CN107204135A - 一种电子琴远程智能教学系统 - Google Patents

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Abstract

一种电子琴远程智能教学系统，涉及物联网智能教学领域，为了解决现有的远程的电子琴教学系统无法为学习者提供大数据参考以及学习者无法自主选择学习模式的问题。本发明的人机交互子系统输入指令、采集视频与音频信号、将接收的信号转换、指示电子琴琴键是否被按下；琴键检测与控制子系统获取按键信息、控制电子琴发声；自动演奏子系统控制电子琴演奏；网络通信模块传输按键信息和视频与音频信号；用户端主控器接收用户指令、将按键信息发送、将信号传输至人机交互子系统、将视频与音频信号和按键信息发送至网络通信模块；云服务器模块交换按键信息和视频与音频信号通过数据库模块存储。有益效果为学习者能够自主选择学习模式并提供大数据。

Description

一种电子琴远程智能教学系统
技术领域
本发明涉及物联网智能教学领域。
背景技术
随着人民群众物质文化生活的日益丰富，人们对音乐教学的需求日益增加。然而，传统电子琴教学指导仅能面对面进行，而现有远程教学解决方案不能充分发挥现代化信息技术优势，现有的远程教学系统局限于单一的声光信号的传输，无法将学生与教师在弹奏时产生的海量信息进行充分的利用，仅仅发挥了传递信息的功能，并且在音频信号传输中，经常会有延时和失真的可能性，并且无法为教学提供更多的帮助，现有的远程电子琴教学系统无法直观的观察电子琴琴键被按下的情况，仅能够通过视频或灯光信号观察正确的弹奏方式，而老师的弹奏电子琴的节奏和力度几乎无法通过该系统直观地表现出来；并且现有的远程电子琴教学系统各项功能均与老师绑定，无法为学习者自主练习提供帮助。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的远程的电子琴教学系统无法为学习者提供大数据参考以及学习者无法自主选择学习模式的问题，提出一种电子琴远程智能教学系统。
本发明所述的一种电子琴远程智能教学系统，该系统包括云端模块和多个用户端模块；
所述多个用户端模块由老师及学习者分别持有；
每个用户端模块均包括人机交互子系统、琴键检测与控制子系统、自动演奏子系统、网络通信模块和用户端主控器；
人机交互子系统，用于输入用户指令，还用于实时采集用户的视频与音频信号，还用于播放与显示接收的视频与音频信号，还用于指示电子琴相应琴键是否被按下，还用于播放语音教学提示音；
琴键检测与控制子系统，用于获取电子琴琴键的按键信息，还用于将按键信息转换为电信号控制电子琴发声；
自动演奏子系统，用于根据按键信息控制电子琴进行演奏；
网络通信模块，用于与其他用户端模块交换按键信息和视频与音频信号；
用户端主控器，用于根据用户指令，控制人机交互子系统、琴键检测与控制子系统、自动演奏子系统和网络通信模块工作；
当用户指令为自动弹奏指令时，控制自动演奏子系统演奏需弹奏的按键信息；
当用户指令为琴键指示指令时，选择弹奏曲目，根据电子琴琴键的状态，控制人机交互子系统提示相应琴键是否被按下，及与弹奏曲目比对，提示是否正确；
当用户指令为声音演奏指令时，控制琴键检测与控制子系统将需演奏的按键信息转换成电信号，控制电子琴工作；
所述云端模块包括云服务器模块和数据库模块；
云服务器模块，用于交换按键信息，用于交换视频与音频信号；
数据库模块，用于存储按键信息，用于存储视频与音频信号。
本发明的有益效果是通过人机交互子系统学习者能够自主选择学习模式，利用自动演奏子系统将弹奏的乐曲编码，通过另一个自动演奏子系统对乐曲进行还原，避免了直接传送音频信号带来的延时和失真；数据库模块能够自动收集学习者的练习数据与老师的示范数据，将对两者进行对比后能够自动得出学习者的问题所在；通过对大数据的分析，能够智能的得出学习者技巧的薄弱之处并为之规划练习方案，同时还会为老师教学提供参考数据；通过琴键检测与控制子系统能够实时纠正学习者的错误，达到智能陪练的效果。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种电子琴远程智能教学系统的结构框图；
图2为具体实施方式一中用户端模块的结构框图；
图3为具体实施方式二中人机交互子系统的结构框图；
图4为具体实施方式三中自动演奏子系统的结构框图；
图5为具体实施方式四中琴键检测与控制子系统的结构框图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种电子琴远程智能教学系统，其特征在于，该系统包括云端模块1和多个用户端模块2；
所述多个用户端模块2由老师及学习者分别持有；
每个用户端模块2均包括人机交互子系统2-1、琴键检测与控制子系统2-2、自动演奏子系统2-3、网络通信模块2-4和用户端主控器2-5；
人机交互子系统2-1，用于输入用户指令，还用于实时采集用户的视频与音频信号，还用于播放与显示接收的视频与音频信号，还用于指示电子琴相应琴键是否被按下，还用于播放语音教学提示音；
琴键检测与控制子系统2-2，用于获取电子琴琴键的按键信息，还用于将按键信息转换为电信号控制电子琴发声；
自动演奏子系统2-3，用于根据按键信息控制电子琴进行演奏；
网络通信模块2-4，用于与其他用户端模块2交换按键信息和视频与音频信号；
用户端主控器2-5，用于根据用户指令，控制人机交互子系统2-1、琴键检测与控制子系统2-2、自动演奏子系统2-3和网络通信模块2-4工作；
当用户指令为自动弹奏指令时，控制自动演奏子系统2-3演奏需弹奏的按键信息；
当用户指令为琴键指示指令时，选择弹奏曲目，根据电子琴琴键的状态，控制人机交互子系统2-3提示相应琴键是否被按下，及与弹奏曲目比对，提示是否正确；
当用户指令为声音演奏指令时，控制琴键检测与控制子系统2-2将需演奏的按键信息转换成电信号，控制电子琴工作；
所述云端模块1包括云服务器模块1-1和数据库模块1-2；
云服务器模块1-1，用于交换按键信息，用于交换视频与音频信号；
数据库模块1-2，用于存储按键信息，用于存储视频与音频信号。
在本实施方式中，用户端主控器2-5分别与网络通信模块2-4、自动演奏子系统2-3、琴键检测与控制子系统2-2和人机交互子系统2-1以排线连接；用户端主控器2-5采用Beagle Bone Black迷你主板，并通过软件控制程序实现实时教学、自主练习、教学大数据分析、音乐游戏和在线测试等功能；数据库模块1-2采用MySQL数据库模块，网络通信模块2-4利用有线网络、Wifi、4G等多种方式完成数据的交换，在网络通信模块2-4中，音视频信息与弹奏信息分开传输，当音视频信号延迟较高时，用户端主控制器2-5将视情况将其丢弃，以保证弹奏信息的正常传输。
本实施方式所述的一种电子琴远程智能教学系统具备以下功能：
1、实时教学功能：本功能可帮助老师进行远程音乐教学；该电子琴远程智能教学系统能够将老师的弹奏信息实时地传递给学生，老师亦能够借助该电子琴远程智能教学系统观察学生的实时弹奏情况；根据实际教学的不同需求，该电子琴远程智能教学系统能够利用不同的方式表现弹奏信息。
2、自主练习功能：本功能可帮助学习者在没有老师指导的情况下进行高效的自主练习；面对学习者自主练习时的不同需求，该电子琴远程智能教学系统能够根据数据库模块1-2存储的曲目信息，以不同方式引导学习者练习；学习者进行练习时，该电子琴远程智能教学系统能够搜集并分析学习者的表现，为学习者规划出科学合理的练习方案；所述练习方案包括练习内容、练习强度、复习计划等指导性内容；在学习者练习的过程中，该电子琴远程智能教学系统能够利用语音实时对学生进行指导，纠正漏弹、错弹等技术失误，达到智能陪练的效果。
3、教学大数据功能分析：本功能可帮助老师和学习者直观地分析以往的教学与练习记录，在老师与学习者进行日常的教学与练习时，该电子琴远程智能教学系统会搜集学生的表现情况；所述表现情况包含弹奏的错误率、错误类型、常错曲目等信息，该电子琴远程智能教学系统对搜集到的数据进行分析后，用户可随时查看学生的正确率进步曲线、弹奏技法缺陷等信息，为改进教学方式提供数据参考。
4、在线测试功能：本功能可帮助学习者远程参加测试，在测试中，该电子琴远程智能教学系统将要求学生弹奏指定曲目并根据收集到的弹奏信息进行自动打分或以自动弹奏的方式在教师处再现学生表现，由教师打分。
5、音乐游戏功能：本功能可帮助学生在本系统上玩音乐游戏。在此模式下，电子琴琴键将作为输入设备，老师在人机交互子系统2-1上引导学习者进行游戏。
本实施方式所述的一种电子琴远程智能教学系统允许学习者将电子琴实体键盘作为音乐游戏的输入设备，从而用电子琴实体键盘玩音乐游戏，从而达到寓教于乐的效果。
具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电子琴远程智能教学系统进一步限定，在本实施方式中，所述人机交互子系统2-1包括显示器2-1-1、实时音视频模块2-1-2、语音教学模块2-1-3、功能选择按键2-1-4和LED琴键指示灯2-1-5；
显示器2-1-1，用于显示接收的视频信号；
实时音视频模块2-1-2，用于实时采集用户的视频与音频信号，并将实时采集的视频与音频信号发送至用户端主控器2-5；
语音教学模块2-1-3，用于播放语音教学提示音；
功能选择按键2-1-4，用于输入用户指令；
LED琴键指示灯2-1-5，用于指示电子琴相应琴键是否被按下。
在本实施方式中，利用声音、LED和自动弹奏三种方式表现弹奏信息。
具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的一种电子琴远程智能教学系统进一步限定，在本实施方式中，所述自动演奏子系统2-3包括自动演奏子系统主控制器2-3-1、电机控制器2-3-2、步进电机2-3-3和机械机构2-3-4；
主控制器2-3-1，用于根据用户端主控器2-5发送的按键信息发出控制信号；
电机控制器2-3-2，用于根据控制信号控制步进电机2-3-3旋转；
步进电机2-3-3，用于牵引电子琴琴键；
机械机构2-3-4，用于辅助步进电机2-3-3对电子琴琴键进行牵引。
在本实施方式中，机械机构2-3-4包括滑轮和线，线的一端与步进电机2-3-3的旋转机构相连，线的另一端通过滑轮连接在电子琴琴键上。
具体实施方式四：结合图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的一种电子琴远程智能教学系统进一步限定，在本实施方式中，所述琴键检测与控制子系统2-2包括信息收发模块2-2-1、按键信息获取与控制模块2-2-2和信息处理模块2-2-3；
信息收发模块2-2-1，用于将用户端主控器2-5发送的按键信息发送至信息处理模块2-2-3，还用于将信息处理模块2-2-3发送的按键信息发送至用户端主控器2-5；
信息处理模块2-2-3，用于将信息收发模块2-2-1发送的按键信息转换为电信号，还用于将电子琴琴键的状态信息转换为按键信息；
按键信息获取与控制模块2-2-2，用于根据电信号向电子琴主控芯片发出控制指令，还用于获取电子琴琴键的状态信息。

Claims (4)

1.一种电子琴远程智能教学系统，其特征在于，该系统包括云端模块(1)和多个用户端模块(2)；
所述多个用户端模块(2)由老师及学习者分别持有；
每个用户端模块(2)均包括人机交互子系统(2-1)、琴键检测与控制子系统(2-2)、自动演奏子系统(2-3)、网络通信模块(2-4)和用户端主控器(2-5)；
人机交互子系统(2-1)，用于输入用户指令，还用于实时采集用户的视频与音频信号，还用于播放与显示接收的视频与音频信号，还用于指示电子琴相应琴键是否被按下，还用于播放语音教学提示音；
琴键检测与控制子系统(2-2)，用于获取电子琴琴键的按键信息，还用于将按键信息转换为电信号控制电子琴发声；
自动演奏子系统(2-3)，用于根据按键信息控制电子琴进行演奏；
网络通信模块(2-4)，用于与其他用户端模块(2)交换按键信息和视频与音频信号；
用户端主控器(2-5)，用于根据用户指令，控制人机交互子系统(2-1)、琴键检测与控制子系统(2-2)、自动演奏子系统(2-3)和网络通信模块(2-4)工作；
当用户指令为自动弹奏指令时，控制自动演奏子系统(2-3)演奏需弹奏的按键信息；
当用户指令为琴键指示指令时，选择弹奏曲目，根据电子琴琴键的状态，控制人机交互子系统(2-3)提示相应琴键是否被按下，及与弹奏曲目比对，提示是否正确；
当用户指令为声音演奏指令时，控制琴键检测与控制子系统(2-2)将需演奏的按键信息转换成电信号，控制电子琴工作；
所述云端模块(1)包括云服务器模块(1-1)和数据库模块(1-2)；
云服务器模块(1-1)，用于交换按键信息，用于交换视频与音频信号；
数据库模块(1-2)，用于存储按键信息，用于存储视频与音频信号。
2.根据权利要求1所述的一种电子琴远程智能教学系统，其特征在于，所述人机交互子系统(2-1)包括显示器(2-1-1)、实时音视频模块(2-1-2)、语音教学模块(2-1-3)、功能选择按键(2-1-4)和LED琴键指示灯(2-1-5)；
显示器(2-1-1)，用于显示接收的视频信号；
实时音视频模块(2-1-2)，用于实时采集用户的视频与音频信号，并将实时采集的视频与音频信号发送至用户端主控器(2-5)；
语音教学模块(2-1-3)，用于播放语音教学提示音；
功能选择按键(2-1-4)，用于输入用户指令；
LED琴键指示灯(2-1-5)，用于指示电子琴相应琴键是否被按下。
3.根据权利要求2所述的一种电子琴远程智能教学系统，其特征在于，所述自动演奏子系统(2-3)包括自动演奏子系统主控制器(2-3-1)、电机控制器(2-3-2)、步进电机(2-3-3)和机械机构(2-3-4)；
主控制器(2-3-1)，用于根据用户端主控器(2-5)发送的按键信息发出控制信号；
电机控制器(2-3-2)，用于根据控制信号控制步进电机(2-3-3)旋转；
步进电机(2-3-3)，用于牵引电子琴琴键；
机械机构(2-3-4)，用于辅助步进电机(2-3-3)对电子琴琴键进行牵引。
4.根据权利要求3所述的一种电子琴远程智能教学系统，其特征在于，所述琴键检测与控制子系统(2-2)包括信息收发模块(2-2-1)、按键信息获取与控制模块(2-2-2)和信息处理模块(2-2-3)；
信息收发模块(2-2-1)，用于将用户端主控器(2-5)发送的按键信息发送至信息处理模块(2-2-3)，还用于将信息处理模块(2-2-3)发送的按键信息发送至用户端主控器(2-5)；
信息处理模块(2-2-3)，用于将信息收发模块(2-2-1)发送的按键信息转换为电信号，还用于将电子琴琴键的状态信息转换为按键信息；
按键信息获取与控制模块(2-2-2)，用于根据电信号向电子琴主控芯片发出控制指令，还用于获取电子琴琴键的状态信息。
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