CN208093146U - 一种伴奏手套系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种伴奏手套系统，该系统包括第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块，第一控制模块位于一副手套中的其中一只手套中，第二控制模块位于所述一副手套中的另一只手套中，每只手套上均设置有作为基准陀螺仪的第一陀螺仪，且设置有多个第二陀螺仪，每个第二陀螺仪对应于一个音符及灯光；第一控制模块通过无线通信模块分别与第二控制模块以及第三控制模块连接；第一控制模块分别与第一手套中的所述第一陀螺仪、第一手套中的第二陀螺仪电连接；第二控制模块分别与第二手套中的所述第一陀螺仪、第二手套中的第二陀螺仪电连接；第三控制模块分别与声音模块，灯光模块连接。

Description

一种伴奏手套系统

技术领域

本实用新型涉及涉及穿戴式智能设备技术领域，特别是涉及一种伴奏手套系统。

背景技术

现如今，许多人在录制歌曲、室内K歌时，会使用乐器进行伴奏，但限于许多乐器不易携带，用乐器伴奏总会带来许多麻烦。此外，还需掌握该乐器才能达到较好的伴奏效果。

市场上出现的许多仿钢琴的设备或软件，有些用于教学有些用于娱乐。但此类设备(如电钢琴)大都过于庞大，不方便携带。而此类软件大都基于智能手机，只能显示界面上有限的琴键，若用户对琴键数量有更高要求则需更换界面，更换界面的同时音乐也失去了连贯性；琴键较窄不适于双手弹奏，易造成单指弹琴的陋习；没有力度感应，缺乏演奏的真实感。

而假如可以用体感装置来进行独立的模拟乐器的演奏，可以提升演奏或伴奏的便捷性，而且不需要完全掌握某种乐器就可以用其进行伴奏，可以节约时间和金钱成本。所以现在急需一种智能伴奏方法及伴奏手套系统。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种伴奏手套系统，满足了人们演奏伴奏的需求，解决传统乐器伴奏不方便的问题，同时，在传统伴奏的基础上加上灯光效果，提高演奏和伴奏的现场感。

相应的，本实用新型实施例还提供了一种伴奏手套系统，用以保证上述方法的实现及应用。

为了解决上述问题，本实用新型实施例公开了一种伴奏手套系统，包括第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块，所述第一控制模块位于一副手套中的第一手套中，所述第二控制模块位于所述一副手套中的第二手套中，每只手套上均设置有作为基准陀螺仪的第一陀螺仪，且设置有多个第二陀螺仪，每个第二陀螺仪对应于一个音符及灯光；所述第一控制模块通过无线通信模块分别与所述第二控制模块以及第三控制模块连接；所述第一控制模块分别与所述第一手套中的所述第一陀螺仪、所述第一手套中的第二陀螺仪电连接；所述第二控制模块分别与所述第二手套中的所述第一陀螺仪、所述第二手套中的第二陀螺仪电连接；所述第三控制模块分别与声音模块，灯光模块连接。

可选的，所述声音模块包括三极管与扬声器，所述声音模块的输入端与所述第三控制模块的信号输出端连接，从所述第三控制模块输出的PWM 波经过所述三极管后，驱动所述扬声器发出不同幅度和频率的声音。

进一步的，所述一副手套中还包括用于声部选择的第三陀螺仪，所述第三陀螺仪与其所在一只手套上设置的控制模块电连接。

可选的，所述第一陀螺仪、第二陀螺仪以及第三陀螺仪与其所在的一只手套上设置的控制模块之间采用IIC通信。

具体的，每个陀螺仪包括电源引脚、接地引脚、时钟信号引脚、数据引脚以及片选信号引脚，每个陀螺仪通过各自电源引脚、接地引脚、时钟信号引脚、数据引脚分别与其所在手套上对应的控制模块上的电源引脚、接地引脚、时钟信号引脚和数据引脚进行连接；控制模块为其对应的陀螺仪分配独立的片选信号引脚，分别与其对应的陀螺仪上的片选信号引脚连接。

进一步的，所述伴奏手套系统，还包括电源模块，所述电源模块包括电源以及电源稳压模块，所述电源通过电源稳压模块为其对应的控制模块提供电压。

本实用新型实施例包括以下优点：

本实用新型实施例中的伴奏手套系统在结构上体积较小，穿戴方便，便于携带；在功能上可以实现演唱者演唱过程中模拟弹琴为自己伴奏，同时产生相应的灯光的变换效果，且操作简单，便于控制；成本上，采用的元件和模块成本较低且易于获得。如果生产产品，功能、结构设计和实用性上还有很大的提升、创新空间，发展前景较好。

附图说明

图1是本实用新型伴奏手套系统的结构示意图；

图2是本实用新型一个示例的左手陀螺仪布置结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种伴奏手套系统，包括第一控制模块1、第二控制模块2以及第三控制模块3。

所述第一控制模块1位于一副手套中的第一手套中，所述第二控制模块 2位于所述一副手套中的第二手套中，每只手套上均设置有作为基准陀螺仪的第一陀螺仪41、42，且设置有多个第二陀螺仪51、52、53、54、55、56、 57，每个第二陀螺仪对应于一个音符及灯光；

所述第一控制模块通过无线通信模块分别与所述第二控制模块以及第三控制模块连接；所述第一控制模块分别与所述第一手套中的所述第一陀螺仪、所述第一手套中的第二陀螺仪电连接；所述第二控制模块分别与所述第二手套中的所述第一陀螺仪、所述第二手套中的第二陀螺仪电连接；

所述第三控制模块3分别与声音模块7，灯光模块8连接。

在本实施例中，所述无线通信模块采用NRF24L01芯片来进行此产品模型的无线通信。基于NRF24L01芯片来实现数据无线传输NRF24L01是一个数字射频芯片。

NRF24L01内部有若干寄存器，外部留有spi接口，外部单片机通过spi 接口配置此芯片内部的寄存器。内部寄存器分为控制寄存器和数据寄存器。我们可以利用用单片机把它配置为接收模式或发送模式，还可以配置频道、地址、每次发送的字节数、是否带CRC校验、功率等。配置成发送模式以后，用单片机把要发送的数据写进去，它就会自动把数据发出去。当想要实现一对多的通信的时候，固定好从机的地址，不停修改主机发数的地址就可以实现一对多通信。

通过spi协议依次往里面写参数即可。具体的，如果需要1对1的收发，需要注意以下三点：主从地址相同、设置收发字节数相同、通信频率相同；如果需要1对2的收发，需要注意以下三点：主从地址交错相同、设置收发字节数相同、通信频率相同。

在一实施例中，所述声音模块7包括三极管与扬声器，所述声音模块的输入端与所述第三控制模块的信号输出端连接，从所述第三控制模块输出的 PWM波经过所述三极管后，驱动所述扬声器发出不同幅度和频率的声音。

在一实施例中，如图1所示，所述一副手套中还包括用于声部选择的第三陀螺仪6，所述第三陀螺仪6与其所在一只手套上设置的控制模块电连接。

进一步的，所述第一陀螺仪、第二陀螺仪以及第三陀螺仪与其所在的一只手套上设置的控制模块之间采用IIC通信。

具体的，每个陀螺仪包括电源引脚、接地引脚、时钟信号引脚、数据引脚以及片选信号引脚，每个陀螺仪通过各自电源引脚、接地引脚、时钟信号引脚、数据引脚分别与其所在手套上对应的控制模块上的电源引脚、接地引脚、时钟信号引脚和数据引脚进行连接；控制模块为其对应的陀螺仪分配独立的片选信号引脚，分别与其对应的陀螺仪上的片选信号引脚连接。

在一实施例中，还包括电源模块，所述电源模块包括电源以及电源稳压模块，所述电源通过电源稳压模块为其对应的控制模块提供电压。

在本实施例中，电源使用额定电压为12V的锂电池，将锂电池接入电源稳压模块，产生主控模块和从控模块需要的3.3V电压，电源稳压模块可以采用LM2596-5V稳压芯片和AMS1117-3.3V稳压芯片。

经过电源稳压模块产生的3.3V电压直接供给第一控模块、第二控制模块和第三控制模块使用。各陀螺仪由其所在的控制模块引出的3.3V电压供电。

本实用新型实施例中的伴奏手套系统能够独立于钢琴进行演奏，在结构上体积较小，穿戴方便，便于携带；在功能上可以实现演唱者演唱过程中模拟弹琴为自己伴奏，同时产生相应的灯光的变换效果，且操作简单，便于控制；成本上，采用的元件和模块成本较低且易于获得。如果生产产品，功能、结构设计和实用性上还有很大的提升、创新空间，发展前景较好。

为了使得本领域技术人员更好的理解本发明实施例提供的智能伴奏方法及伴奏手套系统，在一具体的实施例中以左手手套中设置有第一控制模块，右手手套中设置第二控制模块为例进行详细说明，

该伴奏手套系统的功能主要分为两部分：模拟弹琴实现演唱伴奏，同时模拟舞台灯光效果。

在模拟弹琴部分，左右手手背中央处贴紧手背平面固定一个陀螺仪，用来确定基准面角度，下文所述的倾角均为手指处陀螺仪的俯仰角或航向角与该手手背处陀螺仪同一性质角的角度之差。右手拇指用来选择声部，拇指按下(指尖向手背平面下方运动)一定角度，进入低音区；拇指平放或稍微抬起(指尖向手背平面上方运动)一定角度，进入中音区；拇指向手掌方向靠近(指尖向右运动)一定角度，进入高音区。除右手拇指外，其他手指用来控制Do,Re,Mi,Fa,So,La,Xi七个音符，对应顺序依次是左手无名指、中指、食指、拇指，右手食指、中指、无名指，按下手指一定角度，配合所选声部可以弹奏对应音符。这样演唱者就能够根据曲目需要弹奏低音、中音、高音部的任意非升降音符为自己伴奏。

在模拟舞台灯光效果部分，设定控制Do,Re,Mi,Fa,So,La,Xi的手指分别用来控制赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色，按下手指使扬声器发声的同时，陀螺仪的信号通过另一通道传递给彩灯，使之在按下相应手指时发出相应颜色的光。此外，根据弹奏音符拍节长短不同，灯光颜色的深浅也会发生变化。比如，控制Do的左手无名指代表的是红色，如果Do需要演奏的时间为两个拍节，那么在这两拍中，左手无名指会一直处于按下状态，这时彩灯的颜色会由浅红变到品红，再变到深红。如果拍节很长，会由浅入深变化循环多次。

其中，第一控制模块相较第二控制模块占据更加核心的地位。第二控制模块负责收集并初步处理右手的陀螺仪模块采集到的数据，然后发送给第一控制模块；而第一控制模块负责综合处理左手的陀螺仪模块收集的数据和右手第二控制模块发送过来的数据，并发送对应的音符数据给第三控制模块，即属于从属位置的从控模块。在此处，第一控制模块与第二控制模块均属于主控模块。

第三控制模块负责接收并处理第一控制模块发送过来的数据并立即发送信号给扬声器使其鸣响相应的音符。

在本实施例中，十个陀螺仪，安装在手套的不同位置，其中两个陀螺仪分别安装在两只手手背的位置，其他八个陀螺仪分别安装在除小拇指之外的其他八根手指指尖。手套平放在桌面时，十个陀螺仪的俯仰角，横滚角均近似相等，陀螺仪的航向角指向手指指尖所指的方向。以左手为例，进行陀螺仪安装的描述，右手安装位置与左手对称。示意图如图2所示，左手中的五个陀螺仪分别为第一陀螺仪：陀螺仪41、多个第二陀螺仪：陀螺仪51、陀螺仪52、陀螺仪53和陀螺仪54，分别位于左手手套的手背、无名指、中指、食指和大拇指相对应的位置，下文也可以将第一陀螺仪描述为手背陀螺仪、第二陀螺仪分别描述为无名指陀螺仪(陀螺仪51)、中指陀螺仪(陀螺仪 52)、食指陀螺仪(陀螺仪53)以及大拇指陀螺仪(陀螺仪54)。

在本实施例中，一只手套上设置有五个陀螺仪，五个陀螺仪与其所在手套上设置的控制模块通过IIC通信。第一控制模块与第二控制模块之间通过通信模块无线通信，第一控制模块与第三控制模块之间通过通信模块无线通信，不过第一控制模块与所述第三控制模块以及第二控制模块之间的无线通信，两者互不干扰。具体的，第一控制模块分别为第二控制模块、第三控制模块分配了通过通用异步收发传输器(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，UART)接口，第一控制模块通过第一UART接口与第三控制模块连接，第一控制模块通过第二UART接口与第二控制模块连接。

第二控制模块收集到的数据无线发送给第一控制模块，第一控制模块同时处理十个六轴陀螺仪的数据，处理完后，由第一控制模块通过1对2的无线通信方式控制灯光效果和声音效果。第二控制模块50ms定时刷新五个六轴数据，欧拉角数据为float型0-360，转换成整形之后，发送给左手主控

第二控制模块向第一控制模块发送的如表1所示的数据包：

表1：陀螺仪数据包格式

第一控制模块50ms定时刷新五个六轴数据，同时接收第二控制模块对应的陀螺仪的5个六轴数据，通过是stm32407SPIdma的方式。数据解包完成之后，左手主控里面包含十个六轴数据，可以进行相应的音符判断。

在第一控制模块与第二控制模块采集数据完毕后，第一控制模块的数据处理周期开始。读取五个陀螺仪的俯仰角，计算手背陀螺仪(第一陀螺仪) 的俯仰角分别与其他四个陀螺仪(第二陀螺仪)的俯仰角之差，得到四个计算结果，当计算结果绝对值小于30度时，则认为对应手指平放，当计算结果的绝对值大于30度时，则认为对应手指弹下。当一根手指的状态不是平放时，左手第一控制模块会从无线模块发送对应手指的音节数据给第三控制模块。左手除小拇指外四个手指弹下时对应的音符数据从左到右分别是 do,ri,mi,fa，右手除大拇指和小拇指外三个手指弹下时对应的音符数据从左到右分别是so,la,xi。右手大拇指比较特殊。在水平面内，大拇指陀螺仪航向角与手背陀螺仪航向角之差绝对值大于45度时为中音或低音区；绝对值小于10度时进入高音区，因为考虑实际情况，拇指向食指方向并拢要比拇指张角变大舒服。大拇指平放(或稍微抬起)且其对应的大拇指陀螺仪航向角与手背陀螺仪航向角之差绝对值大于45度时，其他手指弹下，第一控制模块发送中音区音符数据；大拇指弹下且其对应的大拇指陀螺仪航向角与手背航向角之差绝对值大于45度时，其他手指弹下，第一控制模块发送低音区音符数据。这样，使八根手指可以弹奏出高中低音区的所有音符。第二控制模块处理完右手欧拉角数据之后发送处理后数据到左手第一控制模块，左手第一控制模块将两只手的数据集成处理，综合判断弹下的是哪一个音符，再通过无线模块发送对应音符数据给第三控制模块。

第三控制模块数据处理发生在第三控制模块收到第一控制模块发出的数据之后，下一个对陀螺仪进行数据采集之前。

当第三控制模块接收到了第一控制模块发来的音符数据后，立刻判断是哪个音区的哪个音符，并产生该音符对应的PWM波，然后通过IO口发送给连接在第三控制模块上的扬声器，扬声器接收到该音符对应的PWM波，立刻鸣响。

为了发出不同频率的声音，采用定时中断来计算延时时间，如表2所示，只需将定时器预置不同的定时值就可实现不同时间的定时。而不断地通过 I/O端口输出高低电平，就相当于振荡周期的不同，由此又可以得到不同频率的声音，对照音符频率表我们便可以设置出每个音调对应的定时器数值。

表2：音频参照表

具体的，以低音Do为例：Do的频率f＝262Hz，其对应周期T＝1/f＝1908 us，单片机通过对端口循环的置位、清零来达到输出固定频率波形，相对 Do音频262Hz，T＝1908us，那么t＝T/2＝954us，所以我们只要在程序中将对应的输出端口置为高电平，延时954us，再置为低电平，延时954us，如此循环，就可以得到262Hz频率的声音。

这个延时用定时器的中断来实现，假设单片机晶振频率为12MHz，以定时器普通工作模式来实现定时中断，可以得到定时器计数器的初值为

高八位TH＝(65536-954)/256＝0xFB；

低八位TL＝(65536-954)％256＝0x46。

由上述方法可以推算出计数器其余音符对应的赋值。

本发明实施例中的智能伴奏方法及伴奏手套系统能够独立于钢琴进行演奏，在结构上体积较小，穿戴方便，便于携带；在功能上可以实现演唱者演唱过程中模拟弹琴为自己伴奏，同时产生相应的灯光的变换效果，且操作简单，便于控制；成本上，采用的元件和模块成本较低且易于获得。如果生产产品，功能、结构设计和实用性上还有很大的提升、创新空间，发展前景较好。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的一种伴奏手套系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种伴奏手套系统，其特征在于，包括第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块，所述第一控制模块位于一副手套中的第一手套中，所述第二控制模块位于所述一副手套中的第二手套中，每只手套上均设置有作为基准陀螺仪的第一陀螺仪，且设置有多个第二陀螺仪，每个第二陀螺仪对应于一个音符及灯光；

所述第一控制模块通过无线通信模块分别与所述第二控制模块以及第三控制模块连接；

所述第一控制模块分别与所述第一手套中的所述第一陀螺仪、所述第一手套中的第二陀螺仪电连接；

所述第二控制模块分别与所述第二手套中的所述第一陀螺仪、所述第二手套中的第二陀螺仪电连接；

所述第三控制模块分别与声音模块，灯光模块连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述声音模块包括三极管与扬声器，所述声音模块的输入端与所述第三控制模块的信号输出端连接，从所述第三控制模块输出的PWM波经过所述三极管后，驱动所述扬声器发出不同幅度和频率的声音。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述一副手套中还包括用于声部选择的第三陀螺仪，所述第三陀螺仪与其所在一只手套上设置的控制模块电连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一陀螺仪、第二陀螺仪以及第三陀螺仪与其所在的一只手套上设置的控制模块之间采用IIC通信。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，每个陀螺仪包括电源引脚、接地引脚、时钟信号引脚、数据引脚以及片选信号引脚，每个陀螺仪通过各自电源引脚、接地引脚、时钟信号引脚、数据引脚分别与其所在手套上对应的控制模块上的电源引脚、接地引脚、时钟信号引脚和数据引脚进行连接；控制模块为其对应的陀螺仪分配独立的片选信号引脚，分别与其对应的陀螺仪上的片选信号引脚连接。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块包括电源以及电源稳压模块，所述电源通过电源稳压模块为其对应的控制模块提供电压。