一种钢琴弹奏指导智能棒的制作方法

本实用新型涉及一种乐器教学装置，特别涉及一种钢琴弹奏指导智能棒。

背景技术：

钢琴是通过按下琴键，牵动钢琴里面包着绒毡的小木槌，继而敲击钢丝弦发出声音。钢琴的弹奏，对准确性和节奏性要求极高，学生弹奏钢琴的准确性和节奏性，是通过老师的指点并在节拍器的配合下，才能有较好的把握。但不同的老师对于准确性和节奏性的把握度不尽相同，结果会给学生造成无所适从的感觉，进而影响到教学质量。目前的钢琴种类基本分为电子钢琴和机械钢琴，电子钢琴是电声乐器，而机械钢琴则是纯粹的机械物理发生，琴弦震动，琴箱共鸣而产生的。虽然目前电子钢琴其以其实用性和性价比优势比较受用户的青睐，但是机械钢琴以其真实的发音效果和完美的弹奏手感是电子钢琴无法取代的。特别是接受系统的钢琴学习时，机械钢琴仍然是学习的难点和重点。传统的机械钢琴学习存在一个难点，就是机械钢琴的演奏信息无法客观的采集，通常都需要老师在旁边不间断的聆听，通过发出的声音来判断学员是否弹错，而后即时的指出错误并指导更正，这就带来了几个问题：第一，指导老师不可能一直陪伴在学身边，学员独自练习机械钢琴的过程中，其弹奏的错误就无人及时发现指出；第二，指导老师的记忆力是有限的，可能无法记住学员弹奏过程中每个错误的弹奏动作，可能会漏掉许多不明显的错误，对学生扎实系统的学习是不利的。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种钢琴弹奏指导智能棒，通过本实用新型替代老师的现场指点，提高学生弹奏的准确性以及对节奏性的把握度，进而提高教学质量。

本实用新型的技术方案如下：

一种钢琴弹奏指导智能棒，包括棒状的本体、智能终端以及设置于所述本体内的主控电路板、琴键状态采集结构和弹奏引导指示灯结构；所述智能终端与所述主控电路板电连接；所述本体架设于钢琴琴键上方；所述琴键状态采集结构设置于所述本体的底部，所述弹奏引导指示灯结构设置于所述本体的顶部或正面；所述琴键状态采集结构以及所述弹奏引导指示灯结构与所述主控电路板电连接，所述琴键状态采集结构采集琴键按下或放开的状态信息发送至所述主控电路板，所述主控电路板控制所述弹奏引导指示灯结构指示琴键状态以及曲谱引导；所述本体的两端底部设置有高度调节装置。

进一步的，所述琴键状态采集结构包括52个反射式红外光电传感器以及36个对射式红外光电传感器；各所述反射式红外光电传感器对应白色琴键设置于所述本体底部，各所述对射式红外光电传感器对应黑色琴键设置于所述本体底部，各所述反射式红外光电传感器以及各所述对射式红外光电传感器均与所述主控电路板电连接。

进一步的，所述弹奏引导指示灯结构包括88个双色LED灯，各所述双色LED灯固定于所述本体顶部或正面。

进一步的，所述本体包括上壳和下壳，所述下壳底部对应钢琴黑白琴键设置凹部和凸部；各所述凸部靠近白键设置，各所述凹部靠近黑键设置；各所述凸部对应所述白键开设有第一开口，所述反射式红外光电传感器的发射端固定于所述第一开口上；各所述凹部的两内侧均开设有第二开口，所述对射式红外光电传感器的发射端和接收端分别固定于两第二开口上；所述上壳的顶部或正面横向并排开设有88 个第三开口，各所述双色LED灯分别固定于各所述第三开口上。

进一步的，所述高度调节装置包括底盘以及固定于底盘上端的螺栓；所述下壳的两端均设置有螺纹孔，所述螺栓与所述螺纹孔螺纹连接。

进一步的，所述本体上设置有一USB接口，所述控制主板通过所述USB接口与所述智能终端或电源电连接。

进一步的，所述控制主板包括单片机以及与所述单片机电连接的状态采集电路、LED驱动电路、蓝牙模块、USB接口电路和电源电路；所述电源电路为各部分电路提供工作电压；所述蓝牙模块用于连接单片机与智能终端；所述USB接口电路连接单片机与智能终端或电源；所述琴键状态采集结构通过所述状态采集电路与单片机电连接；所述弹奏引导指示灯结构通过所述LED驱动电路与所述单片机电连接。

进一步的，所述状态采集电路包括复数个串联的74HC164芯片，首端的所述74HC164芯片的输入端连接所述单片机，其余各所述 74HC164芯片的输入端均与前一74HC164芯片的输出脚连接；各所述反射式红外光电传感器的发射管阳极并联后连接电源，各所述反射式红外光电传感器的接收管集电极并联后与所述单片机电连接，各所述反射式红外光电传感器的发射管阴极和接收管发射极连接后分别连接至各所述74HC164芯片的输出脚；各所述对射式红外光电传感器的发射管阳极并联后连接电源，各所述对射式红外光电传感器的接收管集电极并联后与所述单片机电连接，各所述对射式红外光电传感器的发射管阴极和接收管发射极连接后分别连接至各所述74HC164芯片的输出脚。

进一步的，所述LED驱动电路包括复数个串联的MBI5026芯片，各所述MBI5026芯片的输入端均与所述单片机电连接；各所述双色 LED灯的阳极并联后连接电源；各所述双色LED灯的阴极分别连接至各所述MBI5026芯片的输出脚。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型通过双色LED灯的亮灭指示学生进行弹奏，通过琴键状态采集结构采集各个琴键的按下或放开信息，并通过智能终端分析琴键信息来分析弹奏的准确度和其他问题，能够替代老师进行现场指点，提高学生弹奏的准确性以及对节奏性的把握度，进而提高教学质量。

2、本实用新型设置有USB接口电路和蓝牙模块，通用性极大，所有的IOS、android、windows操作系统的电脑、平板、手机等设备都能识别，从而实现与这些设备上应用APP进行对接互动。

3、本实用新型对白键采用反射式红外光电传感器、对黑键采用对射式红外光电传感器进行按键与否的感应，利用了钢琴键盘的结构特点以及黑白键各自的按压特点，黑键较白键在被按压时整体向下，因此，使用对射式红外光电传感器左右对射来判断黑键的按压情况，不仅判断精确，稳定，而且有效减少了反射式红外光电传感器的布置密度，减小了故障风险，维护方便。

4、本发明开创性的设置凹部和凸部，从而契合钢琴琴键，使本体能够近距离的贴近钢琴白键，从而提高了反射式红外光电传感器的测量精度和稳定性，同时黑键的测量采用部分在凹部两内侧的对射式红外光电传感器进行感应，不仅巧妙的利用了钢琴琴键特点，而且同样具有较高的测量精度和稳定性。

5、本发明本体的高度可调节，调节方式简便，能够有效契合不同品牌型号的钢琴。

6、本发明采用双色LED灯，不仅有效减少了LED灯布置的数量，而且具有引导和纠错的多功能显示特点。

7、本发明能够和外部平板或手机直接连接，利用手机或平板的音乐功能实现智能化纠错和指导，使用方便、范围广。

附图说明

图1为本发明本体的结构示意图；

图2为本发明的系统框图；

图3为上壳的左端部分的结构示意图；

图4为下壳的左端部分的结构示意图；

图5为琴键状态采集结构安装示意图；

图6为高度调节装置的结构示意图；

图7为单片机电路原理图；

图8为蓝牙模块的电路原理图；

图9为USB接口电路的电路原理图；

图10为电源电路的电路原理图；

图11为LED驱动电路的电路原理图；

图12为状态采集电路的电路原理图。

图中附图标记表示为：

1、本体；11、主控电路板；101、上壳；102、下壳；103、凹部； 104、凸部；105；第一开口；106、第二开口；107、第三开口；108、螺纹孔；111、单片机；112、状态采集电路；113、LED驱动电路； 114、蓝牙模块；115、USB接口电路；116、电源电路；12、琴键状态采集结构；121、反射式红外光电传感器；122、对射式红外光电传感器；13、弹奏引导指示灯结构；131、双色LED灯；14、USB接口； 2、智能终端；3、高度调节装置；31、底盘；32、螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。

参见图1至图12，一种钢琴弹奏指导智能棒，包括棒状的本体1、智能终端2以及设置于所述本体1内的主控电路板11、琴键状态采集结构12和弹奏引导指示灯结构13；所述智能终端2与所述主控电路板11电连接，智能终端2可以是PC以及安卓或者IOS的智能手机和平板电脑；所述本体1架设于钢琴琴键上方；所述琴键状态采集结构12设置于所述本体1的底部，所述弹奏引导指示灯结构13设置于所述本体1的顶部或正面；所述琴键状态采集结构12以及所述弹奏引导指示灯结构13与所述主控电路板11电连接，所述琴键状态采集结构12采集琴键按下或放开的状态信息发送至所述主控电路板11，所述主控电路板11控制所述弹奏引导指示灯结构13指示琴键状态以及曲谱引导；所述本体1的两端底部设置有高度调节装置3。

进一步的，请参阅图4和图5，所述琴键状态采集结构12包括 52个反射式红外光电传感器121以及36个对射式红外光电传感器 122；各所述反射式红外光电传感器121对应白色琴键设置于所述本体1底部，各所述对射式红外光电传感器122对应黑色琴键设置于所述本体1底部，各所述反射式红外光电传感器121以及各所述对射式红外光电传感器122均与所述主控电路板11电连接；反射式红外光电传感器121型号为RPR220光电传感器，反射式红外光电传感器121 根据反射的强弱变化，计算白键的位置变化，判断出白键的按下和放开；对射式红外光电传感器122型号为PT908-7C和IR908-7C对射器件，对射式红外光电传感器122根据黑键放开时阻挡对射器件的对射路径，而按下时对射路径开放，根据对射器件的电平变化，判断出黑键的按下和放开。

进一步的，参阅图3，所述弹奏引导指示灯结构13包括88个双色LED灯131，各所述双色LED灯131固定于所述本体1顶部或正面，双色LED灯131颜色为红蓝双色。

进一步的，参阅图3-5，所述本体1包括上壳101和下壳102，所述下壳102底部对应钢琴黑白琴键设置凹部103和凸部104；各所述凸部104靠近白键设置，各所述凹部103靠近黑键设置；各所述凸部104对应所述白键开设有第一开口105，所述反射式红外光电传感器121的发射端固定于所述第一开口105上；各所述凹部103的两侧均开设有第二开口106，所述对射式红外光电传感器122的发射端和接收端分别固定于两第二开口106上；所述上壳101的顶部或正面横向并排开设有88个第三开口107，各所述双色LED灯131分别固定于各所述第三开口107上。

进一步的，参阅图6，所述高度调节装置3包括底盘31以及固定于底盘31上端的螺栓32；所述下壳102的两端均设置有螺纹孔 108，所述螺栓32与所述螺纹孔108螺纹连接；通过旋转底盘31，调整底盘31和下壳102间的距离，以调整本体1的整体高度。

进一步的，所述本体1上设置有一USB接口14，所述主控电路板11通过所述USB接口14与所述智能终端2或电源电连接，电源可以是充电宝或者充电器。

进一步的，参阅图2以及图7-图12，所述主控电路板11包括单片机111以及与所述单片机111电连接的状态采集电路112、LED驱动电路113、蓝牙模块114、USB接口电路115和电源电路116；单片机111为STM32单片机；所述电源电路116为各部分电路提供工作电压，电源电路116采用开关电源芯片U10，将接入的5V电压降低到3.3V电压，提高降压效率，降低功耗；所述蓝牙模块114用于连接单片机111与智能终端2，蓝牙模块114采用MIDI蓝牙芯片U9，通过串口RXT1和TXT1与U9串口连接，进而实现单片机111与智能终端2间的蓝牙无线连接；所述USB接口电路115连接单片机111与智能终端2或电源；所述琴键状态采集结构12通过所述状态采集电路112与单片机111电连接；所述弹奏引导指示灯结构13通过所述 LED驱动电路113与所述单片机111电连接。

进一步的，参阅图12，所述状态采集电路112包括复数个串联的74HC164芯片，首端的所述74HC164芯片的输入端A和B连接所述单片机111，其余各所述74HC164芯片的输入端A和B均与前一 74HC164芯片的输出脚连接；各所述反射式红外光电传感器121的发射管阳极并联后连接电源，各所述反射式红外光电传感器121的接收管集电极并联后与所述单片机111的第10引脚连接，各所述反射式红外光电传感器121的发射管阴极和接收管发射极连接后分别连接至各所述74HC164芯片的输出脚；各所述对射式红外光电传感器122 的发射管阳极并联后连接电源，各所述对射式红外光电传感器122的接收管集电极并联后与所述单片机111电连接，各所述对射式红外光电传感器122的发射管阴极和接收管发射极连接后分别连接至各所述74HC164芯片的输出脚Q0-Q7；通过SCL和SDA的串行数据总线对各反射式红外光电传感器121和对射式红外光电传感器122进行控制，SDA总线接收电压信号，接入单片机111的模数转换口，实现电压数据采集，进而判断琴键的状态，进行批量数据处理。

进一步的，参阅图11，所述LED驱动电路113包括复数个串联的MBI5026芯片，各所述MBI5026芯片的输入端均与所述单片机111 电连接；各所述双色LED灯131的阳极并联后连接电源；各所述双色LED灯131的阴极分别连接至各所述MBI5026芯片的输出脚 OUT0-OUT15；单片机111通过第15、16、17脚与MBI5026芯片的SCLK、 SIN和LAT引脚连接，控制MBI5026芯片的实时输出，进而控制各双色LED灯131亮或灭。

本实用新型的工作流程如下：

琴键状态采集结构12实时检测钢琴琴键动作，识别各琴键按下或抬起的信息,识别后的信号通过单片机111的蓝牙模块114或USB 接口电路115以蓝牙通信或USB连接的方式传输给智能终端2(手机、平板或者电脑)；从而实现智能终端2的信号采集，进行弹奏准确性的分析；同时通过智能终端2中的软件，将弹奏的曲谱引导数据发送到弹奏引导指示灯结构13，通过控制各双色LED灯131的亮灭，来进行引导，红色灯为引导指示灯，用于引导学员需弹奏哪个琴键，蓝色灯为琴键状态指示灯，当琴键被按下时，琴键上方对应的蓝色指示灯就会亮起，放开时同步熄灭。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。