[发明专利]一种智能钢琴学习机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及乐器装置技术领域，具体涉及一种智能钢琴学习机及根据该智能钢琴学习机的控制方法。

背景技术

基于声光电的智能钢琴教学和学习设备在乐器技术领域应用广泛。现有的钢琴智能学习练习设备，一种是嵌入钢琴，和钢琴一体化设置并出厂；另一种是独立于钢琴设备本身之外，属于钢琴的附件。与钢琴一体化设置的钢琴智能学习设备，专用于特定的钢琴进行配套、匹配和测试，与特定钢琴的配合性及控制的准确性都较好，但不能应用于其他品牌型号的钢琴设备；作为独立附件的钢琴智能学习设备，其通用性较好，能够安装适用于多种品牌型号的钢琴，应用灵活，节约成本，然而，虽然大多数型号品牌的钢琴都有通用的尺寸标准，但其键位设置、样式、结构总是存在些许差异，导致智能钢琴学习机作为附件安装使用时，人眼、人手由于光信号提示位置偏差，将导致响应准确性下降，从而影响智能钢琴学习机控制的精准性。如何缓和智能钢琴学习机通用性和控制精准性的矛盾，成为不易被察觉，且影响学习机技术效果的亟待解决的问题之一。

同时，现有的智能钢琴教学和学习设备，在工作过程中采用传感器对琴键位置状态进行监测，用来监测判断琴键是否被正确的弹奏，然后将琴键状态信息传送给控制单元上位机进行决策。然而，在操作实践中，现有的钢琴智能教学设备容易发生提示误报的情况。深入分析原因，发现在钢琴的演奏中，指法速度有时要求非常快，乐谱的间隙有时非常短，多个键位信息会形成高速的变化态势。这样，多个串列的钢琴键位信息就需要被同时采集传输，而且需要同时进行判断、决策处理，驱动LED点亮或熄灭。这样，控制单元上位机对传感信号的解耦和分析有时容易产生滞后延迟，甚至导致主控单元产生错误驱动、决策信息，形成LED提示信息的误报。因此，上述缺陷将将影响智能钢琴学习机的操作控制效果，也是亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的上述不足，提供一种通用的、控制精准、响应迅速可靠的智能钢琴学习机，以及该智能钢琴学习机的控制方法。

本发明采用上位机向LED灯条发送曲谱所显示需要弹奏按键的信息，根据信息点亮灯条所对应的LED指示灯，按下相应琴键，通过灯条的红外传感器捕捉琴键运动状态并将信息上传至上位机以完成跟灯弹奏。

为了防止钢琴高速变化的琴键状态信息的采集分析出现误报，本发明首先采用多个控制芯片作为分布式并行采集及驱动控制子单元，用多个硬件的高速响应特性弥补、克服单一硬件、仅通过软件实现采集分析、驱动控制时速度缓慢的缺陷。同时，用移动端APP代替传统单片机控制单元作为决策控制单元，充分利用移动端设备强大的软硬件处理性能，此外移动端APP在乐曲曲谱管理，人机交互以及设备通用性上具有显著优势。这样，通过分布式的主板和子板的采集驱动控制功能，以及移动端APP的结合设置，提高了智能钢琴学习机的控制精准性，解决了误报问题。

本发明提供一种智能钢琴学习机，包括：主板(1)，对应部分钢琴按键，多个子板(2～5)，对应另一部分钢琴按键；灯条LED(9)，其与钢琴琴键对应设置；反射型光电传感器(7)与对射型光电传感器(8)，其分别采集并发送钢琴琴键传感信号至该按键对应的主板(1)或子板(2～5)，若子板获得传感信信号，则子板(2～5)与主板(1)间进行通信，将从对应钢琴琴键传感信号获取的琴键状态信息发送至主板(1)；移动端APP(6)，与主板(1)获取各琴键状态信息通信；其中，主板(1)驱动琴键所对应设置的灯条LED(9)，同时主板(1)与子板(2～5)进行通信，由子板(2～5)驱动琴键所对应设置的灯条LED(9)；主板(1)与子板(2～5)分别对应分配一定数量的琴键，用于采集对应琴键的状态信息，以及驱动对应琴键设置的灯条LED(9)。

优选的，所述子板设置为4块；所述主板(1)分配3琴键，(2～4)块子板分配24个琴键，(5)子板分配13个琴键；所述移动端设备为PAD或Phone，通过USB与主板进行通信。

优选的，主板由STM32F301C8作为主控芯片，通过两种红外光电传感器进行信号采集来判别是否有琴键按下，同时还要与子板通过UART进行通信，把所有琴键状态发送到移动端APP，根据所述移动端APP发来的数据通过GPIO口输出高低电平来点亮对应琴键的灯条LED；子板由STM32F030C8作为控制芯片,通过两种红外光电传感器进行信号采集来判别是否有琴键按下，同时还要与主板通过UART进行通信，把所有琴键状态通过UART发送到主板，通过主板的命令使GPIO口输出高低电平来点亮对应琴键的灯条LED。