CN108364629A - 一种智能调节电子琴、其控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种智能调节电子琴、其控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能调节电子琴、其控制系统及其控制方法，包括控制系统，控制系统包括控制模块、显示模块、按键模块、温度湿度检测模块、光照度检测模块、实时时钟模块、存储模块、功率放大模块及发声模块以及红外体温检测模块。本发明具有的有益效果：能够通过单片机采集各传感器数据，实时分析判断出弹奏者当前心情好坏，以及现场氛围的好坏，通过改变当前乐曲曲调等参数，使其能达到开导弹奏者心情、渲染现场氛围的目的。

Description

一种智能调节电子琴、其控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于电子乐器技术领域，具体涉及一种智能调节电子琴、其控制系统及其控制方法。
背景技术
夜深人静的时候，往往还有人在弹琴，这说明弹奏者心情不好，很希望通过弹琴让自己的心情变得舒畅一些；当天气阴沉或遇到雷雨天气时，弹奏者心情也会变得消沉或烦躁，此时弹奏者也渴望通过弹奏电子琴让自己的心情离开朦胧区；由于每个人都有一定的生理期(无论性别)，并且有一定规律，处于生理期的弹奏者心情也往往十分低沉，也非常希望通过弹琴让自己的心情变得舒畅；等等……
但当前市场上的电子琴性能单一，只能弹奏乐曲以及播放音乐，缺乏智能控制系统，他只能按弹奏者输入琴键的曲谱来机械的发出声音，电子琴也无法判断识别当前的天气环境，更无法感知弹奏者当前的心情，因此也不具备调节人心情的功能。当现场环境气氛不适宜时，电子琴也不能智能渲染现场气氛。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种智能调节电子琴、其控制系统及其控制方法，能够通过单片机采集各传感器数据，实时分析判断出弹奏者当前心情好坏，以及现场氛围的好坏，通过改变当前乐曲曲调等参数，使其能达到开导弹奏者心情、渲染现场氛围的目的。
为解决现有技术问题，本发明公开了一种智能调节电子琴的控制系统，包括：控制模块、显示模块、按键模块、温度湿度检测模块、光照度检测模块、实时时钟模块、存储模块、功率放大模块及发声模块以及红外体温检测模块；
显示模块、按键模块、温度湿度检测模块、光照度检测模块、实时时钟模块、存储模块、功率放大模块及发声模块以及红外体温检测模块分别与控制模块电联接。
作为优选方案，控制模块包括单片机、晶振电路和复位电路，晶振电路和复位电路与单片机相连，单片机的P0口外接一排阻R1。
作为优选方案，显示模块的芯片型号为LCD12864HZ，其通过串行接口连接控制模块的两个端口。
作为优选方案，按键模块包括四行四列设置的按键，每行的四个按键的其中一端均连接控制模块的同一个端口，另一端分别连接控制模块的另外四个端口，每列的四个按键的其中一端均连接控制模块的同一个端口，另一端分别连接控制模块的另外四个端口，共占用控制模块的八个端口，该八个端口外接一排阻R5。
作为优选方案，温度湿度检测模块的芯片型号为DHT11，其占用控制模块的一个端口；
光照度检测模块的芯片型号为GY-30，其占用控制模块的三个端口；
红外体温检测模块的芯片型号为MLX90614，其占用控制模块的两个端口；
实时时钟模块的芯片型号为DS1302，其占用控制模块的三个端口。
作为优选方案，功率放大模块及发声模块包括PNP型三极管和无源蜂鸣器，其占用控制模块的一个端口；存储模块的芯片型号为AT24C08，其占用控制模块的两个端口。
本发明还公开了一种智能调节电子琴的控制方法，包括如下步骤：
步骤一、系统进行初始化配置；
步骤二、控制模块读取按键模块输入信息及温度湿度检测模块、光照度检测模块、实时时钟模块以及红外体温检测模块的检测信息；
步骤三、控制模块检测判断信息是否满足调节条件，若是则转向步骤四，若否则转向步骤七；
步骤四、控制模块根据判断结果确定是否提高当前弹奏乐曲的曲调，若是则转向步骤五，若否则转向步骤六；
步骤五、控制模块调高乐曲的曲调，转向步骤八；
步骤六、控制模块调低乐曲的曲调，转向步骤八；
步骤七、控制模块保持乐曲的正常曲调不变，转向步骤八；
步骤八、控制模块控制功率放大模块使发声模块发声，转向步骤九；
步骤九、显示模块显示当前数据信息，转向步骤二。
作为优选方案，步骤三中，检测判断信息包括：当前时间、当前环境光照度、当前环境温度、当前环境湿度、弹奏者生理状况及弹奏者弹奏速度。
作为优选方案，步骤四中，满足下列任一条件则调高乐曲的曲调，否则调低乐曲的曲调：
当前时间在设定时间段内，当前环境光照度高于设定值，当前环境温度低于设定值，当前环境湿度低于设定值，弹奏者体温高于设定值，弹奏者处于生理期，弹奏速度慢于正常速度；
设定时间、环境参数、乐曲信息及弹奏者生理信息均通过按键模块输入并保存至存储模块中。
作为优选方案，步骤四中，若同时出现需要调高曲调和调低曲调的情况时，控制模块不对乐曲曲调进行调节。
本发明还公开了一种智能调节电子琴，包括上述控制系统。
本发明具有的有益效果：能够通过单片机采集各传感器数据，实时分析判断出弹奏者当前心情好坏，以及现场氛围的好坏，通过改变当前乐曲曲调等参数，使其能达到开导弹奏者心情、渲染现场氛围的目的。
附图说明
图1为本发明中电路结构框图；
图2为发明中控制模块的电路图；
图3为本发明中显示模块的电路图；
图4为本发明中按键模块的电路图；
图5为本发明中温度湿度检测模块的电路图；
图6为本发明中光照度检测模块的电路图；
图7为本发明中实时时钟模块的电路图；
图8为本发明中存储模块的电路图；
图9为本发明中功率放大模块及发声模块的电路图；
图10为本发明中红外体温检测模块的电路图；
图11为本发明中调节过程的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种智能调节电子琴，包括控制系统，控制系统包括控制模块、显示模块、按键模块、温度湿度检测模块、光照度检测模块、实时时钟模块、存储模块、功率放大模块及发声模块以及红外体温检测模块。各个模块可集成化连接，有助于降低生产成本，节约内部空间。
如图2所示，控制模块包括单片机、晶振电路和复位电路；作为一种典型的实施方式，单片机采用51型单片机，其I/O口包括8个P0口(P0.0-P0.7)，8个P1口(P1.0-P1.7)，8个P2口(P2.0-P2.7)，8个P3口(P3.0-P3.7)。晶振电路的两个连接端分别与单片机的XTAL1口和XTAL2口连接，复位电路的连接端与单片机的RST/VPD口连接。由于该单片机的P0口是漏极开路的结构，不具备输出高电平的能力，所以在P0口外接一上拉排阻R1，增加它的驱动能力。
如图3所示，显示模块作为电子琴的显示输出端，其芯片型号为LCD12864HZ，其直观反映当前的温度、湿度、光照度以及乐曲名称等信息，为节约单片机的I/O口，显示模块采用串行接口连接方式与单片机的P1.6口和P1.7口相连。
如图4所示，按键模块作为电子琴的输入端，其占用了P2口处的8个I/O口，按键模块包括K1至K16共16个按键，采用4行4列形式设置，用来作为电子琴的按键弹奏乐曲。第一行按键包括K1至K4，第二行按键包括K5至K8，第三行按键包括K9至K12，第四行按键包括K13至K16，其中，第一行按键的一端均与单片机的P2.0口连接，另一端分别与单片机的P2.4口至P2.7口连接；第二行按键的一端均与单片机的P2.1口连接，另一端分别与单片机的P2.4口至P2.7口连接，第三行按键的一端均与单片机的P2.2口连接，另一端分别与单片机的P2.4口至P2.7口连接，第四行按键的一端均与单片机的P2.3口连接，另一端分别与单片机的P2.4口至P2.7口连接。在P2口外接一排阻R5，使得这8个I/O口的驱动能力增加，弹奏时按键的稳定性得到提高。
如图5所示，温度湿度检测模块作为传感器之一，其芯片型号为DHT11，实时检测当前环境的温度湿度参数，其与单片机的P1.2口相连。
如图6所示，光照度检测模块作为传感器之一，其芯片型号为GY-30，反馈光照度信息，其与单片机的P0.0口、P0.1口和P0.2口相连。
如图7所示，实时时钟模块的芯片型号为DS1302，提供弹奏者生理相关信息，给单片机提供决策依据，其与单片机的P1.3口、P1.4口P1.5口相连。
如图8所示，存储模块的芯片型号为AT24C08，存储相关信息，如歌曲、相关设定值及弹奏者个人信息等，方便单片机的调用，其与单片机的P1.0口和P1.1口相连。
如图9所示，功率放大模块及发声模块包括PNP型三极管和无源蜂鸣器，三极管的基极通过一电阻R8与单片机的P0.4口相连，其发射极与VCC端连接，其集电极与无源蜂鸣器的一端相连，无源蜂鸣器的另一端接地。其中，三极管的发射极还连接一型号为1N5819的肖特基二极管的阴极，其集电极连接该二极管的阳极。
如图10所示，红外体温检测模块的芯片型号为MLX90614，用来实时检测弹奏者的当前体温，与单片机的P3.0口和P3.1口相连。
本发明的工作原理及过程
如图11所示，系统首先进行初始化，包括对各传感器模块的配置，数据存储区规划等。然后读取按键模块输入信息，再读取各个传感器模块信息，然后判断是否满足心情调节的条件，如果不满足心情调节的条件，例如：非夜深人静、非雷雨天气，演奏者身体状态良好，非生理期，以及控制逻辑冲突等情况，则认为不需要进行心情调节，正常演奏乐曲，曲调不变。如果此时判断满足心情调节条件，则判断是否需要提高当前乐曲曲调，如果是，则提高当前乐曲曲调，否则降低当前乐曲曲调。判断完毕将控制发声模块的发声，最后显示当前的数据信息，至此一个循环处理完毕，系统将转入下一次新的循环检测判断处理。
本系统具体从以下几个方面来进行判断处理：
(1)判断当前时间是否为深夜凌晨等时间段(如：22点至凌晨4点)，，以及是否为生理期(例如：每月月初7天)，从而作出智能调节：
当弹奏者在此时间段弹奏电子琴时，单片机通过采集实时时钟模块输出的当前时间信息，并与事先设定保存在存储模块中的深夜凌晨时间段进行对比，如果当前时间处在该时间段，则认为当前时间为深夜凌晨时间段，可判断当前弹奏者心情不好需要调节，单片机将会缓慢提高当前曲调，以达到开导调节弹奏者心情的目的。
单片机还可以通过实时时钟模块来判断当前时间是否处于生理期时间段，并与存储模块中的生理期时间段进行比对，如果处于生理期时间段，处于生理期的弹奏者心情往往十分低沉，则单片机将乐曲的曲调缓慢自动调高，达到对弹奏者心情开导调节的目的。
(2)判断当前弹奏者的动作表现，从而作出智能调节：
当弹奏者心情不悦时，弹奏者在弹奏乐曲时会表现多种反常现象，心情发怒时，按键弹奏速度过快，情绪悲伤时，按键弹奏速度过慢。单片机系统事先保存好常用的乐曲的曲调和节拍到存储模块中，单片机将该存储模块中的乐曲的节拍与弹奏者实际弹奏的节拍进行对比，当实际弹奏节拍与乐曲节拍长时间(如：10秒内)相差0.5倍以上时，将认定弹奏者心情不悦。此时单片机通过改变当前乐曲曲调来渲染弹奏者心情，如果弹奏节拍大于存储模块中的乐曲实际节拍0.5倍以上时，说明弹奏节奏过慢，则证明弹奏过慢弹奏者为悲伤情绪，此时单片机将乐曲的曲调缓慢自动调高，比如当前为C调，则将曲调调整到D调，以此类推。如果弹奏节拍小于存储模块中的乐曲实际节拍0.5倍以上时，说明弹奏节奏过快，则可判断弹奏者心情为发怒情绪，则单片机系统将乐曲的曲调缓慢自动调低，比如当前如果为D调，则降低到C调等等，以达到对弹奏者心情开导调节的目的。
(3)判断当前环境光线是否阴暗、温度是否偏高、空气湿度是否偏高等，从而作出智能调节：
当弹奏者所处环境光线阴暗(如：光照度低于5000LUX)，或空气温度偏高(如：温度高于35摄氏度)，或空气湿度偏高时(如：湿度高于80％)，弹奏者心情往往烦躁不安。此时单片机系统通过光照度检测模块、温度湿度检测模块等传感器来判断当前环境状态，并与系统存储模块中事先设定的参数进行对比，如果当前空气温度超过系统事先设定的空气温度参数，或者当前空气湿度超过系统事先设定的空气湿度参数，或者当前环境光照度低于系统事先设定的光照度参数，则判定弹奏者心情为烦躁，那么单片机系统会将乐曲的曲调缓慢自动调低，达到弹奏者心情开导的目的。
(4)判断弹奏着身体状态，是否生病发热等，从而作出智能调节：
当弹奏者生病处于发热(如：体温高于38度)时期弹奏乐曲时，弹奏者心情往往低沉。单片机系统会通过红外体温检测模块对弹奏着的体温进行检测，如果体温出现异常(如：体温高于38度)，则单片机会将弹奏的乐曲的曲调缓慢自动调高，达到对弹奏者心情开导的目的。
如果系统检测到当前既需要提高乐曲曲调，又需要降低乐曲曲调的情况下，则认为当前控制逻辑冲突，系统将保持当前乐曲本身的曲调，而不进行调节。例如：系统检测到当前空气温度湿度偏高，弹奏者心情烦躁需要降低乐曲曲调，而系统又检测到当前弹奏者身体发热状况，需要提高当前乐曲曲调，那么此时将不对当前乐曲做任何调节，按乐曲本身正常的曲调来演奏。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能调节电子琴的控制系统，其特征在于：包括：控制模块、显示模块、按键模块、温度湿度检测模块、光照度检测模块、实时时钟模块、存储模块、功率放大模块及发声模块以及红外体温检测模块；
所述显示模块、按键模块、温度湿度检测模块、光照度检测模块、实时时钟模块、存储模块、功率放大模块及发声模块以及红外体温检测模块分别与所述控制模块电联接。
2.根据权利要求1所述的一种智能调节电子琴的控制系统，其特征在于：所述控制模块包括单片机、晶振电路和复位电路，所述晶振电路和所述复位电路与所述单片机相连，所述单片机的P0口外接一排阻R1。
3.根据权利要求1所述的一种智能调节电子琴的控制系统，其特征在于：所述显示模块的芯片型号为LCD12864HZ，其通过串行接口连接所述控制模块的两个端口；所述功率放大模块为PNP型三极管，其占用所述控制模块的一个端口，所述的发声模块为无源蜂鸣器，与功率放大模块连接；所述存储模块的芯片型号为AT24C08，其占用所述控制模块的两个端口。
4.根据权利要求1所述的一种智能调节电子琴的控制系统，其特征在于：所述按键模块包括四行四列设置的按键，每行的四个按键的其中一端均连接所述控制模块的同一个端口，另一端分别连接所述控制模块的另外四个端口，每列的四个按键的其中一端均连接所述控制模块的同一个端口，另一端分别连接所述控制模块的另外四个端口，共占用所述控制模块的八个端口，该八个端口外接一排阻R5。
5.根据权利要求1所述的一种智能调节电子琴的控制系统，其特征在于：所述温度湿度检测模块的芯片型号为DHT11，其占用所述控制模块的一个端口；
所述光照度检测模块的芯片型号为GY-30，其占用所述控制模块的三个端口；
所述红外体温检测模块的芯片型号为MLX90614，其占用所述控制模块的两个端口；
所述实时时钟模块的芯片型号为DS1302，其占用所述控制模块的三个端口。
6.一种智能调节电子琴的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、系统进行初始化配置；
步骤二、控制模块读取按键模块输入信息及温度湿度检测模块、光照度检测模块、实时时钟模块以及红外体温检测模块的检测信息；
步骤三、控制模块检测判断信息是否满足调节条件，若是则转向步骤四，若否则转向步骤七；
步骤四、控制模块根据判断结果确定是否提高当前弹奏乐曲的曲调，若是则转向步骤五，若否则转向步骤六；
步骤五、控制模块调高乐曲的曲调，转向步骤八；
步骤六、控制模块调低乐曲的曲调，转向步骤八；
步骤七、控制模块保持乐曲的正常曲调，转向步骤八；
步骤八、控制模块控制功率放大模块使发声模块发声，转向步骤九；
步骤九、显示模块显示当前数据信息，转向步骤二。
7.根据权利要求6所述的一种智能调节电子琴的控制方法，其特征在于：步骤三中，检测判断信息包括：当前时间、当前环境光照度、当前环境温度、当前环境湿度、弹奏者生理状况及弹奏者弹奏速度。
8.根据权利要求7所述的一种智能调节电子琴的控制方法，其特征在于：步骤四中，满足下列任一条件则调高乐曲的曲调，否则调低乐曲的曲调：
当前时间在设定时间段内，当前环境光照度高于设定值，当前环境温度低于设定值，当前环境湿度低于设定值，弹奏者体温高于设定值，弹奏者处于生理期，弹奏速度慢于正常速度；
设定时间、环境参数、乐曲信息及弹奏者生理信息均通过按键模块输入并保存至存储模块中。
9.根据权利要求8所述的一种智能调节电子琴的控制方法，其特征在于：步骤四中，若同时出现需要调高曲调和调低曲调的情况时，控制模块不对乐曲曲调进行调节。
10.一种智能调节电子琴，其特征在于，包括权利要求5所述的控制系统。
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