[發明專利]一種智能鋼琴學習機及其控制方法

在審

• 申請號: 201710497916.6
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107123334A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 小葉子（北京）科技有限公司
• 主分類號: G09B15/00
• 分類號: G09B15/00
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司11496
• 代理人: 王程遠,胡玉章

技術領域

本發明涉及樂器裝置技術領域，具體涉及一種智能鋼琴學習機及根據該智能鋼琴學習機的控制方法。

背景技術

基于聲光電的智能鋼琴教學和學習設備在樂器技術領域應用廣泛。現有的鋼琴智能學習練習設備，一種是嵌入鋼琴，和鋼琴一體化設置并出廠；另一種是獨立于鋼琴設備本身之外，屬于鋼琴的附件。與鋼琴一體化設置的鋼琴智能學習設備，專用于特定的鋼琴進行配套、匹配和測試，與特定鋼琴的配合性及控制的準確性都較好，但不能應用于其他品牌型號的鋼琴設備；作為獨立附件的鋼琴智能學習設備，其通用性較好，能夠安裝適用于多種品牌型號的鋼琴，應用靈活，節約成本，然而，雖然大多數型號品牌的鋼琴都有通用的尺寸標準，但其鍵位設置、樣式、結構總是存在些許差異，導致智能鋼琴學習機作為附件安裝使用時，人眼、人手由于光信號提示位置偏差，將導致響應準確性下降，從而影響智能鋼琴學習機控制的精準性。如何緩和智能鋼琴學習機通用性和控制精準性的矛盾，成為不易被察覺，且影響學習機技術效果的亟待解決的問題之一。

同時，現有的智能鋼琴教學和學習設備，在工作過程中采用傳感器對琴鍵位置狀態進行監測，用來監測判斷琴鍵是否被正確的彈奏，然后將琴鍵狀態信息傳送給控制單元上位機進行決策。然而，在操作實踐中，現有的鋼琴智能教學設備容易發生提示誤報的情況。深入分析原因，發現在鋼琴的演奏中，指法速度有時要求非常快，樂譜的間隙有時非常短，多個鍵位信息會形成高速的變化態勢。這樣，多個串列的鋼琴鍵位信息就需要被同時采集傳輸，而且需要同時進行判斷、決策處理，驅動LED點亮或熄滅。這樣，控制單元上位機對傳感信號的解耦和分析有時容易產生滯后延遲，甚至導致主控單元產生錯誤驅動、決策信息，形成LED提示信息的誤報。因此，上述缺陷將將影響智能鋼琴學習機的操作控制效果，也是亟待解決的問題之一。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的上述不足，提供一種通用的、控制精準、響應迅速可靠的智能鋼琴學習機，以及該智能鋼琴學習機的控制方法。

本發明采用上位機向LED燈條發送曲譜所顯示需要彈奏按鍵的信息，根據信息點亮燈條所對應的LED指示燈，按下相應琴鍵，通過燈條的紅外傳感器捕捉琴鍵運動狀態并將信息上傳至上位機以完成跟燈彈奏。

為了防止鋼琴高速變化的琴鍵狀態信息的采集分析出現誤報，本發明首先采用多個控制芯片作為分布式并行采集及驅動控制子單元，用多個硬件的高速響應特性彌補、克服單一硬件、僅通過軟件實現采集分析、驅動控制時速度緩慢的缺陷。同時，用移動端APP代替傳統單片機控制單元作為決策控制單元，充分利用移動端設備強大的軟硬件處理性能，此外移動端APP在樂曲曲譜管理，人機交互以及設備通用性上具有顯著優勢。這樣，通過分布式的主板和子板的采集驅動控制功能，以及移動端APP的結合設置，提高了智能鋼琴學習機的控制精準性，解決了誤報問題。

本發明提供一種智能鋼琴學習機，包括：主板(1)，對應部分鋼琴按鍵，多個子板(2～5)，對應另一部分鋼琴按鍵；燈條LED(9)，其與鋼琴琴鍵對應設置；反射型光電傳感器(7)與對射型光電傳感器(8)，其分別采集并發送鋼琴琴鍵傳感信號至該按鍵對應的主板(1)或子板(2～5)，若子板獲得傳感信信號，則子板(2～5)與主板(1)間進行通信，將從對應鋼琴琴鍵傳感信號獲取的琴鍵狀態信息發送至主板(1)；移動端APP(6)，與主板(1)獲取各琴鍵狀態信息通信；其中，主板(1)驅動琴鍵所對應設置的燈條LED(9)，同時主板(1)與子板(2～5)進行通信，由子板(2～5)驅動琴鍵所對應設置的燈條LED(9)；主板(1)與子板(2～5)分別對應分配一定數量的琴鍵，用于采集對應琴鍵的狀態信息，以及驅動對應琴鍵設置的燈條LED(9)。

優選的，所述子板設置為4塊；所述主板(1)分配3琴鍵，(2～4)塊子板分配24個琴鍵，(5)子板分配13個琴鍵；所述移動端設備為PAD或Phone，通過USB與主板進行通信。

優選的，主板由STM32F301C8作為主控芯片，通過兩種紅外光電傳感器進行信號采集來判別是否有琴鍵按下，同時還要與子板通過UART進行通信，把所有琴鍵狀態發送到移動端APP，根據所述移動端APP發來的數據通過GPIO口輸出高低電平來點亮對應琴鍵的燈條LED；子板由STM32F030C8作為控制芯片,通過兩種紅外光電傳感器進行信號采集來判別是否有琴鍵按下，同時還要與主板通過UART進行通信，把所有琴鍵狀態通過UART發送到主板，通過主板的命令使GPIO口輸出高低電平來點亮對應琴鍵的燈條LED。