基于光敏感应技术的钢琴琴键状态检测与指示装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于光敏感应技术的钢琴琴键状态检测与指示装置，属于钢琴教学电子辅助设备领域。
【背景技术】
[0002]目前钢琴琴键状态检测在国内外有多种检测专利与技术，如国外专利US2004/003708A1描述的是一种采用向琴键表面发射红外光并通过反射或直射原理进行琴键状态检测的装置；国内专利CN201946292U描述了一种采用红外对管通过红光反射原理进行琴键状态检测的装置；国内专利CN203839026U描述了一种基于磁敏感应原理进行琴键状态检测的装置。上述专利检测装置存在以下缺点:采用红外反射原理由于红外存在漫反射现象，在超近距离的检测场合中效果有限甚至无效，而钢琴琴键状态检测恰又属于超近距离的检测；而采用磁敏感应原理需要在琴键上单独安装磁源，需要额外的安装，会导致携带移动的不方便。同时上述检测装置由于检测器件较多，单个器件费用较高，导致整个检测装置的总体费用比较高。
【发明内容】
[0003]为了解决上述装置的问题，本实用新型提供一种更简单、更经济的钢琴琴键状态检测与指示装置，该装置对钢琴无需改装，不接触琴键，不需要在检测装置底部安装光源，直接悬架在钢琴琴键的上方就能够快速，方便、准确进行钢琴琴键的状态检测及指示，并将检测到的信号数据上传给上位进行处理。
[0004]本实用新型解决琴键状态探测技术问题所采取的原理与方案是:检测装置设计为与钢琴琴键长度一致的长条形盒子，盒子底部采用凹凸设计，以便与凸凹的钢琴黑白键能紧密贴近悬架；盒子里面的电路板包含88路检测单元，每路单元负责一个琴键的检测。检测单元底部安装高敏度的光敏感应器件，用于检测检测盒与琴键之间的空隙光强度的变化。当琴键是未按下时，由于琴键与检测单元是平行紧密贴近，光敏感应器件检测是近似“无光”状态；当琴键按下时，琴键与检测单元之间空间变大，外部光源漫散反射到检测空间中，此时光敏感应器件检测到“有光”状态，光敏感应器件将感应到的数据经过检测单元电路进行运放、AD转换及比较，将比较的数据发送给上位机，从而判断出琴键是按下还是未按下状态。
[0005]采及上述技术方案，其主要特点是:
[0006](I)整个检测装置外形是长与钢琴琴键一致，宽20mm，高30mm的长条型盒子，两端通过支架直接悬挂在钢琴琴键上方，不需要固定，方便使用者携带移动；
[0007](2)盒子里面包含88路检测单元电路，每路单元负责一个琴键的状态检测；
[0008](3)盒子底部根据检测的琴键类型(白键或黑键)设计成倒凹凸的结构，目的使整个盒子悬架在钢琴上方时，检测盒底部与钢琴凸凹的黑白键能紧密平行吻合贴近，保持一致微小的空间距离；
[0009](4)每路检测单元底部安装一个高敏感度的光敏感应器件，用于检测检测单元与琴键之间空间的光强度；
[0010](5)在每路检测单元靠近弹琴者的一侧，安装一个向下发光的光源灯管，目前是为检测单元提供相对稳定的检测光源，避免受到检测环境光亮度的干扰；
[0011](6)检测单元上的检测电路对光敏感应器感应光强度的数据进行放大、AD转换及阈值比较，并将比较的结果上传到上位机软件处理。
[0012](7)每路检测单元面向弹琴者的前方同时安装一个双色LED指灯，检测单元电路接收到上位机发送命令进行指示灯的点亮或熄灭，双色用于标识是左手还是右手。
[0013]本实用新型的有益效果是:本装置采用更简单更经济的检测器件，能实时采集到弹琴者对各个琴键按下或松开的动作数据，并上传到上位机上的智能电子乐谱软件进行弹放准确性比较，从而可以让乐谱软件自动对弹琴者的准确性进行打分及弹错提示，同时本装置也能接收上位机智能电子乐谱软件的指令，点亮电子乐谱软件上播放音符对应琴键上的检测单元上的LED指示灯，为弹琴者进行钢琴上按键提供指标帮助。
【附图说明】
[0014]图1是检测装置外形及应用场景模拟图。
[0015]图2是检测装置凹凸结构设计正面剖视图。
[0016]图3是检测装置的功能结构图。
[0017]图4是检测单元机械原理图。
[0018]图5是检测装置光敏感应器件在琴键状态变化时的响应曲线图。
【具体实施方式】
[0019]图1出示了检测装置(I)与钢琴键(2)及上位机平板电脑(3)之间在使用场景与关系，检测装置通过支架悬架在钢琴键的上方，检测装置的底部采用凹凸的方式设计，从而可以与凸凹的钢琴黑白键能互相吻合平行紧密贴近悬架，尽可能使用检测装置与未弹放的琴键间的空间处于“无光”状态。检测装置与上位机通过无线(4)进行数据传送。
[0020]图2出示了检测装置中一个音阶琴键(共7个白键，5个黑键)范围的正面剖视图，装置底部是凸凹结构的设计，C，D, E, F，G, A, B是用于安装白键检测单元的位置及宽度，C#，D#, F#, G#’ A#是用于安装黑键检测单元的位置及宽度，整个底部凹槽长度为8~10mm。
[0021]图3出示了检测装置的功能结构图，整个检测装置由与标准钢琴键(3) —一对应的黑键检测单元(2)或白键检测单元(I)共88个检测单元组成，其中黑键检测单元底部采用倒凹形设计，白键检测单元采用倒凸形设计，从而保证整个检测装置能一致紧密贴近琴键悬架。
[0022]图4出示了单个检测单元的机械原理图，检测单元由被检测琴键(1)、检测装置盒
(2)，检测电路板(3)、光敏感应器件(4)，稳定检测供光管(5)，LED指示灯(6)组成。当琴键处于松开状态时，由于琴键与检测装置盒之间空间很紧密，光敏感应器件检测到是“无光”状态；当琴键处于按下状态(Γ)时，此时琴键与检测装置盒之间的空间开放了一个三角形的角度空间，从供光管及外部环境的各种光源经常漫射或反射到该空间内，此时光敏感应器件检测到“有光”状态；检测电路将光敏感应器件检测的信号进行放大，AD转换并阈值比较，上传到上位机中进行应用处理。
[0023]图5出示了单个检测单元光敏感应器在琴键在松开-按下-再松开过程中检测电路采集到的AD值变化曲线图。图中t0~tl曲线段是琴键松开未按下的光敏感应器测量到的光度AD值，tl~t2曲线段是琴键在缓慢按下时光敏感应器测量到的光度AD值，t2~t3曲线段是琴键缓慢松开时光敏感应器测量到的光度AD值。AD-H值是预存在电路板单片机里面琴键松开时光敏感光器最高AD阈值，AD-L刻度线是预存储在电路板单片机里面琴键完全按下时光敏感光器最低AD阈值。
【主权项】
1.一种基于光敏感应技术的钢琴琴键状态检测与指示装置，外形是一个底部采用凸凹结构设计的长条形的检测盒，检测盒内包含88路检测单元，每路检测单元由光敏感应器件，信息处理分析电路，稳定光源供应管，双色LED指示灯组成；其特征是:底部凸凹设计的检测盒通过支架紧密贴近悬挂在琴键上方，检测盒底部的光敏感应器件对琴键与检测盒底部的空间在琴键松开与按下时光强度的变化进行测量，检测电路对检测到的光强度信号进行放大、AD转换及阈值比较，并将比较的结果上传到上位机软件进行应用处理；检测电路上的双色LED指示灯接收上位机软件发送的信号进行灯的点亮与熄灭处理。
2.根据权利要求1所述的基于光敏感应技术的钢琴琴键状态检测与指示装置，其特征是:检测盒底部采用与凸凹的黑白琴键对应的倒凹凸结构设计。
3.根据权利要求2所述的基于光敏感应技术的钢琴琴键状态检测与指示装置，其特征是:在每个琴键对应的检测盒底部安装一个光敏感应器件，用于对该琴键的状态进行检测。
4.根据权利要求1所述的基于光敏感应技术的钢琴琴键状态检测与指示装置，其特征是:检测盒面对弹琴者的一面每个检测单元都安装一个双色指示灯；双色LED灯通过控制电路接收上位机的指令进行点亮或熄灭处理，用于提示该灯对应的琴键需要弹或放的处理，灯的不同颜色用于提示对应弹琴的左或右手。
【专利摘要】一种基于光敏感应技术的钢琴琴键状态检测与指示装置，该装置对钢琴无需改装、不接触琴键，直接悬架在钢琴琴键的上方，利用外部空间的光源就能够快速，方便、准确进行钢琴琴键的状态检测及指示；该装置外形是一个底部采用凸凹结构设计的长条形的检测盒，内部由光敏感应器件，信息处理分析电路，双色LED指示灯组成；底部凸凹特殊设计的检测盒通过支架紧密贴近悬挂在琴键上方，光敏感应器件对琴键与检测盒底部的空间在琴键松开与按下时光强度进行测量，检测电路对检测到的光强度信号进行放大、AD转换及阀值比较，并将比较的结果上传到上位机软件进行应用处理；检测电路上的双色LED指示灯接收上位机软件发送的信号进行灯的点亮与熄灭处理。
【IPC分类】G10H1-34
【公开号】CN204390723
【申请号】CN201420654631
【发明人】甘茂鹏
【申请人】甘茂鹏
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年11月5日