CN207097451U - 基于三维立体结构的音乐播放系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型所公开的基于三维立体结构的音乐播放系统，用于交互演奏或乐音播放。该系统包括主机、多个呈三维立体状分布的感应单元、以及连接主机和各感应单元的总线，各感应单元包括电容感应元件及与电容感应元件电连接的子处理器，当电容感应元件电容发生改变时输出感应信号并发送至感应单元中的子处理器，子处理器若判断有触碰或靠近的动作信号时产生乐音触发指令，并将乐音触发指令通过总线传输至主机；主机包括处理器和乐音播放模块，处理器接收到来自各感应单元发出的乐音触发指令后，控制乐音播放模块进行播放相应音乐。通过该系统优化现有近似产品的结构和可靠性，降低制作成本，增强用户体验。

Description

基于三维立体结构的音乐播放系统

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种基于三维立体结构的音乐播放系统。

背景技术

音乐楼梯是现有技术中常用的非传统电子乐器的音乐体验装置，主要包括红外对管音乐楼梯方案和压感音乐楼梯方案两种。红外对管方案中，每个楼梯台阶的两侧分别安装红外发射管和接收管，红外发射管发射脉冲红外光，无遮挡时，接收管接收到红外光，可判定无人踩踏；当使用者的脚遮挡住红外光时，接收管接收不到红外光，则判断有人踩踏并驱动音乐模块进行播放。压感方案中,将压力传感器铺设于台阶下,当人踩台阶时,由压力传感器所感应的压力变化,来启动音乐模块的播放。

但这两种音乐楼梯方案也存在着一些问题。其中，红外对管方案主要包括以下问题：1)安装较繁琐，红外对管技术使用很多的红外发射管和接收管分布于楼梯两侧，安装繁琐且受环境因素限制严重；2)成本较高，音乐楼梯使用很多传感器和外部结构件来构成设备，使得设备成本较高；3)红外对管技术方案易受阳光和较强灯光的干扰，在强光出现的场合，易发生踩踏无乐音或未踩踏出现乐音的现象。而压感技术方案中，压力传感器易损坏。此外，音乐楼梯还具有不能任意的组合各个阶梯的音符成乐曲，只能踏在临近的阶梯之间在一定的节奏范围内演奏的设计缺陷。

实用新型内容

为解决现有的技术中，传统电子乐器实现成本高且形式单一以及音乐楼梯体验装置体积过大且不方便单人演奏的问题，本实用新型目的在于提供一种基于三维立体结构的音乐播放系统，使用电容感应元件(电容传感器)来判断是否有使用者触碰或靠近，并触发播放条件实现音乐播放和演奏，优化现有近似产品的结构和可靠性，增强用户体验，使人们有多种选择。具体技术方案如下：

本实用新型所公开的基于三维立体结构的音乐播放系统，用于交互演奏或乐音播放，包括主机、多个呈三维立体状分布的感应单元、以及连接主机和各感应单元的总线，其中，各感应单元包括电容感应元件及与电容感应元件电连接的子处理器，电容感应元件被配置为当电容感应元件电容发生改变时输出感应信号并发送至感应单元中的子处理器，子处理器根据事先设定的电容变化阈值判断是否有人触碰或靠近，若判断有触碰或靠近的动作信号时产生乐音触发指令，并将乐音触发指令通过总线传输至主机；主机包括处理器和乐音播放模块，处理器接收到来自各感应单元发出的乐音触发指令后，控制乐音播放模块进行播放相应音乐。

进一步的，所述主机包括依次电连接的总线控制器、SD卡驱动板、MIDI音源板、混合放大模块及功率放大器，其中，SD卡驱动板内储存有MIDI文件，可通过MIDI音源板上的MIDI接口调用SD卡驱动板中储存的相应的MIDI文件。

进一步的，所述MIDI文件用于存储音符信息和/或乐音，对不同感应单元施加动作信号会使处理器调用不同的MIDI文件。

进一步的，所述三维立体状是树状结构，各感应单元分布在树状结构的节点处。

进一步的，所述总线是RS485总线。

进一步的，至少有一组相邻感应单元可通过单手同时触碰。

进一步的，该系统还包括供电模块，通过RS485总线给各感应单元和主机供电；可外接电源直接供电或采用电源模块进行供电。

进一步的，该系统可根据需要设置成两种模式，即，设定成每次触发固定按键播放相应的固定乐音，或每次触发任何按键时都顺序播放所选乐曲的乐谱单音，通过不断触碰或靠近实现音乐播放。

有益效果：

1)在设计中各传感器间的距离将被缩短，并能在安装过程中优化各传感器的相对位置，使弹奏者可以用手触碰而不需要用脚踩踏，尽可能便捷快速地触发每一个音符，能够任意组合音符，从而实现个性化的自主演奏，增强用户体验。也可以根据需要设定成每次触发固定按键播放相应的固定乐音，实现不同音乐的播放。

2)电容感应元件的感应性能和抗干扰性能良好，实际触碰感应单元时不能检测到踩踏的可能性极低，且能在恶劣环境中保持性能。

3)系统整体结构简单易实现，各感应单元相互独立，个别损坏也不影响整体工作，且各功能模块组装简易且工作稳定。

4)由于所使用的传感器价格较低，系统的体积可灵活控制大小，对场地没有过高要求，使得产品的制作成本和维护成本大幅度降低。

5)相对传统的音乐楼梯，三维立体结构的形式新颖，尤其是树状立体结构可应用于多种娱乐活动及节日庆祝场景，且目前也还未有同类产品的推广应用。

附图说明

图1基于树状立体结构的音乐播放系统的传感器部分框图

图2基于树状立体结构的音乐播放系统的主机部分框图

图3基于树状立体结构的音乐播放系统框图

图4基于树状立体结构的音乐播放系统的立体结构示意图

具体实施方式

实施例中公开一种基于树状立体结构的音乐播放系统，主要包括系统中立体分布的多个树体感应单元、主机、以及连接各树体感应单元和主机的RS485总线。其中，

如图1所示，多个树体感应单元构成整个感应区，各树体感应单元包括电容感应元件和与之电连接的子处理器。

电容感应元件可根据需要布置在树状结构的节点处，用于感应临近的物体，即通过此感应元件感知使用者肢体的临近。当有物体触碰或靠近电容感应元件的感应极(天线)时，即产生动作信号，感应元件电容改变，输出感应信号并发送至子处理器。其中，用于触摸感应的电容器件均可以作为本系统的电容感应元件，即传感器。各感应单元的保持有一定距离，可通过单手或双手同时触碰多个感应单元。

子处理器用于接收相应电容感应元件传来的感应信号，并根据感应信号判断是否有人触碰感应单元。子处理器接收到该感应信号且该感应信号所反应的电容变化值大于事先设定的阈值时则认为有人触碰或靠近(即人为的动作信号)，否则认为是干扰信号。当判断有人触碰或靠近时产生乐音触发指令，并将乐音触发指令通过RS485总线传输至主机，由主机播放响应的乐音。

如图2的示，主机包括处理器和乐音播放模块。

主机部分的处理器安装在SD卡驱动板处，通过RS485总线接收来自各树体感应单元发出的乐音触发指令，再根据这些乐音触发指令控制乐音播放模块进行播放。

乐音播放模块接收到来自主机处理器的控制命令，并播放相应的乐音。

RS485总线用于各树体感应单元与主机之间的通信。该通信标准相比于CAN总线具有良好的错误检测能力，可以保证整个系统的通信畅通。

如图3所示，基于树状立体结构的音乐播放系统具体包括多个感应单元(即传感器)，及依次电连接的RS485总线控制器、SD卡驱动板、MIDI音源板、混合放大模块及功率放大器(功放)。

RS485总线控制器负责系统的通信控制，SD卡驱动板内储存有音符信息及乐音(即MIDI文件)。在系统工作时，可通过MIDI音源板上的乐器数字接口，即MIDI接口，调用SD卡驱动板中储存的相应的MIDI文件。由于MIDI音源板输出信号幅度较小，故需要先经混合放大后再经功率放大。

该系统还包括供电模块(电源)，供电模块通过RS485总线给各感应单元供电，同时还给主机供电；可外接电源直接供电，或采用电源模块进行供电。

本实用新型在设计中各感应单元的距离将被缩短，并能在安装过程中优化各各感应单元的相对位置，从而能够使弹奏者可以用手触碰而不需要用脚踩踏，尽可能便捷快速地触发每一个音符，更大程度上还原其电子乐器的特性，给使用者更好的音乐体验。

当使用者手指在树状立体结构的感应单元上触摸或靠近(效果几乎相同)时，感应单元(即信号输入端)的电容传感器能够接收微弱动作信号导致的电容变化并产生感应信号，同时，将感应信号放大后传递给子处理器，根据事先设定的电容变化阈值判断是否有人触碰或靠近，若判断有触碰或靠近的动作信号时产生乐音触发指令，并将乐音触发指令通过RS485总线传入总线控制器，总线控制器通过轮询识别响应的感应单元，将感应单元的编码传输给主机部分的处理器，处理器能够将来自感应单元的编码解码并将对应的音符信息输出到MIDI音源板，通过MIDI音源板上的MIDI接口调用SD卡驱动板中储存的相应的MIDI文件，再先后通过混合放大模块和功率放大器(功放)进行放大，最后从扩音器传出音符。

值得注意的是，不同的感应单元(即信号输入端)接收触摸动作后会使得处理器调用不同的MIDI文件，相应的音箱也就会发出不同的音符，通过不同连续组合的信号输入就可以播放不同音乐。

基于树状立体结构的音乐播放系统，当使用者双手在不同的感应单元施加动作信号时，音响便能够接连发出不同的乐符。在具体应用过程中，可根据需要设置成两种模式，即设定成每次触发固定按键播放相应的固定乐音，或每次触发任何按键时都顺序播放所选乐曲的乐谱单音，通过单手或双手的不断触碰或靠近，也就能够达到“乐音播放”和“交互演奏”的效果，从而实现音乐播放的效果。

当然，本实用新型所公开的立体结构并不仅限于如图4所示的树状立体结构，完全可以根据场景需求、应用需求等，设计成不同表现形式的三维立体结构。

尽管以上本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims (7)

1.一种基于三维立体结构的音乐播放系统，用于交互演奏或乐音播放，其特征在于，包括主机、多个呈三维立体状分布的感应单元、以及连接主机和各感应单元的总线，其中，

各感应单元包括电容感应元件及与电容感应元件电连接的子处理器，电容感应元件被配置为当电容发生改变时输出感应信号并发送至子处理器；子处理器被配置为根据事先设定的电容变化阈值判断是否有人触碰或靠近，若判断有触碰或靠近的动作信号时产生乐音触发指令，并将乐音触发指令通过总线传输至主机；

主机包括处理器和乐音播放模块，处理器被配置为接收到来自各感应单元发出的乐音触发指令后控制乐音播放模块进行播放相应音乐。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主机包括依次电连接的总线控制器、SD卡驱动板、MIDI音源板、混合放大模块及功率放大器，其中，SD卡驱动板内储存有MIDI文件，可通过MIDI音源板上的MIDI接口调用SD卡驱动板中储存的相应的MIDI文件。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述MIDI文件用于存储音符信息和/或乐音，对不同感应单元施加动作信号会使处理器调用不同的MIDI文件。

4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述三维立体状是树状结构，各感应单元分布在树状结构的节点处。

5.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述总线是RS485总线。

6.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，至少有一组相邻感应单元可通过单手同时触碰。

7.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括通过RS485总线给各感应单元和主机供电的供电模块；可外接电源直接供电或采用电源模块进行供电。