智能鋼琴的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能鋼琴，包括琴身、鍵盤、踏板、顯示屏和主控制板；主控制板包括用于為主控制板供電的電源接口及用于控制電源通斷的電源開關、微處理器、功放芯片、兩個揚聲器、兩個耳機插孔和轉換板；顯示屏設置于琴身上；鍵盤、踏板均與轉換板電連接，轉換板通過微處理器與顯示屏相連接；轉換板上連接有MIDI接口；鍵盤、踏板均與電源接口相連接；微處理器的聲音輸出端上連接有音量調節(jié)開關，音量調節(jié)開關分別與兩個揚聲器和兩個耳機插孔相連接。本發(fā)明的智能鋼琴，具有使得用戶能更加直觀的學習演奏、在練習的同時能夠及時可以糾正錯誤、智能化程度高等優(yōu)點。
【專利說明】智能鋼琴
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼琴，尤其是一種智能鋼琴。
【背景技術】
[0002]鋼琴是源自西洋古典音樂中的一種鍵盤樂器，由88個琴鍵和金屬弦音板組成，普遍用于獨奏、重奏、伴奏等演出，作曲和排練音樂十分方便。由于它優(yōu)良全面的性能和廣泛的用途都是其他任何樂器無法與之相比擬的，因而鋼琴被眾多的音樂家們譽為“樂器之王”。
[0003]隨著電子技術的飛速發(fā)展，鋼琴傳統技術與現代電子技術的結合，電子鋼琴便應運而生。數碼鋼琴比傳統機械鋼琴多了許多“數碼”特有的功能。數碼鋼琴用數碼技術不僅具有機械鋼琴的全部功能，還具有獨特的多種音色、存貯記憶、變調、混音、節(jié)拍器功能，并有MIDI接口、耳機、話筒接口等，實現了鋼琴傳統技術與現代高科技的結合。現在，越來越多的孩子學習鋼琴，但是傳統的鋼琴學習方法枯燥無味，而且不具備糾錯功能，即使演奏錯誤了演奏者也不易發(fā)現。通過專門的鋼琴培訓班學習鋼琴，不僅要專門安排時間到培訓機構，而且學習時間短、費用較高，學習者不能隨時學習。
[0004]申請?zhí)枮?00420017550.6的中國實用新型專利公開了一種帶有掃描及顯示裝置的鋼球，在琴身上設有掃描儀和顯示裝置，顯示裝置由腳踏式的控制開關控制翻頁。這種鋼琴避免了在彈奏過程中需要用手翻動樂譜給演奏者帶來不便的問題，但是只僅僅具備顯示和翻動樂譜的作用，不具備采集演奏信息、分析演奏是否和樂譜一致等功能，而且翻動樂譜還要靠演奏者踏動控制開關，操作起來比較麻煩，也不具備自學功能。
[0005]申請?zhí)枮?00420016436.1的中國實用新型專利公開了一種電腦鋼琴，在鋼琴的琴身上設置書架，書架上設置顯示器，琴身下設有電腦主機，在琴身上設置鍵盤和鼠標，可通過電腦顯示琴譜，還可通過電腦上網學習鋼琴課程。這種電腦鋼琴，僅僅是將電腦設置于鋼琴之上，電腦與鋼琴之間并沒有互動，同時也需要手動翻動樂譜，同樣也不具備自學功能和糾錯功能。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明是為避免上述已有技術中存在的不足之處，提供一種智能鋼琴，以采集分析演奏信息、便于學習者學習鋼琴課程。
[0007]本發(fā)明為解決技術問題采用以下技術方案。
[0008]智能鋼琴，其結構特點是，包括琴身、鍵盤、踏板、顯示屏和主控制板；所述主控制板包括用于為主控制板供電的電源接口及用于控制電源通斷的電源開關、微處理器、功放芯片、兩個揚聲器、兩個耳機插孔和轉換板；所述顯示屏設置于所述琴身上；所述鍵盤、踏板均與所述轉換板電連接，所述轉換板通過微處理器與所述顯示屏相連接；所述轉換板上連接有MIDI接口 ；所述鍵盤、踏板均與所述電源接口相連接；所述微處理器的聲音輸出端上連接有音量調節(jié)開關，所述音量調節(jié)開關分別與兩個揚聲器和兩個耳機插孔相連接。[0009]本發(fā)明的智能鋼琴還具有以下技術特點。
[0010]所述琴身上設置有凹槽，顯示屏以鉸接的方式設置于所述琴身上，在顯示屏合上時顯示屏嵌于所述凹槽之內。
[0011]所述琴身上還設置有琴蓋，所述琴蓋以鉸接的方式設置于所述琴身上，所述琴蓋上靠近鍵盤的一面上設置有所述顯示屏。
[0012]所述顯示屏為液晶觸摸屏；所述微處理器為ARM處理器。
[0013]所述微處理器與云端服務器之間通過無線通信或有線通信的方式通信。
[0014]所述兩個耳機插孔分別為3.5mm耳機插孔和6.5mm耳機插孔。
[0015]所述轉換板與所述微處理器之間通過USB接口相連接。
[0016]與已有技術相比，本發(fā)明有益效果體現在:
[0017](I)本發(fā)明的智能鋼琴，采用基于FGA25N120對稱半橋式功率變換器并采用ARM處理器作為數控核心，在微處理器可內存儲專門的教學軟件。通過可觸摸屏幕可以顯示樂譜以及觸發(fā)預設的卡通教學軟件，對于音樂理論、鋼琴演奏等方面進行進階式學習。學習者無需到培訓機構即可自學，可以自行決定學習的時間點和時間長短，解決了在培訓機構學習時受到地點和時間制約的問題，降低了學習的成本。
[0018](2)通過轉換板采集、分析用戶演奏信息，從而判斷演奏的信息與樂譜是否一致的，并在演奏出錯時在顯示屏上提示，同時通過揚聲器或耳機輸出聲音提示，使得學習者在演奏出錯的時候獲得出錯警示，具備了良好的糾錯功能，提高了自學的效果，具有高度的智能化水平。樂譜的顯示與演奏進度一致，無需手動控制樂譜翻動，演奏者不用考慮操作樂譜翻動的操作問題。
[0019](3)通過先進的技術、結合形象的動漫元素，對音樂的知識點、五線譜上的音符在88個鋼琴鍵上的對位等鋼琴知識，進行分析以及合理的安排，使得用戶可以更加直觀的學習并掌握音樂理論、鋼琴演奏等知識，解決了鋼琴入門難，音樂理論知識可以可視化的學習、在練習的同時及時可以糾正錯誤等問題。
[0020]本發(fā)明的智能鋼琴，使得用戶可以更加直觀的學習并掌握音樂理論、鋼琴演奏等知識，具有高度的智能化水平，解決了鋼琴入門難，音樂理論知識可以可視化的學習、在練習的同時及時可以糾正錯誤等問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1、本發(fā)明的智能鋼琴的控制電路的硬件原理方框圖。
[0022]圖2、本發(fā)明的智能鋼琴的一個實施例(琴身設置凹槽)的外形圖。
[0023]圖3、本發(fā)明的智能鋼琴的另一個實施例(琴身上設置琴蓋)的外形圖。
[0024]圖4、本發(fā)明的智能鋼琴的接口的外部接線示意圖。
[0025]圖5、本發(fā)明的智能鋼琴采用的ARM平臺的連接口示意圖。
[0026]圖6、本發(fā)明的智能鋼琴的轉換板的連接口示意圖。
[0027]圖7、本發(fā)明的智能鋼琴的主控制板的主控電路圖。
[0028]圖8、本發(fā)明的智能鋼琴的主控制板的電源電路圖。
[0029]圖9、本發(fā)明的智能鋼琴的主控制板的USB接口電路圖。
[0030]圖10、本發(fā)明的智能鋼琴的主控制板的MIDI接口電路圖。[0031]圖11、本發(fā)明的智能鋼琴的主控制板的延音踏板檢測電路圖。
[0032]圖12、本發(fā)明的智能鋼琴的主控制板的MIDI鍵盤掃描電路圖。
[0033]圖13、本發(fā)明的智能鋼琴的主控制板的LED顯示和按鍵電路圖。
[0034]圖中標號:I琴身，2琴蓋，3顯示屏，4鍵盤，5電源接口，66.5mm耳機插孔，7MIDIOUT接口，8延音踏板接口，9開關，10音量調節(jié)孔，113.5mm耳機插孔。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0036]參見圖1，智能鋼琴，包括琴身1、鍵盤4、踏板、顯示屏3和主控制板；所述主控制板包括用于為主控制板供電的電源接口 5及用于控制電源通斷的電源開關、微處理器、功放芯片、兩個揚聲器、兩個耳機插孔和轉換板；所述顯示屏設置于所述琴身上；所述鍵盤、踏板均與所述轉換板電連接，所述轉換板通過微處理器與所述顯示屏相連接；所述轉換板上連接有MIDI接口 ；所述鍵盤、踏板均與所述電源接口相連接；所述微處理器的聲音輸出端上連接有音量調節(jié)開關，所述音量調節(jié)開關分別與兩個揚聲器和兩個耳機插孔相連接。
[0037]所述琴身上設置有凹槽，顯示屏以鉸接的方式設置于所述琴身上，在顯示屏合上時顯示屏嵌于所述凹槽之內。使用時翻轉顯示屏，可隨時觀察顯示的演奏信息或出錯信息。不用時將顯示屏嵌入于凹槽內。
[0038]所述琴身I上還設置有琴蓋2，所述琴蓋2以鉸接的方式設置于所述琴身I上，所述琴蓋2上靠近鍵盤的一面上設置有所述顯示屏3。所述琴蓋鉸接于所述琴身上，翻轉后琴蓋的靠近鍵盤的一面恰好與演奏者相對，使得演奏者可以很容易地觀看顯示屏。
[0039]所述顯示屏為液晶觸摸屏；所述微處理器為ARM處理器。
[0040]所述微處理器與云端服務器之間通過無線通信或有線通信的方式通信。
[0041]所述兩個耳機插孔分別為3.5mm耳機插孔11和6.5mm耳機插孔6。兩個耳機插孔分別與兩個揚聲器相連接，當耳機插孔插接耳機時相應的揚聲器即停止輸出聲音。
[0042]所述轉換板與所述微處理器之間通過USB接口相連接。
[0043]本發(fā)明的智能鋼琴，通過仿真鋼琴鍵盤彈奏，通過MIDI轉換板把電信號轉換成MIDI信號，通過MIDI轉換板把MIDI信號分別送到外部接口作為輸出MIDI信號；另外一路MIDI信號接入位于主控制板上的微控制器，給微控制器發(fā)送MIDI信號。另外外接的延音腳踏板通過外部連接至MIDI信號，連接至MIDI轉換板上。通過MIDI接口，使得轉換板可與其他外接智能設備相通信，將演奏信息輸出至外接的其他智能化設備。微處理器和功放芯片及外部存儲器等設備均設置于主控制板上，所述主控制板安裝于鋼琴的琴身之內。
[0044]主控制板上存儲有音色庫(具有世界名琴的音色)，自主研發(fā)的固件FIRMWARE。有關鋼琴學習的各種練習模式和軟件)有多個USB輸出，音頻輸出，視頻輸出，網線接口。主控制板上有從外部的觸摸屏接入的信號，和輸出視頻信號給外部顯示屏。主控制板上的音頻輸出給琴體的兩個音箱(分成左、右聲道)，還輸出兩路一路給產品鍵盤4右邊的耳機輸出3.5mm耳機插孔11 (帶有耳機放大功能,插孔直徑為3.5mm),—路輸出給琴體后部6.5mm耳機插孔出插孔直徑為6.5mm)外部輸出信號。琴身上設置有MIDI OUT接口 7 (用于midi信號輸出)、延音踏板的接口 8、開關9和音量調節(jié)孔10。
[0045]電源接口 5通過電源適配器，把交流電源轉換成12V、5A直流電源分別給主控制板、MIDI轉換板、顯示屏供電。
[0046]自主研發(fā)軟件部分可以通過鍵盤實時演奏，調取內置的鋼琴音色，可以達到最低20毫秒/音符；可以導入標準MIDI鋼琴樂譜，可以自動演奏，在練習模式中，屏幕中的樂譜上，有時間線跟隨演奏進行，時間線隨樂曲設定節(jié)拍閃爍，如演奏錯誤時間線不往下繼續(xù)。屏幕下方顯示88鍵鍵盤，需要彈奏某個琴鍵的位置在屏幕下方的鍵盤上會有藍色的點提示，如果彈奏錯了，屏幕下方的鍵盤上會顯示紅色。
[0047]如圖1是鋼琴上的電路硬件連接示意圖。所述功放芯片、微處理器和轉換板可以集成于一塊電路板上，也可以分別置于多個電路板上。MIDI接口、音量調節(jié)開關、揚聲器和耳機插孔等分別分布于琴身上，分別通過導線與主控制板電連接。轉換板通過電連接的方式與琴鍵和踏板相連接，用于檢測琴鍵和踏板的動作，以判斷踏板是否被踩下和哪些琴鍵被按下。
[0048]圖2和圖3是兩種不同外形的鋼琴，其顯示屏設置于不同的位置。沒有蓋板時將顯示屏設于琴身上表面即可，琴身設置凹槽以收納顯示屏。有蓋板時將顯示屏設于蓋板的內表面，放蓋板蓋下時，顯示屏也被收起。
[0049]圖4是鋼琴琴身的俯視圖，圖上標出了各個輸入輸出接口和音量調節(jié)開關的位置。
[0050]圖5是采用ARM作為微控制器時的ARM平臺結構圖。ARM處理器內置音色庫，并設置有 AUDIO 接口、USB 接口、HDMI 接口和 LAN 接口。
[0051]圖6是轉換板的連接口示意圖。轉換板上設有鍵盤信號輸入口、踏板信號輸入口(外接踏板I/o接口)、MIDI信號輸出(即所述MIDI接口，為外接MID1-0UT I/O接口)、USB-MIDI信號輸出(USB線接出)以及電源輸入。
[0052]主控制板的電路包括USB接口電路、用于為主控制板提供電源的電源電路、輸出MIDI信號的MIDI接口電路、用于檢測延音踏板的動作的延音踏板檢測電路、用于檢測鍵盤動作的鍵盤掃描電路、用于輸出顯示信息和接收外部控制按鍵輸入的控制信息的顯示和按鍵電路和作為控制核心的主控電路等部分。各個電路的詳細電路結構見附圖7?13。
[0053]圖7為主控電路，選擇PIC18F65J50作為微處理器。圖8為電源電路，外部電源接入經過電源電路濾波、降壓等處理后，為主控制板和各個部件供電。P0W-5V是外接電源接口。圖9為USB接口電路，使得主控制板可提供該電路與外部設備交換數據。圖10為MIDI接口電路，用于使得主控制板能夠將MIDI信號輸出。圖11和圖12分別為延音踏板檢測電路和MIDI鍵盤掃描電路，這兩個電路是轉換板的主要構成部分，用于檢測踏板和鍵盤的動作，并將檢測到的動作信號傳遞給微處理器。圖13為LED顯示和按鍵電路，用于輸出顯示信息到顯示屏，并可檢測外部按鍵的操作信息。操作人員可通過外部按鍵輸入控制指令給主控制板。具體實施時，可將按鍵設置于琴身之上。當將顯示屏設置為觸摸屏時，可通過觸摸屏進行操作，可省去外接的按鍵。
[0054]本發(fā)明的智能鋼琴，可以實現對各種采樣格式的極好的兼容性，這也是基于ESMMP平臺延伸出來的可擴展性功能，便于產品的升級。
[0055]屏幕通過大幅的互動式屏幕可以拉近與用戶的距離，屏幕本身可以顯示樂譜，及在鋼琴鍵盤上相對應的位置，屏幕琴體里內置高速率運轉的微控制器，微控制器對用戶所發(fā)送的任何指令進行急速的運算，對演奏者彈奏的音符和各種信號即時的進行處理，并準確的發(fā)出相對應的聲音，同時顯現在屏幕上出現對應的音符的各種信息。通過網絡接口，可將采用最先進的云端技術給用戶提供屬于自己風格的樂曲庫，ARM處理器與云端服務器有線或無線連接。在有網絡的情況下，可以隨時隨地的從我們的云端恢復自己的曲庫和下載自己需要的樂曲，這樣就不會出現由于忘帶樂譜而無法進行演奏的尷尬了。
[0056]本發(fā)明的鋼琴預置了兩種模式，分為練習模式和演奏模式。我們進入練習模式以后，用戶根據樂譜上的音符進行演奏，演奏正確音符會往下進行，同時有我們內置的節(jié)拍器規(guī)范節(jié)奏，如果演奏的不正確，樂譜是不往下進行的。進入演奏模式里，可以在用戶演奏完成的同時，經過核心的運算，對于音準，節(jié)奏，情緒等方面即時的給出一個分數，同時如有不準確的地方，可以再屏幕上提示出不準確的地方，并且隨時可以進行樂曲的示范演奏，讓用戶對不熟悉的樂曲有更準確的印象，便于用戶根據自己的要求學習。
[0057]盡管上文對本發(fā)明的【具體實施方式】給予了詳細描述和說明，但是應該指明的是，我們可以依據本發(fā)明的構想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.智能鋼琴，其特征是，包括琴身(I)、鍵盤(4)、踏板、顯示屏(3)和主控制板；所述主控制板包括用于為主控制板供電的電源接口(5)及用于控制電源通斷的電源開關、微處理器、功放芯片、兩個揚聲器、兩個耳機插孔和轉換板；所述顯示屏設置于所述琴身上；所述鍵盤、踏板均與所述轉換板電連接，所述轉換板通過微處理器與所述顯示屏相連接；所述轉換板上連接有MIDI接口 ；所述鍵盤、踏板均與所述電源接口相連接；所述微處理器的聲音輸出端上連接有音量調節(jié)開關，所述音量調節(jié)開關分別與兩個揚聲器和兩個耳機插孔相連接。
2.根據權利要求1所述的智能鋼琴，其特征是，所述琴身上設置有凹槽，顯示屏以鉸接的方式設置于所述琴身上，在顯示屏合上時顯示屏嵌于所述凹槽之內。
3.根據權利要求1所述的智能鋼琴，其特征是，所述琴身(I)上還設置有琴蓋(2)，所述琴蓋(2)以鉸接的方式設置于所述琴身(I)上，所述琴蓋(2)上靠近鍵盤的一面上設置有所述顯示屏(3)。
4.根據權利要求1、2或3所述的智能鋼琴，其特征是，所述顯示屏為液晶觸摸屏；所述微處理器為ARM處理器。
5.根據權利要求4所述的智能鋼琴，其特征是，所述微處理器與云端服務器之間通過無線通信或有線通信的方式通信。
6.根據權利要求1所述的智能鋼琴，其特征是，所述兩個耳機插孔分別為3.5mm耳機插孔(11)和6.5mm耳機插孔(6)。
7.根據權利要求 1所述的智能鋼琴，其特征是，所述轉換板與所述微處理器之間通過USB接口相連接。
【文檔編號】G10H1/32GK103903602SQ201210578953
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權日:2012年12月28日
【發(fā)明者】熊世林, 侯旻, 張俠, 汪洋, 尹甸 申請人:熊世林