CN106328106A - 一种多媒体钢琴及其自动演奏方法、系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多媒体钢琴及其自动演奏方法、系统，其中，所述自动演奏系统包括解码盒和驱动板。本发明通过解码盒将接收到的MIDI数据转换为TTL电平数据，并将所述TTL电平数据通过RS485接口传输给驱动板；进而由驱动板根据接收到的TTL电平数据，驱动多媒体钢琴的对应琴键，实现自动演奏。本发明通过将MIDI数据转化为TTL电平数据，并以RS485接口进行传输，极大的提高了数据传输的距离。

Description

一种多媒体钢琴及其自动演奏方法、系统
技术领域
本发明涉及自动演奏设备，特别涉及一种多媒体钢琴及其自动演奏方法、系统。
背景技术
现有的钢琴自动演奏系统通过解析智能设备（电脑、电钢琴等）输出的MIDI数据，来驱动安装在钢琴琴键后方的电磁铁，已达到自动演奏的功能。
现有的钢琴自动演奏系统的解码盒与智能设备的接口、解码盒与驱动板之间的接口一般为5针MIDI接口或标准USB2.0接口，MIDI接口传输距离短，误码率较高。除通过操作本机琴键控制外并无其他数据接口进行相关操作。USB2.0接口传输距离标准距离5m，但实际证明线长大于2.0m时出现较高的误码率，且抗干扰能力极低。且市面上大部分的解码盒无论是通过USB转MIDI线连接或是标准5芯MIDI线连接都没有做到地线隔离，这样很容易造成在接口热插拔时智能设备的死机（如电脑蓝屏）。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种多媒体钢琴及其自动演奏方法、系统，旨在增加MIDI数据传输距离。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种多媒体钢琴自动演奏系统，包括：
解码盒，用于将接收到的MIDI数据转换为TTL电平数据，并将所述TTL电平数据通过RS485接口传输给驱动板；
所述驱动板，用于根据接收到的TTL电平数据，驱动多媒体钢琴的对应琴键，实现自动演奏。
所述的多媒体钢琴自动演奏系统中，所述解码盒包括：
数据接收模块，用于接收MIDI数据；
电平转换模块，用于通过光耦隔离将所述MIDI数据的差分电平转换为TTL电平，得到TTL电平数据；
解码模块，用于提升所述TTL电平数据的波特率，并在TTL电平数据中加入校验信息后将其打包成一个数据帧发送给驱动板。
所述的多媒体钢琴自动演奏系统中，所述数据接收模块包括蓝牙模块。
所述的多媒体钢琴自动演奏系统中，所述数据接收模块还包括耳机接口、MIDI接口、USB接口中的一种或多种。
所述的多媒体钢琴自动演奏系统中，所述解码模块具体用于，将所述TTL电平数据的波特率提升至115200波特率，并在TTL电平数据中加入预设字节的冗余校验信息，将所述TTL电平数据打包成一个数据帧发送给驱动板。
所述的多媒体钢琴自动演奏系统中，所述电平转换模块包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、晶振、第一芯片和第二芯片；所述第一芯片的D+端和D-端连接数据接收模块，所述第一芯片的TX端连接第二芯片的IN-端，所述第一芯片的RX端连接第二芯片的OUT端，所述第一芯片的CAP端通过第一电容接地，所述第一芯片的XIN端连接第二电容的一端和晶振的一端，所述第二电容的另一端接地，所述第一芯片的XOUT端连接晶振的另一端、并通过第三电容接地；所述第一芯片的5V-USB端连接USB供电端、并通过第四电容接地；所述第二芯片的IN+端通过第一电阻连接USB供电端，所述第二芯片的VCC端连接供电端、第二芯片的EN端和第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接第二芯片的OUT端。
所述的多媒体钢琴自动演奏系统中，所述第二芯片为高速光耦芯片。
所述的多媒体钢琴自动演奏系统中，所述第一芯片的型号为CH345。
一种多媒体钢琴自动演奏方法，包括如下步骤：
A、解码盒将接收到的MIDI数据转换为TTL电平数据，并将所述TTL电平数据通过RS485接口传输给驱动板；
B、驱动板根据接收到的TTL电平数据，驱动多媒体钢琴的对应琴键，实现自动演奏。
一种多媒体钢琴，包括如上所述的自动演奏系统。
相较于现有技术，本发明提供一种多媒体钢琴及其自动演奏方法、系统，其中，所述自动演奏系统包括解码盒和驱动板。本发明通过解码盒将接收到的MIDI数据转换为TTL电平数据，并将所述TTL电平数据通过RS485接口传输给驱动板；进而由驱动板根据接收到的TTL电平数据，驱动多媒体钢琴的对应琴键，实现自动演奏。本发明通过将MIDI数据转化为TTL电平数据，并以RS485接口进行传输，极大的提高了数据传输的距离。
附图说明
图1为本发明提供的多媒体钢琴自动演奏系统的结构示意图。
图2为本发明提供的多媒体钢琴自动演奏系统的结构框图。
图3为本发明提供的多媒体钢琴自动演奏系统中，电平转换模块的电路图。
图4为本发明提供的多媒体钢琴自动演奏方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种多媒体钢琴及其自动演奏方法、系统。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种多媒体钢琴，其包括自动演奏系统。请参阅图1和图2，所述自动演奏系统，包括解码盒10、驱动板20和电源30。所述解码盒10和电源30均连接驱动板20。
所述解码盒10，用于接收外部智能设备发出的MIDI(Musical InstrumentDigital Interface)数据，将接收到的MIDI数据转换为TTL电平数据，并将所述TTL电平数据通过RS485接口传输给驱动板20。具体的，所述解码盒10将现有的标准MIDI协议转换为标准的TTL电平的串口数据，即标准的MIDI信号为串口协议，电气层为差分传输，通过隔离光耦将差分电平转换为TTL电平以供驱动板20的CPU（中央处理器）读取。所述智能设备包括电脑、智能手机、平板电脑等能提供MIDI数据的设备。
所述驱动板20，用于根据接收到的TTL电平数据，驱动多媒体钢琴的对应琴键，实现自动演奏。所述多媒体钢琴的所有琴键对应均设置有电磁铁，所述驱动板20通过给所述电磁铁通电和断电，实现对琴键按下和弹起的控制。
所述电源30，用于为所述多媒体钢琴提供电源。
解码盒10与驱动板20之间通过自定义的协议以标准的RS485电平进行数据传输，可以有效增加解码盒10与驱动板20之间数据传输的距离。传输线材质可以用普通的网线即可传输1km以上，换而言之，所述解码盒10与驱动板20之间通过网线40连接。
进一步的，所述解码盒10包括数据接收模块110、电平转换模块120和解码模块130。所述数据接收模块110通过电平转换模块120连接解码模块130，所述解码模块130连接所述驱动板20。
所述数据接收模块110，用于接收外部智能设备发出的MIDI数据及控制信息。所述数据接收模块110包括蓝牙模块（蓝牙4.0）。由此，本发明利用蓝牙传输MIDI流（MIDI数据）及控制信息，不仅可以做到无线连接就能实现钢琴自动演奏的功能，而且蓝牙传输的距离较USB连接线和MIDI连接线传输的距离更远。智能设备利用蓝牙可以实现与自动演奏解码盒的快速连接，可以使用移动智能设备（如手机 ipad等）对钢琴的演奏进行控制，使用更方便。进一步的，所述数据接收模块110还包括耳机接口、MIDI接口、USB接口中的一种或多种。通过设置多种接口来接收MIDI数据，提高了多媒体钢琴的使用范围，为使用者提供多种接口选择。
所述电平转换模块120，用于通过光耦隔离将所述MIDI数据的差分电平转换为TTL电平，得到TTL电平数据。
所述解码模块130，用于提升所述TTL电平数据的波特率，并在TTL电平数据中加入校验信息后将其打包成一个数据帧发送给驱动板20。具体的，所述电平转换模块120得到的TTL电平数据的波特率为31250，由所述解码模块130进行预处理，将TTL电平数据的波特率提升至115200波特率，并在TTL电平数据中加入预设字节的冗余校验信息，将所述TTL电平数据打包成一个数据帧发送给驱动板。这样保证了MIDI流的实时性，有降低数据的误码率。数据流以31250波特率传输时每一个字节所需时间320us，每一个按键动作至少需要3个字节即960us，当把这些数据转换为更高波特率115200bps时，每一个字节则需要86.8us。所以在一个按键信息所需的时间内可以传输960us/86.8us=11个字节，这样3个字节的数据理论上可以增加8个字节作为冗余校验。在本实施例中采用5个字节作为一个数据帧，格式如下：
FF DATA0 DATA1 CRCH CHCL
其中，FF为帧头，DATA0为键号信息，DATA1为力度信息，CRCH 为CRC16校验的高8位字节，CRCL 为CRC16校验的低8位字节。
所述解码模块130可以是单片机。
请参阅图3，所述电平转换模块120包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、晶振X、第一芯片U1和第二芯片U2；所述第一芯片U1的D+端和D-端连接数据接收模块110，具体的，所述第一芯片U1的D+端和D-端对应连接USB接口的D+端和D-端。所述第一芯片U1的TX端连接第二芯片U2的IN-端，所述第一芯片U1的RX端连接第二芯片U2的OUT端，所述第一芯片U1的CAP端通过第一电容C1接地，所述第一芯片U1的XIN端连接第二电容C2的一端和晶振X的一端，所述第二电容C2的另一端接地，所述第一芯片U1的XOUT端连接晶振X的另一端、并通过第三电容C3接地；所述第一芯片U1的5V-USB端连接USB供电端USBVCC、并通过第四电容C4接地；所述第二芯片U2的IN+端通过第一电阻R1连接USB供电端USBVCC，所述第二芯片U2的VCC端连接供电端VCC、第二芯片U2的EN端和第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接第二芯片U2的OUT端。
其中，所述第一芯片U1的型号为CH345。所述第二芯片U2为高速光耦芯片，其型号为6N137。所述USB供电端USBVCC、USBGND为智能设备的USB接口提供的电源，供电端VCC为电路板提供的电源。第一芯片U1的作用是将USB接口的MIDI流转换为TTL电平的串口数据MIDITX，并将所述串口数据从TX端输出给第二芯片U2的IN-端；所述串口数据驱动第二芯片U2（光耦），使串口数据通过光隔离输出相同逻辑电平的MCU_UART_RX，这样就可以把智能设备的电源和电路板的电源隔离开，可以大大降低对智能设备的损坏程度。所述数据接收模块、电平转换模块和解码模块均设置在一个PCB板上，该PCB板固定在解码盒内。
综上所述，本发明通过在解码盒上设置蓝牙4.0，实现了无线连接控制功能。通过对数据进行校验，降低了误码率。数据传输采用RS485数据传输方式，差分电平传输，增强信号的信噪比，硬件上降低误码率，传输距离更长。
基于上述实施例提供的多媒体钢琴自动演奏系统，本发明还提供一种多媒体钢琴自动演奏方法，如图4所示，所述方法包括如下步骤：
S10、解码盒将接收到的MIDI数据转换为TTL电平数据，并将所述TTL电平数据通过RS485接口传输给驱动板。其中，所述步骤S10具体包括：
数据接收模块接收外部智能设备发出的MIDI数据及控制信息；
电平转换模块通过光耦隔离将所述MIDI数据的差分电平转换为TTL电平，得到TTL电平数据；
解码模块提升所述TTL电平数据的波特率，并在TTL电平数据中加入校验信息后将其打包成一个数据帧发送给驱动板。
S20、驱动板根据接收到的TTL电平数据，驱动多媒体钢琴的对应琴键，实现自动演奏。
由于所述自动演奏方法的原理、特点在上述系统实施例中已详细阐述，在此不再赘述。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种多媒体钢琴自动演奏系统，其特征在于，包括：
解码盒，用于将接收到的MIDI数据转换为TTL电平数据，并将所述TTL电平数据通过RS485接口传输给驱动板；
所述驱动板，用于根据接收到的TTL电平数据，驱动多媒体钢琴的对应琴键，实现自动演奏。
2.根据权利要求1所述的多媒体钢琴自动演奏系统，其特征在于，所述解码盒包括：
数据接收模块，用于接收MIDI数据；
电平转换模块，用于通过光耦隔离将所述MIDI数据的差分电平转换为TTL电平，得到TTL电平数据；
解码模块，用于提升所述TTL电平数据的波特率，并在TTL电平数据中加入校验信息后将其打包成一个数据帧发送给驱动板。
3.根据权利要求2所述的多媒体钢琴自动演奏系统，其特征在于，所述数据接收模块包括蓝牙模块。
4.根据权利要求3所述的多媒体钢琴自动演奏系统，其特征在于，所述数据接收模块还包括耳机接口、MIDI接口、USB接口中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的多媒体钢琴自动演奏系统，其特征在于，所述解码模块具体用于，将所述TTL电平数据的波特率提升至115200波特率，并在TTL电平数据中加入预设字节的冗余校验信息，将所述TTL电平数据打包成一个数据帧发送给驱动板。
6.根据权利要求2所述的多媒体钢琴自动演奏系统，其特征在于，所述电平转换模块包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、晶振、第一芯片和第二芯片；所述第一芯片的D+端和D-端连接数据接收模块，所述第一芯片的TX端连接第二芯片的IN-端，所述第一芯片的RX端连接第二芯片的OUT端，所述第一芯片的CAP端通过第一电容接地，所述第一芯片的XIN端连接第二电容的一端和晶振的一端，所述第二电容的另一端接地，所述第一芯片的XOUT端连接晶振的另一端、并通过第三电容接地；所述第一芯片的5V-USB端连接USB供电端、并通过第四电容接地；所述第二芯片的IN+端通过第一电阻连接USB供电端，所述第二芯片的VCC端连接供电端、第二芯片的EN端和第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接第二芯片的OUT端。
7.根据权利要求6所述的多媒体钢琴自动演奏系统，其特征在于，所述第二芯片为高速光耦芯片。
8.根据权利要求6所述的多媒体钢琴自动演奏系统，其特征在于，所述第一芯片的型号为CH345。
9.一种多媒体钢琴自动演奏方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、解码盒将接收到的MIDI数据转换为TTL电平数据，并将所述TTL电平数据通过RS485接口传输给驱动板；
B、驱动板根据接收到的TTL电平数据，驱动多媒体钢琴的对应琴键，实现自动演奏。
10.一种多媒体钢琴，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的自动演奏系统。
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