件實(shí)現(xiàn)電容測(cè)量，片上系 統(tǒng)121可大大節(jié)省空間，而且使用方便，所述片上系統(tǒng)121連接于各金屬板11，對(duì)所述金屬 板11與人手構(gòu)成的電容器的電容值進(jìn)行測(cè)量。如圖3所示為10塊金屬板11 (金屬板0~ 金屬板9)分別通過(guò)排阻（AR1、AR9及AR10)組成的前端電路連接至作為所述電容測(cè)量模塊 12的片上系統(tǒng)121的芯片引腳上，即完成了電路的連接，非常方便。在本實(shí)施例中，所述片 上系統(tǒng)121具體采用CypressSemiconductor的PSoC系列產(chǎn)品，型號(hào)為CY8C4014LQI，該芯 片對(duì)電容值進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。數(shù)據(jù)處理過(guò)程中所花費(fèi)的時(shí)間最長(zhǎng)為20ms，因此，在本實(shí)施例 中，取20ms的一半，S卩10ms作為采樣時(shí)間。并通過(guò)SDA0及SCL0信號(hào)引線(xiàn)輸出，與外部裝 置通信從而實(shí)現(xiàn)電容值傳輸。由于原始電容值往往是伴隨著噪聲的，因此，需要采用濾波算 法進(jìn)行了一定的去噪處理，以得到期望的數(shù)據(jù)，在本實(shí)施例中，所述電容測(cè)量模塊12通過(guò) 卡爾曼（Kalman)濾波法對(duì)原始電容值進(jìn)行濾波處理。濾波算法包括：中位值濾波法、均值 濾波法、中位值平均濾波法，濾波算法的類(lèi)型較多，現(xiàn)有技術(shù)中的濾波算法均適用，在此不 一一贅述。所述電容測(cè)量模塊12同樣可以采用其他可實(shí)現(xiàn)電容測(cè)量的片上系統(tǒng)，不以本實(shí) 施例中的具體芯片型號(hào)為限。
[0057] 具體地，所述距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊13連接于所述電容測(cè)量模塊12,根據(jù)所述電容測(cè) 量模塊12測(cè)量到的電容值來(lái)判斷人手與所述金屬板11之間的距離。如圖2所示，在本實(shí) 施例中，所述距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊13通過(guò)微處理器131實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，所述微處理器 131具體采用NXPSemiconductor的型號(hào)為L(zhǎng)PC1768的芯片，該芯片將電容值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的 距離數(shù)值。所述片上系統(tǒng)121與所述微處理器131之間通過(guò)數(shù)字串行或并行總線(xiàn)連接，常 見(jiàn)的數(shù)字串行總線(xiàn)包括I2C、SPI、CAN、USB、IEEE1394 ;常見(jiàn)的數(shù)字并行總線(xiàn)包括PCI、ISA、 IEEE1284。在本實(shí)施例中，采用I2C(Inter-IntegratedCircuit)總線(xiàn)連接。在本實(shí)施例中， I2C總線(xiàn)可以工作于總線(xiàn)時(shí)鐘400khz的模式，于是理論計(jì)算上傳輸速率為（400khz/8bit) 個(gè)字節(jié)每秒鐘，即50kB/s。去除I2C總線(xiàn)固有的一些協(xié)議上的必須傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，保守估計(jì)傳 輸速率能達(dá)到40kB/s。所需傳輸?shù)碾娙葜档臄?shù)據(jù)約為12個(gè)字節(jié)，則根據(jù)40kB/s的計(jì)算傳 輸完12個(gè)字節(jié)僅需（12BA40kB/s)) = 0. 3ms，遠(yuǎn)小于20ms這個(gè)最大延遲標(biāo)準(zhǔn)，因此，I2C 總線(xiàn)的連接方式可有效降低片上系統(tǒng)121的工作量，提高電容測(cè)量的實(shí)時(shí)性。同時(shí)利用微 處理器131的高性能可以更快的對(duì)電容值和距離數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步提高實(shí)時(shí)性。所述 距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊13內(nèi)設(shè)置有最小閾值和最大閾值，所述電容測(cè)量模塊12輸出的電容值 與所述最大閾值和所述最小閾值進(jìn)行比較，所述最大閾值和所述最小閾值分別設(shè)定不同的 值，其檢測(cè)的結(jié)果也不同。所述最大閾值不大于所述演奏工具與所述金屬板直接接觸時(shí)的 電容值。所述最小閾值不小于所述演奏工具慢慢接近所述金屬板時(shí)剛好能感應(yīng)到的電容 值。所述最大閾值和所述最小閾值可通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)獲取，在本實(shí)施例中，所述最大閾值的 獲取方法如下：將手直接放置到電子樂(lè)器表面，讀取有效的電容值并記錄，經(jīng)多次操作獲得 的電容均值的95%作為所述最大閾值，在本實(shí)施例中，所述最大閾值為1024 ;所述最小閾 值的獲取方法如下：將手放置在電子樂(lè)器上方較遠(yuǎn)的距離，慢慢向下接近電子樂(lè)器表面，讀 取剛好能被感應(yīng)到的電容值并記錄，經(jīng)多次操作獲得的電容均值的120 %作為所述最小閾 值，在本實(shí)施例中，所述最小閾值為〇。不同的樂(lè)器其最大閾值和最小閾值也不相同，不以本 實(shí)施例為限。所述最大閾值和所述最小閾值用于檢測(cè)人手與電子樂(lè)器之間的距離，當(dāng)電容 值大于所述最大閾值則認(rèn)為人手與電子樂(lè)器之間的距離較遠(yuǎn)，超出設(shè)定測(cè)量范圍；當(dāng)電容 值小于所述最小閾值則認(rèn)為人手與電子樂(lè)器零距離接觸，人手與電子樂(lè)器直接產(chǎn)生物理接 觸；當(dāng)電容值介于所述最大閾值和所述最小閾值之間則認(rèn)為人手與所述金屬板之間的距離 在設(shè)定測(cè)量范圍內(nèi)，且電容值越大，距離數(shù)值越小。所述最大閾值和所述最小閾值的具體值 根據(jù)電路結(jié)構(gòu)的不同存在差異，在此不做具體設(shè)定。
[0058] 基于所述基于電容值測(cè)量距離的裝置1的功能，本發(fā)明提供一種電子樂(lè)器，如圖4 所示，所述電子樂(lè)器至少包括：
[0059] 所述基于電容值測(cè)量距離的裝置1，所述基于電容值測(cè)量距離的裝置1通過(guò)對(duì)人 手與金屬板之間的電容值來(lái)判斷人手與電子樂(lè)器之間的距離。在本實(shí)施例中，所述基于電 容值測(cè)量距離的裝置1位于電子樂(lè)器2的下方，用于檢測(cè)人手與電子樂(lè)器2之間的距離，其 工作原理及結(jié)構(gòu)如上所述，在此不一一贅述。
[0060] 以及音頻控制器，在本實(shí)施例中，所述音頻控制器為MIDI控制器3,所述MIDI控 制器3連接于所述基于電容值測(cè)量距離的裝置1的輸出端，接收所述基于電容值測(cè)量距離 的裝置1輸出的距離數(shù)值，根據(jù)該距離數(shù)值來(lái)調(diào)節(jié)聲音特征，包括但不僅限于音量、高頻分 量、低頻分量，任何聲音特征均包括在內(nèi)。
[0061] 調(diào)節(jié)音量的原理如下：
[0062] 當(dāng)人手與電子樂(lè)器2的距離較近時(shí)，所述基于電容值測(cè)量距離的裝置1輸出的距 離數(shù)值較小，（在本實(shí)施例中，距離數(shù)值為2)，所述MIDI控制器3接收到輸入信號(hào)（距離數(shù) 值2)，并根據(jù)距離數(shù)值2將音量調(diào)節(jié)至2所對(duì)應(yīng)的音量。人手與電子樂(lè)器2的距離越近， 所對(duì)應(yīng)的音量越小。當(dāng)人手與電子樂(lè)器2的距離較遠(yuǎn)時(shí)，所述基于電容值測(cè)量距離的裝置 1輸出的距離數(shù)值較大，（在本實(shí)施例中，距離數(shù)值為120)，所述MIDI控制器3接收到輸入 信號(hào)（距離數(shù)值120)，并根據(jù)距離數(shù)值120將音量調(diào)節(jié)至120所對(duì)應(yīng)的音量。人手與電子 樂(lè)器2的距離越遠(yuǎn)，所對(duì)應(yīng)的音量越大，當(dāng)超出設(shè)定測(cè)量范圍時(shí)，音量與設(shè)定測(cè)量范圍內(nèi)的 最遠(yuǎn)距離對(duì)應(yīng)的音量一致。
[0063] 合聲的原理如下：
[0064] 當(dāng)人手與電子樂(lè)器2的距離較近時(shí)，所述基于電容值測(cè)量距離的裝置1輸出的距 離數(shù)值較小，（在本實(shí)施例中，距離數(shù)值為2)，所述MIDI控制器3接收到輸入信號(hào)（距離數(shù) 值2)，并根據(jù)距離數(shù)值2將高頻分量和低頻分量調(diào)節(jié)至2所對(duì)應(yīng)的比例。人手與電子樂(lè)器 的距離越近，低頻分量越多。當(dāng)人手與電子樂(lè)器2的距離較遠(yuǎn)時(shí)，所述基于電容值測(cè)量距離 的裝置1輸出的距離數(shù)值較大，（在本實(shí)施例中，距離數(shù)值為120)，所述MIDI控制器3接收 到輸入信號(hào)（距離數(shù)值120)，并根據(jù)距離數(shù)值120將高頻分量和低頻分量調(diào)節(jié)至120所對(duì) 應(yīng)的比例。人手與電子樂(lè)器的距離越遠(yuǎn)，高頻分量越多，當(dāng)超出設(shè)定測(cè)量范圍時(shí)，高頻分量 的比例與設(shè)定測(cè)量范圍內(nèi)的最遠(yuǎn)距離對(duì)應(yīng)的高頻分量的比例一致。
[0065] 任何電子樂(lè)器、演奏工具均適用于本發(fā)明，不以某一具體電子樂(lè)器和演奏工具為 限。
[0066] 將基于電容值測(cè)量距離的裝置1應(yīng)用于電子樂(lè)器，可根據(jù)演奏工具與電子樂(lè)器的 距離來(lái)調(diào)節(jié)聲音特征，進(jìn)而豐富樂(lè)器的可控性及樂(lè)手的表現(xiàn)力。
[0067] 如圖5所示，本發(fā)明提供一種基于電容值測(cè)量距離的方法，所述基于電容值測(cè)量 距離的方法至少包括：
[0068] 步驟S1 :實(shí)時(shí)獲取電容接觸的電容值。
[0069] 具體地，藉由所述電容測(cè)量模塊12實(shí)時(shí)對(duì)所述金屬板11與演奏工具構(gòu)成的電容 器的電容值進(jìn)行測(cè)量，在本實(shí)施例中，每l〇ms采樣一次，采樣頻率可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行設(shè) 定，不以本實(shí)施例為限。所述金屬板11與演奏工具構(gòu)成的電容器的電容值通過(guò)濾波算法 去噪后獲得，更具體地，在本實(shí)施例中，所述濾波算法優(yōu)選為卡爾曼濾波算法，包括以下步 驟：
[0070] 步驟11 :給定變量p，q，r，kGain，prevData并初始化數(shù)值。
[0071] p為用于計(jì)算的中間變量，初始化為10 ;q用于調(diào)整濾波后數(shù)據(jù)序列的平滑度，q的 取值越小數(shù)據(jù)序列越平滑，初始化為〇. 〇〇〇1 ;r用于調(diào)整濾波后數(shù)據(jù)序列與濾波前的數(shù)據(jù) 序列的近似程度，初始化為0. 05 ;kGain為卡爾曼增益，即濾波器的動(dòng)態(tài)增益，初始化為0 ; prevData用于存儲(chǔ)濾波器輸出的上一數(shù)據(jù)，初始化為0。其中，p、q、r的初始值可根據(jù)具體 的濾波要求進(jìn)行設(shè)定，不以本實(shí)施例為限。
[0072] 步驟12 :獲取電容值，并對(duì)各變量進(jìn)行計(jì)算更新。
[0073] 獲取當(dāng)前電容值，記為inData，順序執(zhí)行以下計(jì)算：
[0074] p = p+q
[0075] kGain=p/ (p+r)
[0076] inData=prevData+(kGain^(inData-prevData))
[0077] p = (1-kGain