CN205582465U - 一种自适应安装的钢琴演奏动作检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自适应安装的钢琴演奏动作检测装置，包括与琴架和琴键相对固定的检测信号采集器件，所述信号采集器件为对射式和反射式红外光电器件。白色琴键采用反射式红外光电器件，黑色琴键采用对射式红外光电器件。当白色琴键被按下时，由于白色琴键与光电器件的距离发生变化，光电器件收到的红外光电信号强弱发生变化，将此变化的模拟电信号传送给板载CPU进行后续处理；当黑色琴键被按下时，对射式红外光电信号发生变化，将变化的模拟信号传送到板载CPU进行后续处理。经过板载CPU处理后的琴键状态信息通过无线蓝牙传送给上位机进行进一步处理。本实用新型反映灵敏、结果精确、便于数字化，成本低，便于大范围推广；并且本实用新型的装置通信可靠，电路功耗小。

Description

一种自适应安装的钢琴演奏动作检测装置

技术领域

本实用新型涉及音乐教学设备技术领域，特别是涉及一种钢琴键盘动作的检测装置。

背景技术

目前国际上使用的是放置于琴键下面的对射式红外光电开关形式的信号釆集装置。信号采集器件为光发射器件、光接收器件、与琴键连接的遮光装置。所述光电发射器件和光接收器件之间安置可以与琴键同步运动的遮光装置。当演奏钢琴时,光发射器件、光接收器件与遮光装置将因键盘相对琴架运动而产生通断,结果光发射器件发出的光电信号或被光电接收器件接收或被阻挡,将弹奏状态、时长等各种键盘动作参数转換为相应的脉冲数字信号,以使后续电路和计算机软件处理,并将检测结果输出。

发明人在进行本发明时发现，现有技术的装置存在以下缺点：一是安装复杂,对安装精度要求很高,需要专业人士花大量时间安装调试,不利于推广；二是破坏钢琴完好性,因为要安装在钢琴键盘下面,需要在钢琴上打孔走线及螺丝固定等。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供自适应安装的钢琴演奏动作检测装置，以克服现有技术安装复杂、破坏钢琴完好性的缺陷。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种钢琴键盘动作的检测装置，所述装置包括检测信号采集器件、光电信号数据处理电路、琴键动作数据处理电路和无线数据传输电路；所述检测信号采集器件、光电信号数据处理电路、琴键动作数据处理电路和无线数据传输电路依次进行电气连接；

所述检测信号采集器件与琴架和琴键相对固定，用于采集琴键的状态信息，并将所述琴键的状态信息通过红外光电信号输出；

所述光电信号数据处理电路用于接收对应的红外光电信号，并将所述红外光电信号进行数字化后生成琴键动作信号；

所述琴键动作数据处理电路用于接收所述琴键动作信号并进行相应处理；

所述无线数据传输电路用于将所述所述琴键动作数据处理电路相应处理后的数据发送至上位机。

其中，所述检测信号采集器件包括与黑色琴键相配合的对射式红外光电器件和与白色琴键相配合的反射式红外光电器件，所述对射式红外光电器件的红外光源与红外光接收器分别固定设置在黑色琴键两侧的光电传感器支架上,所述反射式红外光电器件固定设置在白色琴键上方的光电传感器支架上；所述对射式红外光电器件和反射式红外光电器件不随琴键的动作而动作。

其中，所述对射式红外光电器件为35组，每组两个，分别与钢琴大字一组至小字四组中的35个黑色琴键一一对应；所述反射式红外光电器件为49个，分别与钢琴大字一组至小字四组的49个白色琴键一一对应。

其中，所述光电信号数据处理电路和琴键动作数据处理电路采用STM8单片机。

其中，所述检测信号采集器件输出的红外光电信号直接接入所述STM8单片机。

其中，所述装置还包括指示电路，所述指示电路用于对按键的动作进行指示。

其中，所述指示电路采用单色LED，所述LED由所述STM8单片机的IO引脚直接控制。

其中，所述无线数据传输电路采用高速蓝牙进行无线数据传输，所述无线数据传输电路的蓝牙模块核心为CC2540芯片，采用蓝牙串口透明传输方式，协议采用蓝牙4.0协议；所述蓝牙模块接口为TTL串口，采用BAW56的双二极管实现TLL串口的通信总线。

(三)有益效果

本实用新型的钢琴键盘动作的检测装置具备钢琴琴键动作的实时自动检测的基本功能，解决了钢琴学习装置安装不方便等问题，减少硬件成本，且操作方便。本发明的装置能够方便、快捷、准确的实现钢琴琴键的动作检测，并实时以蓝牙形式无线上传给上位机。本发明反映灵敏、结果精确、便于数字化，成本低，便于大范围推广；并且本发明的装置通信可靠，电路功耗小。

附图说明

图1是本实用新型实施例的一种钢琴键盘动作的检测装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的通过对射式红外光电器件对黑键进行检测的电路图；

图3是本实用新型实施例的通过反射式红外光电器件对白键进行检测的电路图；

图4是本实用新型实施例的STM8单片机的外围电路图；

图5是本实用新型实施例的指示电路的电路图；

图6是本实用新型实施例中无线数据传输电路的蓝牙模块的电路图；

图7是本实用新型实施例中无线数据传输电路的蓝牙模块接口的电路图；

图8是本实用新型实施例中无线数据传输电路的通信串口兼容电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实用新型实施例的一种钢琴键盘动作的检测装置的结构如图1所示，所述装置包括检测信号采集器件、光电信号数据处理电路、琴键动作数据处理电路和无线数据传输电路；所述检测信号采集器件、光电信号数据处理电路、琴键动作数据处理电路和无线数据传输电路依次进行电气连接。

所述检测信号采集器件与琴架和琴键相对固定，用于采集琴键的状态信息，并将所述琴键的状态信息通过红外光电信号输出。所述检测信号采集器件包括与黑色琴键相配合的对射式红外光电器件和与白色琴键相配合的反射式红外光电器件，所述对射式红外光电器件的红外光源与红外光接收器分别固定设置在黑色琴键两侧的光电传感器支架上,所述反射式红外光电器件固定设置在白色琴键上方的光电传感器支架上；所述对射式红外光电器件和反射式红外光电器件不随琴键的动作而动作，但光电信号将随对应琴键的位置变化而变化。所述对射式红外光电器件为35组，每组两个，分别与钢琴大字一组至小字四组中的35个黑色琴键一一对应；所述反射式红外光电器件为49个，分别与钢琴大字一组至小字四组的49个白色琴键一一对应。该对应关系反映琴键的动作节奏、动作速度以及动作力度等信息。本实施例中通过对射式红外光电器件对黑键进行检测的电路如图2所示，通过反射式红外光电器件对白键进行检测的电路如图3所示。本实施例中黑键检测电路和白键检测电路没有采用运算放大器芯片LM324，简化了电路，降低了功耗。

所述光电信号数据处理电路用于接收对应的红外光电信号，并将所述红外光电信号通过模数转换进行数字化后生成琴键动作信号；所述琴键动作数据处理电路用于接收所述琴键动作信号并进行相应处理，实时判断每个琴键的动作方式，并据此实时产生相应的琴键动作数据流。所述光电信号数据处理电路和琴键动作数据处理电路采用基于高性价比的STM8单片机，实现红外光电数字信号的获取、处理、琴键动作数据的产生以及无线数据输出，所述STM8单片机的外围电路如图4所示。所述检测信号采集器件输出的红外光电信号直接接入所述STM8单片机。

所述装置还包括指示电路，所述指示电路用于对按键的动作进行指示。本实施例中所述指示电路采用单色LED，所述LED由所述STM8单片机的IO引脚直接控制，其电路如图5所示。现有技术指示电路部分采用2个指示灯，即红绿双LED，并采用TM1620芯片进行驱动；本实施例的电路采用1个指示灯，即单色红LED，驱动方式取消了TM1620芯片，减小了体积，降低了功耗。

所述无线数据传输电路用于将所述所述琴键动作数据处理电路产生的琴键动作数据流数据发送至上位机。所述无线数据传输电路采用高速蓝牙进行无线数据传输，所述无线数据传输电路的蓝牙模块核心为CC2540芯片，其电路如图6所示；所述无线数据传输电路采用蓝牙串口透明传输方式，协议采用蓝牙4.0协议；所述蓝牙模块接口为TTL串口，其电路如图7所示；为了兼容外接串口和蓝牙串口的TXD，所述无线数据传输电路采用BAW56的双二极管实现TLL串口的通信总线，比现有技术的1N4148具有更低的正向压降(0.2V)，保证了通信的可靠性，其电路如图8所示。

本实用新型的实现过程为琴键动作经由红外传感器输出模拟信号，根据该信号的变化处理器判断琴键的动作，并将其编码成一个8位的字节，用串口将其发送至上位机。本实施例中，当弹奏钢琴时，白色琴键被按下时，由于白色琴键与光电器件的距离发生变化，光电器件收到的红外光电信号强弱发生变化，将此变化的模拟电信号传送给板载CPU进行后续处理。当黑色琴键被按下时，对射式红外光电信号发生变化，将变化的模拟信号传送到板载CPU进行后续处理。经过板载CPU处理后的琴键状态数字信息通过无线蓝牙传送给上位机进行进一步处理。具体过程如下：

如图2所示为5对对射式红外对管，用于检测黑键的动作情况。当黑键按下时，对射式红外对管的接收端输出低电平，反之黑键抬起时输出高电平，根据电平的变化情况就能判断出该黑键的动作情况。当该黑键检测被按下时，所对应的指示灯被MCU驱动亮起，同时将该键的键号、动作编码成一个字节，并通过串口发送至上位机；如果该黑键检测抬起时所对应的指示灯被MCU控制熄灭，同时将该键的键号、动作编码成一个字节，并通过串口发送至上位机。

如图3所示为7对反射式红外对管，用于检测白键的动作情况。当白键按下时，反射式红外对管的接收端输出的电压会升高，反之白键抬起时电压会降低，根据电压的变化情况就能判断出该白键的动作情况。当该白键检测被按下时，所对应的指示灯被MCU驱动亮起，同时将该键的键号、动作编码成一个字节，并通过串口发送至上位机；如果该白键检测抬起时所对应的指示灯被MCU控制熄灭，同时将该键的键号、动作编码成一个字节，并通过串口发送至上位机。

本实用新型的钢琴键盘动作的检测装置具备钢琴琴键动作的实时自动检测的基本功能，解决了钢琴学习装置安装不方便等问题，减少硬件成本，且操作方便。本发明的装置能够方便、快捷、准确的实现钢琴琴键的动作检测，并实时以蓝牙形式无线上传给上位机。本发明反映灵敏、结果精确、便于数字化，成本低，便于大范围推广；并且本发明的装置通信可靠，电路功耗小。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自适应安装的钢琴演奏动作检测装置，其特征在于，所述装置包括检测信号采集器件、光电信号数据处理电路、琴键动作数据处理电路和无线数据传输电路；所述检测信号采集器件、光电信号数据处理电路、琴键动作数据处理电路和无线数据传输电路依次进行电气连接；

所述检测信号采集器件与琴架和琴键相对固定，用于采集琴键的状态信息，并将所述琴键的状态信息通过红外光电信号输出；

所述光电信号数据处理电路用于接收对应的红外光电信号，并将所述红外光电信号进行数字化后生成琴键动作信号；

所述琴键动作数据处理电路用于接收所述琴键动作信号并进行相应处理；

所述无线数据传输电路用于将所述琴键动作数据处理电路相应处理后的数据发送至上位机。

2.根据权利要求1所述的自适应安装的钢琴演奏动作检测装置，其特征在于，所述检测信号采集器件包括与黑色琴键相配合的对射式红外光电器件和与白色琴键相配合的反射式红外光电器件，所述对射式红外光电器件的红外光源与红外光接收器分别固定设置在黑色琴键两侧的光电传感器支架上,所述反射式红外光电器件固定设置在白色琴键上方的光电传感器支架上；所述对射式红外光电器件和反射式红外光电器件不随琴键的动作而动作。

3.根据权利要求2所述的自适应安装的钢琴演奏动作检测装置，其特征在于，所述对射式红外光电器件为35组，每组两个，分别与钢琴大字一组至小字四组中的35个黑色琴键一一对应；所述反射式红外光电器件为49个，分别与钢琴大字一组至小字四组的49个白色琴键一一对应。

4.根据权利要求1所述的自适应安装的钢琴演奏动作检测装置，其特征在于，所述光电信号数据处理电路和琴键动作数据处理电路采用STM8单片机。

5.根据权利要求4所述的自适应安装的钢琴演奏动作检测装置，其特征在于，所述检测信号采集器件输出的红外光电信号直接接入所述STM8单片机。

6.根据权利要求4所述的自适应安装的钢琴演奏动作检测装置，其特征在于，所述装置还包括指示电路，所述指示电路用于对按键的动作进行指示。

7.根据权利要求6所述的自适应安装的钢琴演奏动作检测装置，其特征在于，所述指示电路采用单色LED，所述LED由所述STM8单片机的IO引脚直接控制。

8.根据权利要求1至7任一项所述的自适应安装的钢琴演奏动作检测装置，其特征在于，所述无线数据传输电路采用高速蓝牙进行无线数据传输，所述无线数据传输电路的蓝牙模块核心为CC2540芯片，采用蓝牙串口透明传输方式，协议采用蓝牙4.0协议；所述蓝牙模块接口为TTL串口，采用BAW56的双二极管实现TLL串口的通信总线。