积木电子琴的制作方法

本申请涉及玩具领域，具体涉及积木电子琴。

背景技术：

积木玩具是一种非常益智有趣的玩具。积木玩具可促进并提高用户的专注力、手眼协调能力、逻辑思维能力、动手能力和空间想像能力。

然而，现有的支持用户通过积木件搭建的钢琴产品都是静态产品，即只做到搭建成的产品的外观像钢琴，部分产品的琴键支持按下和释放，但琴键被按下时，不能发出相应音符的声音。

技术实现要素：

本申请的目的在于提出一种改进的积木电子琴，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

本申请提供了一种积木电子琴，所述积木电子琴包括：积木件拼搭的钢琴、光学传感器、微控制单元、音频单元、扬声器，具体的：所述积木拼搭的钢琴至少包括：琴架、琴键、连接杆、遮挡件，其中，连接杆位于琴键非按压端的上方，遮挡件位于连接杆的上方，当一个琴键被按下，该琴键的非按压端被抬升，迫使该琴键非按压端上方的连接杆同步被抬升，进而推动遮挡件的上升，当该被按下的琴键释放后，琴键恢复至水平位置，连接杆、遮挡件回落；所述光学传感器发射红外光，该红外光照射到被抬升的所述遮挡件后形成红外反射光，所述光学传感器接收该红外反射光，并对该红外反射光进行光电转换，生成电信号；微控制单元获取所述光学传感器生成的电信号，然后，确定所述电信号对应的音符，并生成音符播放指令，之后，将所述音符播放指令发送给所述音频单元；所述音频单元根据所述音符播放指令，生成音频信号，并将所述音频信号发送至扬声器；所述扬声器将所述音频信号转换成声音。

在一些实施例中，所述积木拼搭的钢琴的琴架至少包括：上横梁件、下横梁件、凸点轴，具体的：所述上横梁件与所述下横梁件是上下平行的结构，所述上横梁件的两边分别插接一排凸点轴，每个遮挡件两边分别具有一个孔，其中，一个孔套接在一排凸点轴的一个凸点轴上，另一个孔套接在另一排凸点轴的一个凸点轴上；当遮挡件未被推升时，由所述下横梁件为其提供支撑，当因琴键被按下，遮挡件被推升时，由所述上横梁件限制其被推升的高度。

在一些实施例中，所述光学传感器包括：单片机、电流控制电路、红外发射管、红外接收管、电压放大电路，具体的：所述单片机向所述电流控制电路输出脉冲宽度调制pwm信号，用于控制所述电流控制电路的间断性的接通；所述电流控制电路，用于驱动所述红外发射管发射红外光；所述红外接收管，用于将接收的红外反射光转换成电压信号；所述电压放大电路，用于将所述红外接收管生成的电压信号进行放大；所述单片机还用于根据拟合曲线，确定放大后的电压信号对应的电信号。

在一些实施例中，所述微控制单元包括：读取子单元、指令生成子单元、发送子单元；具体的：读取子单元，用于读取所述光学传感器生成的电信号；指令生成子单元，用于将获取的所述电信号的值依次与音符列表中每个音符对应的电信号范围值进行比对，确定所述电信号的值在某个音符对应的电信号范围值内，然后根据音符变量判断是否生成过该音符的音符播放指令，如果没有，则生成该音符的音符播放指令，并将该音符的标识赋值给所述音符变量，如果生成过该音符的音符播放指令，则不再生成该音符的音符播放指令，防止在琴键一直被按着的情况下，不断的播放该音符；如果所述电信号的值不在任何一个音符对应的电信号范围值内，且所述电信号的值小于预设阈值，则判定所述琴键被释放，将所述音符变量置零；发送子单元，用于将该音符播放指令发送给所述音频单元。

在一些实施例中，所述积木电子琴包括两个光学传感器且所述积木拼搭的钢琴的具有红外中间隔板，具体的：所述红外中间隔板被固定在所述琴架的所述上横梁件和所述下横梁件之间，且将若干个所述遮挡件阻隔成两组；所述两个光学传感器被固定在所述琴架上相对的两边，每个光学传感器分别检测一组遮挡件，对于每个光学传感器如果没有遮挡件遮挡其发射的红外线，则该红外线会被所述红外中间隔板反射，形成红外反射光。

在一些实施例中，所述积木电子琴包括一个光学传感器且所述积木拼搭的钢琴的具有红外侧边挡板，具体的：所述光学传感器被固定在琴架的一个侧边，所述红外侧边挡板被固定在琴架的另外一个侧边，如果没有琴键被按下，即没有遮挡件反射所述光学传感器发射的红外光，则该红外光会被所述红外侧边挡板反射，形成红外反射光。

本申请提供积木电子琴，琴键被按下后，推升遮挡件，升高的遮挡件反射光电传感器发射的红外光，之后，光电传感器接收反射的红外光，并将该红外光转换成电信号；微控制单元根据该电信号的大小判断被按下的琴键对应的音符，并生成音符播放指令，然后，音频单元根据该音符播放指令生成音频信号，最后，扬声器将该音频信号转换成声音并外放。实现了琴键按下后，发出相应音符的声音。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请的积木电子琴的一个实施例的结构示意图；

图2是本申请的积木电子琴的一个实施例的结构图；

图3是本申请的积木电子琴的一个实施例中光学传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本实施例的积木电子琴包括积木件拼搭的钢琴101、光学传感器102、微控制单元103、音频单元104、扬声器105。其中，光学传感器102自带3个圆孔，通过积木件轴或销固定在积木件拼搭的钢琴101上；光学传感器102与微控制单元103电连接，微控制单元103与音频单元104电连接，音频单元104与扬声器105电连接。积木拼搭的钢琴101至少包括：琴架、琴键、连接杆、遮挡件，连接杆位于琴键非按压端的上方，遮挡件位于连接杆的上方，当一个琴键被按下，该琴键的非按压端被抬升，迫使该琴键非按压端上方的连接杆同步被抬升，进而推动遮挡件的上升，当该被按下的琴键释放后，琴键恢复至水平位置，连接杆、遮挡件回落。光学传感器102发射红外光，同时接收红外光的反射光，并对该红外反射光进行光电转换，生成电信号。微控制单元103通过有线或无线的方式获取光学传感器102生成的电信号，然后，确定电信号对应的音符，并生成音符播放指令，之后，将所符播放指令发送给音频单元104；音频单元104根据音符播放指令，生成音频信号，并将音频信号发送至扬声器105；扬声器105将音频信号转换成声音。

继续参考图2，该图是本实施例的一个积木电子琴产品的结构图。图中部分的标注出积木件拼搭的钢琴的组件。如图所示，积木拼搭的钢琴由琴架1001、琴键1002、连接杆1003、遮挡件1004组成，其中，琴架1001又包括：上横梁件1006、下横梁件1007、凸点轴1005，红外中间隔板1008。由图可见，上横梁件1006与下横梁件1007平行。上横梁件1006的两边分别对称的插接一排凸点轴，每个遮挡件两边分别具有一个孔，其中，一个孔套接在一排凸点轴的一个凸点轴上，另一个孔套接在另一排凸点轴的一个凸点轴上。以遮挡件1004为例，遮挡件1004的一个孔套接在凸点轴1005上，另外的一个孔套接在另一排凸点轴的一个凸点轴上，但因立体图部件间的遮挡，另一排的凸点轴在图中未示出。连接杆1003套插在下横梁件1007的孔中，连接杆1003的上端有个凸起，类似一个帽，挂在下横梁件1007上。琴键1002是通过一个轴连接在琴架上的，类似于跷跷板，琴键1002的一端支持按压，用户按压该端，相当于按下一个琴键，则另一端即非按压端会被抬升，进而推升该非按压端上的连接杆1003的上升，连接杆1003上升时，又推升遮挡件1004，上横梁件1006限制遮挡件1004被推升的最大高度，该最大高度与琴键支持的被按下的最大深度相同，当琴键1002被释放后，遮挡件1004、连接杆1003回落，遮挡件1004回落至下横梁件1007，下横梁件1007支撑回落的遮挡件1004，连接杆1003回落后，其上端的凸起可以挂在下横梁件1007上，防止连接杆1003掉落，此时，连接杆1003相当于悬在琴键1002的上方。

继续参考图2，光电传感器1021、1022分别通过积木件轴或销固定在琴架1001的两边，且光电传感器1021、1022发出的红外光照射到上横梁件1006与下横梁件1007之间的空间，如果没有琴键被按下，即没有遮挡件被抬升，反射红外光，则红外光会被红外中间隔板1008反射，形成红外反射光。红外中间隔板1008将遮挡件分成两组，光电传感器1021、1022分别用于检测自身与红外中间隔板1008之间的一组遮挡件是否有被抬升的，即是否有琴键被按下。具体的光学传感器1021、1022实时的发射红外光，该红外光照射到被抬升的遮挡件或红外中间隔板1008形成红外反射光，光学传感器1021、1022分别接收红外反射光，并根据红外反射光的强弱生成相应的电信号。光电传感器发射相同强度的红外光，距离越远的遮挡件，光学传感器接收的红外反射光的强度越弱，进行光电转换后，对应的电信号的值越小，距离越近的遮挡件，对应的电信号的值越大。

在本实施例中，微控制单元、音频单元、扬声器被封装在主控制器110中。光学传感器1021、1022通过有线的方式与主控制器110连接。光学传感器1021、1022分别具有唯一标识，微控制单元间隔性的分别读取光学传感器1021、1022上的电信号和其唯一标识，然后，将获取的电信号与存储的每个琴键及红外中间隔板对应的电信号范围值进行比对，以确定按下的琴键，生成该琴键对应音符的音符播放指令，之后，将该音符播放指令发送给音频单元，音频单元根据音符播放指令，生成音频信号，并将该音频信号发送至扬声器；扬声器将该音频信号转换成声音并外放。微控制单元继续分别读取光学传感器1021、1022上的电信号，将电信号的值与红外中间隔板对应的电信号范围值进行比对，判断琴键是否被释放，如果琴键没有被释放，则继续读取电信号并判断，如果琴键被释放，则重新循环检测是否有新的琴键被按下，如果有则才生成音符播放指令，并发送给音频单元。即琴键被按下至琴键被释放期间，只生成一次音符播放指令。

在本实施例的一些可选的实现方式中，微控制单元由读取子单元、指令生成子单元、发送子单元组成。微控制单元不断循环的执行如下步骤：读取子单元读取光学传感器生成的电信号；指令生成子单元将获取的电信号的值依次与存储的音符列表中每个音符对应的电信号范围值进行比对，确定电信号的值在某个音符对应的电信号范围值内，然后根据音符变量判断是否生成过该音符的音符播放指令，如果没有，则生成该音符的音符播放指令，并将该音符的标识赋值给音符变量，如果生成过该音符的音符播放指令，则不再生成该音符的音符播放指令，防止在琴键一直被按着的情况下，不断的播放该音符；如果电信号的值不在任何一个音符对应的电信号范围值内，且电信号的值小于预设阈值，则判定琴键被释放，将音符变量置零。其中，上述预设阈值是红外中间隔板对应的电信号值。

在本实施例的一些可选的实现方式中，为节省用电，将光学传感器设置成间断性对外发射红外光。参考图3，该图是光学传感器的一个结构示意图。如图所示，光学传感器由单片机301、电流控制电路302、红外发射管303、红外接收管304、电压放大电路305组成。其中，单片机301生成pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)信号，并向电流控制电路302输出pwm信号，用于控制电流控制电路302的间断性的接通；pwm信号是由高低电平组成的脉冲信号，当pwm信号为高电平时，电流控制电路302导通，导通的电流控制电路302向红外发射管303提供驱动电流，驱动红外发射管303发射红外线，发射红外光的时长为高电平持续的时长。当pwm信号为低电平时，电流控制电路302不导通，不能向红外发射管303提供驱动电流，红外发射管303不发射红外光，持续的时间为低电平持续的时间。红外接收管304实时感应环境中的红外光，并进行光电转换，生成电压信号，然后将该电压信号发送给电压放大电路305，电压放大电路305接收该电压信号，并对该电压信号进行放大处理；之后，将放大后的电压信号发送给单片机301，最后，单片机301根据拟合曲线，确定放大后的电压信号对应的电信号。其中，电信号包括但不限于电压信号、电流信号中的一种。拟合曲线是预先进行大量测试，采集大量放大后的电压信号及对应的电信号，以放大后的电压信号为横坐标轴、电信号为纵坐标轴描绘离散的点，然后根据离散点绘制而成的拟合曲线。

在本实施例中，没有琴键被按下时，由红外中间隔板反射红外光；琴键被按下时，由遮挡件反射红外光，之后，光电传感器接收反射的红外光，并将该红外光转换成电信号；微控制单元根据该电信号的大小判断被按下的琴键对应的音符，并生成音符播放指令，然后，音频单元根据该音符播放指令生成音频信号，最后，扬声器将该音频信号转换成声音并外放。实现了琴键按下后，发出相应音符的声音。

在上述实施例中，因距离越远的遮挡件，光电传感器接收到的红外反射光越弱，加上干扰，造成识别距离较远的琴键的准确率不高，所以采用两个光电传感器，每个光电传感器负责检测一半的琴键，距离减半，准确率提高。如果提高遮挡件的反射率或提高光电传感器的精度，则可只使用一个光电传感器。即在本实施例中，积木电子琴只配置一个光电传感器，光学传感器被固定在琴架的一边，红外侧边挡板被固定在琴架的另一边，只使用一个光电传感器检测琴键的按下和释放。作为示例，将图1中的积木电子琴的光电传感器1022去掉，换成红外侧边挡板，同时去掉红外中间隔板1008。

在本实施例中，积木拼搭的钢琴的结构也不局限于图2，作为示例，在图2的基础上，将下横梁件去掉，且将遮挡件固定在连接杆的上端。当琴键被按下后，该琴键上端的连接杆和遮挡件一起被推升。

在本实施例中，微控制单元仅通过一个光学传感器生成的电信号，可确定任何一个琴键的按下，并生成相应的音符播放指令，在通过音频单元、扬声器最终发出该音符的声音。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。