音乐播放控制按钮21输入信号通过音乐播放控制模块2传入上位机软件系统实现播放与切换示例歌曲功能。通过脚踩升调按钮32或者降调按钮31将升调信号或者降调信号通过音调切换与状态传输模块3传入上位机系统实现升调或者降调扩展音域的功能，期间有升调指示灯71或降调指示灯72实现指示不同调性转换信号附加功能。通过音阶采集处理与传输模块4即超声波传感器41接收信号传输至MCU主控制器11，MCU主控制器模块1通过预设软件程序作出选择在1cm至10cm之内信号予以接受，滤除无用信号，将过滤后的信号传入上位机软件系统实现上位机动画效果81对应琴键的弹奏与发声。通过按下音乐界面效果按钮61输入信号通过音乐动画效果控制模块6传入上位机软件系统实现软件动画钢琴弹奏、仿真波形及旋转跟踪等效果的切换，通过软件系统丰富了人机界面模块8的色彩效果。
附图说明
图1为本发明型的整体结构示意图。
附图标记说明
1-MCU主控制器模块；2-音乐播放控制模块；
3-音调切换与状态传输模块；4-音阶采集处理与传输模块；
5-音频输出放大模块；6-音乐动画效果控制模块；
7-工作状态指示模块；8-人机界面模块；
11-MCU主控制器；21-音乐播放控制按钮；
31-脚踩降调按钮；32-脚踩升调按钮；
41-超声波传感器；51-扬声器；
61-音乐界面效果按钮；71-音乐播放控制指示灯；
72-降调指示灯；73-升调指示灯；
74-电源指示灯；81-上位机动画效果。
图2是本发明的总体模块设计原理框图。
图3是本发明的音阶采集处理模块原理电路图。
图4是本发明的按钮网络电路图。
图5是本发明的工作状态指示原理电路图。
具体实施方式
下面结合附图对发明内容进行进一步的详细说明：
参照图1所示，所述服务于特殊人群的非接触式电子乐器由MCU主控制器11分别与音乐播放控制按钮21、脚踩升调按钮31、脚踩降调按钮32、超声波传感器41、音乐界面效果按钮61、音乐播放控制指示灯71、降调指示灯72、升调指示灯73、电源指示灯74、上位机动画效果81相连接，上位机动画效果81与扬声器51相连接。
参照图2所示，此新型的电子乐器由MCU主控制器模块1、音乐播放控制模块2、音调切换与状态传输模块3、音阶采集处理与传输模块4、音频输出放大模块5、音乐动画效果控制模块6、工作状态指示模块7、人机界面模块8组成。
参照图3所示，图中的七个超声波传感器41的触发控制信号输入口Trig(控制端)分别接主控制器的I/O口2、A0、A1、A2、A3、A4、A5，应答信号输出口Echo(接收端)分别接主控制器的I/O口3、9、8、7、6、5、4，超声波传感器41的VCC和GND接MCU主控制器11的VCC和GND引脚。
参照图4所示，图中的5个按钮一端连接MCU主控制器11的5个数字I/O口，另一端接VCC引脚，并且MCU主控制器11的这5个数字I/O口通过电阻直接接地。
参照图5所示，图中的4个指示灯阳极连接MCU主控制器11的4个数字I/O口，阴极通过电阻直接接地。

Claims (5)

1.服务于特殊人群的非接触式智能电子乐器，该电子乐器主要由MCU主控制器模块(1)、音乐播放控制模块(2)、音调切换与状态传输模块(3)、音阶采集处理与传输模块(4)、音频输出放大模块(5)、音乐动画效果控制模块(6)、工作状态指示模块(7)、人机界面模块(8)组成。其特征在于：所述的MCU主控制器模块(1)依次分别与音乐播放控制模块(2)、音调切换与状态传输模块(3)、音阶采集处理与传输模块(4)、音频输出放大模块(5)、音乐动画效果控制模块(6)、工作状态指示模块(7)、人机界面模块(8)相连接，共同实现了音乐的弹奏、发声、动画琴键的悦动、升降调八度、响度的增强、歌曲的切换和动画效果的切换。
2.根据权利要求1所述的服务于特殊人群的非接触式智能电子乐器，其特征在于：MCU主控制器模块(1)和音阶采集处理与传输模块(4)实现音阶的采集。
3.根据权利要求1所述的服务于特殊人群的非接触式智能电子乐器，其特征在于：本发明基于超声波原理即传感音阶采集处理与传输模块(4)、MCU主控制器模块(1)和人机界面模块(8)相连接实现非接触式弹奏和动画琴键的悦动，解决特殊人群对音乐的特殊需求。
4.根据权利要求1所述的服务于特殊人群的非接触式智能电子乐器，其特征在于：MCU主控制器模块(1)和音调切换与状态传输模块(3)的连接实现音调的升降八度。
5.根据权利要求1所述的服务于特殊人群的非接触式智能电子乐器，其特征在于：MCU主控制器模块(1)和音乐动画效果控制模块(6)实现了音乐切换和动画效果的切换。
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