钢琴自动演奏装置及方法与流程

本发明涉及自动控制技术领域，具体而言，涉及一种钢琴自动演奏装置及方法。

背景技术：

钢琴是一种键盘乐器，通过钢琴按键带动琴槌以敲打琴弦进而发声的乐器。其主要由延音踏板、柔音踏板、消音踏板、调音钉、琴槌、制音器、击弦机、音板和琴键构成，因而具有音域宽广，音量变化幅度巨大，钢琴是最理想的多声乐器。

在钢琴音乐教学中，由于钢琴教学的特殊性，一对一教学才能实现较佳的教学效果。通常情况下一个钢琴老师会同时向多个学生进行钢琴教学，这会使学生长时间处于无人指导的状态，不利于学生学习钢琴。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢琴自动演奏装置，通过设置人机交互装置、控制器、存储器、驱动电路以及琴键控制装置，使钢琴实现自动演奏，方便用户学习和使用。

有鉴于此，本发明的另一目的在于提供一种钢琴自动演奏方法，方法基于钢琴自动演奏装置实现，通过设置人机交互装置、控制器、存储器、驱动电路以及琴键控制装置，使钢琴实现自动演奏，方便用户学习和使用。

本发明提供的一种钢琴自动演奏装置，应用于包括多个钢琴按键的钢琴，所述钢琴自动演奏装置包括：人机交互装置、控制器、存储器、驱动电路以及琴键控制装置，所述控制器与所述人机交互装置和存储器分别连接，所述控制器通过所述驱动电路与所述琴键控制装置连接，所述琴键控制装置包括多个电磁器件以及多个磁片，所述电磁器件与所述磁片一一对应，所述磁片设置于所述钢琴按键靠近所述钢琴的键盘架的一侧，所述电磁器件设置于所述钢琴的键盘架与所述钢琴按键的对应位置处。

所述人机交互装置接收输入信号并发送所述至控制器，所述控制器根据所述输入信号从所述存储器中获取与该输入信号对应的琴谱信息，根据所述琴谱信息通过所述驱动电路控制各所述电磁器件的通断电，各所述电磁器件通电时，吸附所述钢琴按键对应位置处的磁片，使设置该磁片的钢琴按键发出音符，所述存储器存储有多种琴谱信息。

可选的，在上述钢琴自动演奏装置中，所述驱动电路包括多个驱动芯片，各所述驱动芯片分别与所述控制器连接，每个驱动芯片对应多个输出接口，每个电磁器件对应一个输出接口。

所述控制器根据所述琴谱信息获得多个按顺序排列的音符演奏信息，所述控制器按顺序执行各所述音符演奏信息，所述音符演奏信息包括音符信息和时长信息，所述控制器控制与所述音符信息对应的驱动芯片的输出接口导通，并通过该输出接口向对应的电磁器件通电，该电磁器件通电时吸附对应的磁片，使设置该磁片的钢琴按键发出音符，该电磁器件的通电时长与所述时长信息相匹配。

可选的，在上述钢琴自动演奏装置中，所述钢琴自动演奏装置还包括多个译码器，各所述译码器的输入接口与所述控制器连接，输出接口与所述驱动芯片连接，所述译码器的输出接口与所述驱动芯片的输入接口一一对应连接。

所述控制器选通与所述音符信息对应的译码器并向该译码器发送电平信号，所述译码器根据所述电平信号选取该译码器的输出接口，所述控制器通过该译码器的输出接口驱动对应的驱动芯片的输出接口，并向该驱动芯片的输出接口连接的电磁器件通电。

可选的，在上述钢琴自动演奏装置中，所述钢琴自动演奏装置还包括多个LED灯，每个LED灯对应一个钢琴按键，所述LED灯设置于所述键盘架靠近所述电磁器件处，所述LED灯与所述电磁器件并联；

在电磁器件通电时，靠近该电磁器件的LED等被点亮，且该LED灯被点亮的时长与该电磁器件的通电时长相同。

可选的，在上述钢琴自动演奏装置中，所述钢琴自动演奏装置还包括电源，所述电源与所述控制器连接，所述电源的电压为12V或24V。

可选的，在上述钢琴自动演奏装置中，所述钢琴自动演奏装置还包括与上位机实现通信连接的通信模块，所述通信模块与所述控制器连接。

可选的，在上述钢琴自动演奏装置中，所述人机交互装置包括矩阵键盘和显示器，所述矩阵键盘和显示器分别与所述控制器连接。

可选的，在上述钢琴自动演奏装置中，所述磁片为低碳钢片，所述电磁器件为吸盘式电磁铁，所述吸盘式电磁铁的长度与所述低碳钢片的长度相同。

可选的，在上述钢琴自动演奏装置中，所述存储器为存储卡，所述控制器为单片机，所述存储卡与所述单片机可拆卸连接。

本发明还提供一种钢琴自动演奏方法，应用于上述的钢琴自动演奏装置，所述钢琴自动演奏方法包括：

人机交互装置接收输入信号并发送至控制器；

控制器根据所述输入信号从存储器中获取与该输入信号对应的琴谱信息；

控制器根据所述琴谱信息通过控制驱动电路控制电磁器件通电，电磁器件在通电时，吸附所述钢琴按键对应位置处的磁片，使设置该磁片的钢琴按键发出音符。

本发明提供的一种钢琴自动演奏装置及方法，该钢琴自动演奏装置及方法应用于钢琴，钢琴自动演奏装置通过设置人机交互装置、控制器、存储器、驱动电路以及琴键控制装置，控制器与人机交互装置和存储器分别连接，控制器通过驱动电路与琴键控制装置连接，琴键控制装置包括多个电磁器件以及多个磁片，电磁器件与磁片一一对应，磁片设置于钢琴按键靠近钢琴的键盘架的一侧，电磁器件设置于钢琴的键盘架与钢琴按键的对应位置处，使得钢琴实现自动演奏，方便用户学习和使用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的部分实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种钢琴自动演奏装置的结构框图。

图2为本发明实施例提供的一种琴键控制装置的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的一种钢琴自动演奏装置的另一结构框图。

图4为本发明实施例提供的一种钢琴自动演奏装置的电路图。

图5为本发明实施例提供的一种钢琴自动演奏方法的流程图。

图标：100-钢琴自动演奏装置；110-人机交互装置；120-控制器；130-存储器；140-驱动电路；142-驱动芯片；150-琴键控制装置；152-电磁器件；154-磁片；160-译码器；170-LED灯；180-电源；190-通信模块；310-钢琴按键；330-键盘架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供一种钢琴自动演奏装置100的结构框图，所述钢琴自动演奏装置100包括：人机交互装置110、控制器120、存储器130、驱动电路140以及琴键控制装置150。

所述控制器120与所述人机交互装置110和存储器130分别连接，所述控制器120通过所述驱动电路140与所述琴键控制装置150连接。

请结合图2，所述琴键控制装置150包括多个电磁器件152以及多个磁片154(图中琴键控制装置150仅示出包括一个电磁器件152和一个磁片154的情况)，所述电磁器件152与所述磁片154一一对应，所述磁片154设置于所述钢琴按键310靠近所述钢琴的键盘架330的一侧，所述电磁器件152设置于所述钢琴的键盘架330与所述钢琴按键310的对应位置处。

所述人机交互装置110接收输入信号并发送至控制器120，所述控制器120根据所述输入信号从所述存储器130中获取与该输入信号对应的琴谱信息，根据所述琴谱信息通过所述驱动电路140控制各所述电磁器件152的通断电，各所述电磁器件152通电时，吸附所述钢琴按键310对应位置处的磁片154，使设置该磁片154的钢琴按键310发出音符，所述存储器130存储有多种琴谱信息。

通过上述设置可使得钢琴实现自动演奏，从而模拟钢琴教师音乐演奏，以起到钢琴教学一对一的模拟作用，方便用户学习和使用。

所述电磁器件152可以是电磁铁，具体的，所述电磁铁为吸盘式电磁铁。所述电磁器件152的形状大小可根据实际情况进行选取。例如：在本实施例中，所述电磁器件152长度为20毫米，直径为8毫米。通过所述驱动电路140向所述电磁铁加载12V或24V的驱动电压，所述电磁器件152在通电情况下产生吸力以吸附该电磁器件152对应的磁片154。

所述磁片154可以是低碳钢片，所述磁片154的大小及形状可根据实际情况进行选取，所述磁片154的长度与所述电磁器件152的长度可以是相同的也可以是不同的，所述磁片154的宽度可根据情况进行设置，所述磁片154固定设置于所述钢琴按键310。在本实施例中，所述磁片154的长度与所述电磁器件152的长度相同，由于钢琴按键310包括黑按键和白按键，且不同颜色的按键宽度不同，因此所述磁片154的宽度可以根据所述钢琴按键310进行选取。例如：在本实施例中，黑按键对应的磁片154的宽度为9毫米，白色按键对应的磁片154的宽度为12毫米。当电磁器件152通电时，该电磁器件152吸附对应的磁片154使钢琴按键310按下从而演奏出音符。

在本实施例中，所述人机交互装置110用于接收用户的输入信息并发送至所述控制器120，所述输入信息可以是钢琴曲名称。所述人机交互装置110还可以用于显示琴谱信息。所述人机交互装置110可以是但不限于液晶触摸屏或包括显示器和按键键盘，只要能够通过所述人机交互装置110向所述控制器120输入信息并能够显示信息即可。在本实施例，所述人机交互装置110包括显示器和按键键盘，所述按键键盘为矩阵键盘。

在本实施例中，所述控制器120是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的控制器120可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等。还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器，也可以是任何常规的处理器等。在本实施例中，所述控制器120为单片机。

所述存储器130可以是但不限于随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。在本实施例中，所述存储器130用于存储程序和多种琴谱信息，所述控制器120在接收到输入信号后，执行所述程序并获取与所述输入信号对应的琴谱信息。所述存储器130为存储卡，所述存储卡与所述控制器120可拆卸连接，具体的，所述控制器120与卡槽连接，所述存储卡可拆卸地设置于所述卡槽内。

请结合图3，可选的，所述钢琴自动演奏装置100还包括电源180，所述电源180可以是外接电源也可以是电池，在此不做具体限定，所述电源180的电压根据实际情况进行选取，只要能对所述钢琴自动演奏装置100供电使钢琴实现自动演奏即可。所述电源180与所述控制器120连接，在本实施例中，所述电源180供电电压为12V或24V。

请结合图4，可选的，所述驱动电路140包括多个驱动芯片142(图中仅示出包括一个驱动芯片的情况)，各所述驱动芯片142分别与所述控制器120连接，每个驱动芯片142对应多个输出接口，每个电磁器件152对应一个输出接口。

所述控制器120根据所述琴谱信息获得多个按顺序排列的音符演奏信息，所述控制器120按顺序执行各所述音符演奏信息，所述音符演奏信息包括音符信息和时长信息，所述控制器120控制与所述音符信息对应的驱动芯片142的输出接口导通，并通过该输出接口向对应的电磁器件152通电，该电磁器件152通电时吸附对应的磁片154，使设置该磁片154的钢琴按键310发出音符，该电磁器件152的通电时长与所述时长信息相匹配，从而实现钢琴自动演奏。

可选的，所述钢琴自动演奏装置100还包括多个译码器160，各所述译码器160的输入接口与所述控制器120连接，输出接口与所述驱动芯片142连接，所述译码器160的输出接口与所述驱动芯片142的输入接口一一对应连接。

所述控制器120选通与所述音符信息对应的译码器160并向该译码器160发送电平信号，所述译码器160根据所述电平信号选取该译码器160的输出接口，所述控制器120通过该译码器160的输出接口驱动对应的驱动芯片142的输出接口，并向该驱动芯片142的输出接口连接的电磁器件152通电。

为方便用户学习钢琴时，钢琴进行自动演奏时用户起到良好的提示作用。在本实施例中，可选的，所述钢琴自动演奏装置100还包括多个LED灯170，每个LED灯170对应一个钢琴按键310，所述LED灯170设置于所述键盘架330靠近所述电磁器件152处，所述LED灯170与所述电磁器件152并联。

在电磁器件152通电时，靠近该电磁器件152的LED灯170被点亮，且该LED灯170被点亮的时长与该电磁器件152的通电时长相同。通过设置LED灯170，在钢琴按键310按下时，该钢琴按键310对应的LED灯170被点亮，对用户起到良好的提示效果，同时起到辅助教学，增强用户的体验感的作用。

为避免存储器130中没有存储用户的输入信息对应的琴谱信息或所述存储器130中的琴谱信息未被及时更新。在本实施例中，可选的，所述钢琴自动演奏装置100还包括与上位机实现通信连接的通信模块190，所述通信模块190与所述控制器120连接。所述上位机可以是计算机，所述计算机中存储有数据库，所述数据库中包括多个琴谱信息。所述通信模块190可以是无线通信模块，所述控制器120可以通多所述无线通信模块与所述上位机进行数据交互。例如，所述控制器120可以通过所述无线通信模块获取所述数据库中的琴谱信息，并将获取到的琴谱信息发送至存储器130以使存储器130对该琴谱信息进行存储。

请结合图5，本发明还提供一种钢琴自动演奏方法，所述钢琴自动演奏方法基于上述钢琴自动演奏装置100实现。所述钢琴自动演奏方法包括S10、S20和S30三个步骤。

步骤S10：人机交互装置110接收输入信号并发送至控制器120。

其中，上述步骤是在钢琴自动演奏装置100初始化完成后进行的。所述输入信号可以是钢琴曲名称。

步骤S20：控制器120根据所述输入信号从存储器130中获取与该输入信号对应的琴谱信息。

在本实施例中，可选的，所述琴谱信息为五线谱信息，所述琴谱信息中包括顺序排列的多个演奏信息。

步骤S30：控制器120根据所述琴谱信息通过控制驱动电路140控制电磁器件152通电，电磁器件152在通电时，吸附所述钢琴按键310对应位置处的磁片154，使设置该磁片154的钢琴按键310发出音符。

所述控制器120按顺序根据所述顺序排列的多个演奏信息通过控制驱动电路140控制与各演奏信息对应的电磁器件152通电，各电磁器件152在通电时，吸附所述钢琴按键310对应位置处的磁片154，使设置该磁片154的钢琴按键310发出音符，从而实现自动演奏钢琴曲。

综上，本发明提供的一种钢琴自动演奏装置及方法，钢琴自动演奏方法基于钢琴自动演奏装置100实现。钢琴自动演奏装置100通过设置人机交互装置110、控制器120、存储器130、驱动电路140以及琴键控制装置150，使钢琴实现自动演奏，方便用户学习和使用。进一步的，通过设置多个LED灯170，对用户起到良好的提示效果，同时起到辅助教学，增强用户的体验感的作用。进一步的，通过设置通信模块190方便用户学习不同的钢琴曲。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的实施例的装置、方法和处理器程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该处理器软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台处理器设备(可以是个人处理器，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而且，术语“包括”或者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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。