应用于乐器或音乐设备的控制器的制作方法

本发明涉及电子乐器领域，特别是涉及一种应用于乐器或音乐设备的控制器。

背景技术：

传统的乐器和音乐设备都需要演奏者直接与之接触而实现某些功能，例如：电子琴需要通过演奏者对琴键的按动来发声，架子鼓需要通过演奏者对鼓面的敲击来发声。除了乐器和音乐设备的发声之外，有些乐器和音乐设备还设置有实现各种附加功能的控制面板。例如：电子琴的控制面板上就设置有多种类型的功能按钮，这些功能按钮也是需要通过人的直接接触才能得到控制。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供应用于乐器或音乐设备的控制器，改变传统的通过弹奏或敲击等方式来演奏，或通过面板按钮、旋钮及拨杆控制功能等方式，为乐器演奏增添趣味性。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种控制器，设置于乐器或音乐设备中，用于检测目标物体的运动情况，并根据所述运动情况生成相应的控制信号，从而控制所述乐器或音乐设备实现相应的功能；所述控制器包括：处理单元，以及红外收发装置和超声波收发装置中的一种或两种；其中，所述红外收发装置，用于检测目标物体在第一方向上的运动轨迹，并据以生成电信号；所述超声波收发装置，用于检测目标物体在第二方向上的运动轨迹，并据以生成电信号；所述处理单元，连接所述红外收发装置、和/或所述超声波收发装置，用于控制所述红外收发装置、和/或所述超声波收发装置的工作状态，并根据生成的电信号生成控制所述乐器或音乐设备实现相应功能的控制信号。

于本发明一实施例中，所述目标物体包括：距离所述控制器一定距离范围内的演奏者的肢体、和/或演奏者的持有物。

于本发明一实施例中，所述红外收发装置的发射器在所述处理单元的控制下工作，并在工作时发射预设频率范围的红外光；所述红外收发装置的接收器在检测到预设频率的红外光时输出低电平，反之输出高电平，或者，所述红外收发装置的接收器在检测到预设频率的红外光时输出高电平，反之输出低电平。

于本发明一实施例中，所述红外收发装置包括：左路传感器和右路传感器；所述左路传感器和所述右路传感器交替发出信号，交替一次所发送的左路信号和右路信号构成一个信号周期；若所述信号周期内的左路传感器和右路传感器所检测到的信号分别与各自发出的信号匹配，则将检测到的信号发送至所述处理单元，以供所述处理单元根据接收到的信号解析出所述目标物体的运动方向信息，用于生成控制信号。

于本发明一实施例中，所述处理单元通过控制开关管的开通和关断使所述红外收发装置的发射器工作。

于本发明一实施例中，所述超声波收发装置的发射器在所述处理单元的控制下工作，并在工作时发射预设频率范围的声波；所述超声波收发装置的接收器在检测到经反射回传的声波时生成电信号。

于本发明一实施例中，所述超声波收发装置生成的电信号经放大、检波、及比较处理后输出开关量的信号发送至所述处理单元；所述处理单元根据接收到的信号转换得到距离值，并进一步转换得到所述目标物体在移动过程中的位置信息，用于生成控制信号。

于本发明一实施例中，所述处理单元根据接收到的信号转换得到距离值，包括：根据接收到的信号的时间差转换得到距离值。

于本发明一实施例中，所述处理单元通过i/o接口驱动所述超声波收发装置的发射器。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种音乐装置，包括：如上任一所述的控制器。

如上所述，本发明的应用于乐器或音乐设备的控制器，能够识别手(肢体)的动作、鼓棒的动作等，并根据检测得到的运动情况生成相应的控制信号，从而控制所述乐器或音乐设备实现相应的功能。本发明的控制器采用红外线发射和反射原理检测手或其他物品(如鼓棒)的左右、前后移动，采用超声波原理检测手或其他物品(如鼓棒)的上下移动，并将其转化为乐器或音乐设备相应的功能操作，比如：改变乐器或音乐设备的声音(替代面板参数旋钮)、实现各种演奏辅助功能(替代面板功能按钮)等，其区别于传统的通过弹奏或敲击来演奏并通过面板按钮、旋钮或拨杆控制声音的方式，为乐器演奏增添趣味性。

附图说明

图1显示为本发明一实施例中的控制器的系统框架示意图。

图2显示为本发明一实施例中的控制器的模块搭建示意图。

图3显示为本发明一实施例中的红外收发装置的部分电路图。

图4显示为本发明一实施例中的超声波收发装置的部分电路图。

图5显示为本发明一实施例中的发码收码命令的示意图。

图6显示为本发明一实施例中的红外收发装置的识别流程示意图。

图7显示为本发明一实施例中的超声波收发装置的识别流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供的应用于乐器或音乐设备的控制器，设置于乐器或音乐设备中，优选地设置于操作面板上，可识别一定范围内的目标物体(如：人的肢体、鼓棒等)的左右、前后、上下的运动。当检测到目标物体的运动，通过红外或超声波的检测电路，经过软件分析、算法处理转换成特定的数据流传送至乐器或音乐设备，乐器或音乐设备获取到相关运动控制的数据流后，对要控制的单元模块进行控制。

参阅图1，本发明提供的控制器包括：红外收发装置、和/或超声波收发装置、及与所述红外收发装置、和/或所述超声波收发装置连接的处理单元，优选的，如图2所示，所述红外收发装置包括设置在左路和右路的两个l3ir4-10/w0038f红外传感器，所述超声波收发装置为设置在左右红外传感器之间的nu40c16t/r-1超声波传感器，所述处理单元(mcu)优选为stm8s平台的主控芯片stm8s003f3，用于借助红外及超声波的收发装置进行“手势”检测，并对“手势”的输入进行判断，将判断的操作结果(运动方向和高度数据等)通过uart口传送至乐器或音乐设备，以供设备解析这些数据后实现相应的控制。

所述红外收发装置用于识别鼓棒及手(含)在第一方向上(音乐设备的前方、后方、左方、和右方所构成的平面中的任意点至点所形成的方向)的左右挥动，包括：自左往右的挥动、自右往左的挥动等。所述红外收发装置对于鼓棒的识别高度约为30cm，对于手的识别高度约为40cm。所述超声波收发装置用于识别鼓棒及手(含)在第二方向上(音乐设备的上方、和下方所构成的纵面中的任意点至点所形成的方向)的上下移动，包括：自上往下的移动、自下往上的移动等。所述超声波收发装置对于鼓棒及手(含)的识别高度为1-30cm，且识别物体的面积为不小于人手的面积。

所述处理单元(mcu)通过控制开关管的关断，使红外传感器的发射二极管间歇性工作，这样就对红外管发射信号进行编码(抗干扰)，具体的：红外管发射红外光分为2种状态：发射特定频率信号、不发射特定频率信号。在一实施例中，本发明采用的红外传感器的接收二极管是识别中心频率在38k±5khz的940nm波长的红外光，在收到40khz信号后(反射形式)，红外传感器的接收二极管输出脚输出低电平；在未收到40khz信号后(反射形式)输出高电平，其收发装置原理如图3所示。需要说明的是，高低电平的输出可以根据实际需要进行设置，并不以本实施例的内容作为限制。

图3显示了一种典型的红外单个发射装置的部分电路。以左路为例，主控芯片stm8s003f3由15脚输出左路序列信号(由40khz信号和低电平信号混合组成)，经过三极管q1的驱动后，由红外发射二极管d1向空中发射红外信号，若有遮挡，红外信号将被反射，最后由红外信号接收器u2接收，并输出到主控芯片stm8s003f316脚，主控芯片stm8s003f3分析接收的信号数据判断收发装置上方是否有物体遮挡。同样的，结合右路收发装置，左右接收装置接收到信号后，由主控芯片stm8s003f3处理可以判断出手势的移动方向，并将生成的方向数据传送至乐器或音乐设备以达到控制的目的。特别的，更改三极管q1串联的电阻会导致检测间距的变化，以电阻r1＝220欧为例，若在该值状态下的红外左右识别，鼓棒的识别高度可达到30cm，手识别高度可达到40cm，则若需减小(增大)检测间距，则需对应增大(减小)电阻阻值，如，将电阻r1的阻值取330欧，则鼓棒的检测距离大概降低为22cm左右，手的识别高度降低为30cm左右。

所述处理单元(mcu)通过i/o口直接驱动超声波发射探头，使得发射探头发出中心频率在特定频率的声波，此声波经过障碍物反射，回传到接收探头，转换成电信号，经过放大、检波、比较处理，直接输出开关量的信号送至mcu，以此来判断是否收到该发射探头发出的信号。在一实施例中，本发明采用的超声波探头是响应40k±2hz的发射及接收探头，其收发装置原理如图4所示。

图4显示了一种典型的超声波收发装置的部分电路。主控芯片stm8s003f3由10脚输出40khz信号，经过超声波发射探头u8向空中发射超声波，若有遮挡，超声波信号将被反射回，最后由超声波接收头u5接收，经过u4-a、u4-b和u7-a、u7-b放大、检波、比较处理后输出到单片机19脚，将数据送到单片机内部，单片机根据获得的信号判断出距离的远近，计算得出高度数据，并将高度数据传送至乐器或音乐设备以达到控制的目的。

本发明的控制器具有多种工作模式，包括：左右运动识别模式、上下运动识别模式。以下将结合附图对这几种工作模式分别进行阐述。

左右运动识别模式

红外左右识别功能主要是利用两路传感器自发自收的方式，以及识别到手势先后的时间顺序来确定手势的方向，乐器或者音乐设备收到相关解析出来的方向数据后执行、响应当前动作，从而达到控制乐器某种功能的目的。

请参阅图5，在一实施例中，本发明提供如下发码及解码规则：

发码规则：控制器的两路红外管依次交替发送左(t1)+右(t2)两路的信号，即同时段发送t＝t1+t2的信号，总周期t＝300us40khz+200us低电平+300us40khz+200us低电平+300us40khz+400us低电平+300us40khz+400us低电平；

解码规则：左路：t1＝1ms，300us低电平+200us高电平+300us低电平+200us高电平；右路：t2＝1.4ms，300us低电平+400us高电平+300us低电平+400us高电平；

如图6所示，当左路和右路分别解码到t1、t2后才算解码成功。

对于红外左右识别单路传感器，超时时间为t1，一次手势后无效时间为t2。若超过t1还未识别到手势，则本路传感器的识别标志清除，开启新一轮的识别；若识别到手势了，且识别时间在设定范围内，则开启无效时间t2。当手势进行操作后，若左右两路传感器的先后识别真正的时间间隔小于设定时间阈值t3，则不予识别。

上下运动识别模式

超声波上下识别功能主要是判断“手势”上下移动，在一实施方式中，设定总周期为t＝15ms，发送8个40khz信号，当超声波发射探头发送40khz信号开始计时，经过硬件电路放大、检波、比较处理，若有下降沿产生，则触发mcu的外部中断，此时mcu进入中断复制当前计时时间，将得到的时间值转换成距离值，进一步计算“手势”在移动过程中的位置值，并将数据经算法处理后发送至上一级的乐器或者音乐设备。乐器或音乐设备收到相关命令后执行、响应当前动作，从而达到控制乐器某种功能的目的，其流程如图7所示，包括：在发送40khz信号后判断是否有时间差值产生即是否有手势输入，若是，则计算出高度值后将其存入超声波buff中，当超声波buff中有数据时过滤掉异常数据，并将当前高度数据进行发送。

除此之外，本发明还提供一种音乐装置，如：乐器及其他音乐设备等，特别的，该音乐装置包括前述任一实施例中所述的控制器。由于有关的技术特征已经前述实施例中进行了详细的阐述，因而不再详细展开。

综上所述，本发明的应用于乐器或音乐设备的控制器，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。