本發(fā)明屬于鋼琴檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋼琴琴鍵位移檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

在很多場(chǎng)景下需要檢測(cè)鋼琴琴鍵的位移，比如鋼琴的學(xué)習(xí)和練習(xí)過(guò)程、鋼琴的生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程、自動(dòng)及聯(lián)合演奏的場(chǎng)景等?，F(xiàn)有的檢測(cè)方法采用pcb硬板加上簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)部件來(lái)達(dá)到檢測(cè)目的，但是采用這種方式的檢測(cè)裝置體積龐大，難以做到檢測(cè)設(shè)備的小型化。

現(xiàn)有技術(shù)中，鋼琴鍵盤(pán)動(dòng)作的檢測(cè)裝置包括對(duì)射式紅外光電器件，對(duì)射式紅外光電器件設(shè)置在黑色琴鍵兩側(cè)，當(dāng)黑色琴鍵被按下時(shí)，對(duì)射式紅外光電器件的發(fā)光管發(fā)出的紅外光線能夠進(jìn)入對(duì)射式紅外光電器件的接收管，從而判斷出黑色琴鍵被按下。但是由于現(xiàn)有技術(shù)中采用的是剛性的pcb硬板，因此對(duì)射式紅外光電器件被固定，因此對(duì)于黑色琴鍵而言，只能在位移超過(guò)一定幅度時(shí)才能被檢測(cè)出來(lái)，并且也不能定量檢測(cè)出黑色琴鍵的位移大小，因此無(wú)法對(duì)演奏者敲擊黑色鋼琴鍵的力度進(jìn)行有效檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種鋼琴琴鍵位移檢測(cè)裝置，能夠減小體積且定量檢測(cè)出琴鍵的位移大小。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種鋼琴琴鍵位移檢測(cè)裝置，包括用于放置在鋼琴鍵盤(pán)上的安裝支架，所述安裝支架的下表面貼有柔性電路板；所述柔性電路板上設(shè)置有多個(gè)光學(xué)探測(cè)單元，所述光學(xué)探測(cè)單元位于琴鍵的正上方，用于檢測(cè)鋼琴琴鍵的位移。

作為本發(fā)明所述的技術(shù)方案的一種補(bǔ)充，所述光學(xué)探測(cè)單元包括發(fā)射器件、接收器件和處理器，所述發(fā)射器件用于向琴鍵發(fā)出探測(cè)光線，所述接收器件用于接收經(jīng)過(guò)琴鍵反射的探測(cè)光線，所述處理器根據(jù)接收器件接收到的探測(cè)光線的特征得到鋼琴琴鍵的位移。

作為本發(fā)明所述的技術(shù)方案的一種補(bǔ)充，所述處理器根據(jù)接收器件接收到的探測(cè)光線的光照參數(shù)，并結(jié)合預(yù)先保存的光照參數(shù)與位移的函數(shù)關(guān)系得到鋼琴琴鍵的位移。

作為本發(fā)明所述的技術(shù)方案的一種補(bǔ)充，所述處理器根據(jù)接收器件接收到的探測(cè)光線的光照參數(shù)，并將其與預(yù)設(shè)的閾值范圍進(jìn)行比較，當(dāng)接收到的探測(cè)光線的光照參數(shù)超出閾值范圍時(shí)判斷鋼琴琴鍵發(fā)生位移。

作為本發(fā)明所述的技術(shù)方案的一種補(bǔ)充，所述處理器根據(jù)接收器件接收到的探測(cè)光線的波長(zhǎng)和頻率判斷接收到的探測(cè)光線是否為發(fā)射器件發(fā)出的探測(cè)光線。

作為本發(fā)明所述的技術(shù)方案的一種補(bǔ)充，所述處理器還用于根據(jù)鋼琴琴鍵的位移計(jì)算按鍵的平均速度，并根據(jù)按鍵平均速度與按鍵力度的線性關(guān)系，對(duì)按鍵力度進(jìn)行估算。

作為本發(fā)明所述的技術(shù)方案的一種補(bǔ)充，所述按鍵的平均速度的計(jì)算方式為：vab＝dab/(txb-txa)，其中，dab為鋼琴琴鍵的位移，txb為琴鍵被按下至最遠(yuǎn)距離的時(shí)間，txa為琴鍵剛被按下時(shí)的時(shí)間。

作為本發(fā)明所述的技術(shù)方案的一種補(bǔ)充，所述安裝支架的下表面的形狀與鋼琴鍵盤(pán)的形狀相配，放置在鋼琴鍵盤(pán)上時(shí)能夠與鋼琴琴鍵的表面相貼合。

作為本發(fā)明所述的技術(shù)方案的一種補(bǔ)充，所述安裝支架外套有底殼，所述柔性電路板位于安裝支架和底殼之間；所述底殼上正對(duì)光學(xué)探測(cè)單元的位置設(shè)置有開(kāi)口。

作為本發(fā)明所述的技術(shù)方案的一種補(bǔ)充，所述底殼的下表面設(shè)置有緩沖材料。

作為本發(fā)明所述的技術(shù)方案的一種補(bǔ)充，所述安裝支架上表面設(shè)置有剛性電路板，所述剛性電路板上設(shè)置有多個(gè)指示燈，所述指示燈與光學(xué)探測(cè)單元一一對(duì)應(yīng)連接，當(dāng)所述光學(xué)探測(cè)單元檢測(cè)出鋼琴琴鍵存在位移時(shí)，所述指示燈發(fā)光。

作為本發(fā)明所述的技術(shù)方案的一種補(bǔ)充，所述安裝支架兩側(cè)設(shè)置有連接件，所述連接件用于將安裝支架與另一個(gè)安裝支架相連。如此安裝支架之間可以活動(dòng)連接，能夠進(jìn)行適量的伸縮以適應(yīng)不同長(zhǎng)度的鋼琴鍵盤(pán)。

本發(fā)明通過(guò)采用三層復(fù)合機(jī)械結(jié)構(gòu)，并利用柔性電路板使得檢測(cè)元件能夠貼近鋼琴的琴鍵，極大的縮小了整個(gè)檢測(cè)裝置的體積，為設(shè)備的微型化和便攜化提供了條件。另外，本發(fā)明通過(guò)對(duì)鋼琴的琴鍵反射參數(shù)的分析，可以定量測(cè)得鋼琴的琴鍵的位移大小，然后進(jìn)一步計(jì)算出人敲擊鋼琴琴鍵的力度大小，因此對(duì)于黑色琴鍵和白色琴鍵都可以很好的完成檢測(cè)。同時(shí)通過(guò)對(duì)三層復(fù)合機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠確保在使用柔性電路板時(shí)，整體部件仍具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以滿足實(shí)際各種不同工況下的對(duì)強(qiáng)度的要求。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)爆炸圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的剖面圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)爆炸圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)單元的檢測(cè)原理圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的檢測(cè)值與位移的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)及上述附圖中的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種鋼琴琴鍵位移檢測(cè)裝置，包括用于放置在鋼琴鍵盤(pán)上的安裝支架1，所述安裝支架1的下表面貼有柔性電路板2；所述柔性電路板2上設(shè)置有多個(gè)光學(xué)探測(cè)單元3，所述光學(xué)探測(cè)單元3位于琴鍵的正上方，用于檢測(cè)鋼琴琴鍵的位移。

如圖1，圖2和圖3所示，該鋼琴琴鍵位移檢測(cè)裝置包括安裝支架1，所述安裝支架1的上表面設(shè)有凹槽11，安裝支架1的下表面的形狀與鋼琴鍵盤(pán)的形狀相配，放置在鋼琴鍵盤(pán)上時(shí)能夠與鋼琴琴鍵的表面相貼合。由于現(xiàn)有鋼琴鍵盤(pán)的構(gòu)造中，黑色琴鍵較高、白色琴鍵較低，為了在緊湊的空間內(nèi)完成檢測(cè)鋼琴琴鍵的位移，使得安裝支架1的截面與鋼琴鍵盤(pán)的截面相互匹配，安裝支架1的下表面可以設(shè)計(jì)成一個(gè)不滿凹陷12的形狀，其凹凸的物理尺寸和鋼琴的黑白鍵截面的物理尺寸一致，如此設(shè)計(jì)，當(dāng)安裝支架1放置在鋼琴鍵盤(pán)上時(shí)，能夠正好與鋼琴的黑白鍵的外表面相貼合。

安裝支架1的下表面上貼有柔性電路板2，在柔性電路板2上設(shè)置了多個(gè)光學(xué)探測(cè)單元3，光學(xué)探測(cè)單元3的數(shù)量同鋼琴鍵盤(pán)上琴鍵的數(shù)量相同。每個(gè)光學(xué)探測(cè)單元3包括一個(gè)發(fā)射器件、一個(gè)接收器件92和一個(gè)處理器，發(fā)射器件91和接收器件92位于琴鍵的正上方，所述發(fā)射器件91用于向琴鍵發(fā)出探測(cè)光線，所述接收器件92用于接收經(jīng)過(guò)琴鍵反射的探測(cè)光線，所述處理器根據(jù)接收器件92接收到的探測(cè)光線的特征得到鋼琴琴鍵的位移。為了降低成本，本實(shí)施例中所有的光學(xué)探測(cè)單元3使用同一個(gè)處理器。柔性電路板2的表面緊貼安裝支架1的下表面，使得柔性電路板2的表面平整，并且發(fā)射器件91和接收器件92能夠處在正確的位置上。本實(shí)施例中，發(fā)射器91件可以是紅外發(fā)射器，接收器件92可以是紅外接收器。

在柔性電路板2下面使用了一個(gè)較薄的底殼4將柔性電路板2夾在底殼4與安裝支架1的中間，該底殼4還包覆在安裝支架1的外部。底殼4用于保護(hù)柔性電路板2和光學(xué)探測(cè)單元3不被碰撞或刮擦導(dǎo)致?lián)p壞，并且定位光學(xué)探測(cè)單元3使得它們處在正確的位置上，保證最佳的探測(cè)效果。在底殼上正對(duì)光學(xué)探測(cè)單元3的位置，有合適尺寸的開(kāi)口41，確保探測(cè)用的光線和反射回來(lái)的光線能夠不受阻礙的通過(guò)。

不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明通過(guò)采用三層復(fù)合機(jī)械結(jié)構(gòu)，并利用柔性電路板2使得檢測(cè)元件能夠貼近鋼琴的琴鍵，極大的縮小了整個(gè)檢測(cè)裝置的體積，為設(shè)備的微型化和便攜化提供了條件。另外，由于底殼包覆在安裝支架1的外部，能夠很好的保護(hù)柔性電路板2，并能夠確保在使用柔性電路板2時(shí)整體部件仍具有良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以滿足實(shí)際各種不同工況下的對(duì)強(qiáng)度的要求。

在底殼4下面，有合適厚度的緩沖材料5，通常是類似海綿或橡膠的柔軟材料。緩沖材料5用以降低因鋼琴琴鍵彈起時(shí)撞擊底殼所產(chǎn)生的噪音，并且降低在鋼琴琴鍵未被按下時(shí)周圍環(huán)境光線進(jìn)入光學(xué)探測(cè)單元3的可能性。這些雜散光會(huì)提高在鋼琴鍵未被按下時(shí)的檢出讀數(shù)從而提高檢出錯(cuò)誤概率。因此，通過(guò)使用類似海綿或橡膠的柔軟材料還可以降低在鋼琴鍵未被按下時(shí)的檢出讀數(shù)，從而提高檢測(cè)正確性。

安裝支架1上表面的凹槽11中放置有剛性電路板6，所述剛性電路板6上設(shè)置有多個(gè)指示燈61，所述指示燈61與光學(xué)探測(cè)單元3一一對(duì)應(yīng)連接，當(dāng)所述光學(xué)探測(cè)單元3檢測(cè)出鋼琴琴鍵存在位移時(shí)，所述指示燈61發(fā)光。將指示燈61與控制裝置相連時(shí)，控制裝置控制指示燈61點(diǎn)亮，演奏者可以根據(jù)點(diǎn)亮的指示燈按下與其相應(yīng)的鋼琴琴鍵，從而實(shí)現(xiàn)游戲/練習(xí)的目的。所述剛性電路板6和柔性電路板2之間可以通過(guò)31pinfpc連接器7相連，只需在安裝支架1的適當(dāng)位置開(kāi)設(shè)連接槽，31pinfpc連接器7穿過(guò)連接槽將剛性電路板6和柔性電路板2連接即可。

剛性電路板6上還設(shè)置有藍(lán)牙通信芯片62，該藍(lán)牙通信芯片62可以將光學(xué)探測(cè)單元3檢測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)。藍(lán)牙通信芯片可以為cc2540芯片，采用藍(lán)牙串口透明傳輸方式，協(xié)議采用藍(lán)牙4.0協(xié)議，藍(lán)牙通信芯片62的接口為ttl串口，為了兼容外接串口和藍(lán)牙串口的txd，藍(lán)牙通信芯片62可以采用baw56的雙二極管實(shí)現(xiàn)ttl串口的通信總線。為了將光學(xué)探測(cè)單元3檢測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)還可以在柔性電路板2上安裝數(shù)據(jù)接口，該數(shù)據(jù)接口可以直接與外部終端(例如pc、手機(jī))相連。

在剛性電路板6上面使用了一個(gè)較薄的鋁面殼8將剛性電路板6放置在鋁面殼8與安裝支架1的中間，該鋁面殼8與底殼4通過(guò)卡扣的方式連接，將整個(gè)檢測(cè)裝置保護(hù)在內(nèi)部。鋁面殼8頂部還設(shè)置有鏡面9。

另外，為了配合不同大小的鋼琴，本實(shí)施例中安裝支架1兩側(cè)均設(shè)有連接件13，通過(guò)連接件13可以將兩個(gè)不同的安裝支架1相連，從而使得該檢測(cè)裝置能夠檢測(cè)不同尺寸的鋼琴。

所述安裝支架1的兩側(cè)的端部還設(shè)置有安裝卡槽，所述安裝卡槽內(nèi)可以放置dc電源座，dc電源座的引腳能夠與柔性電路板上設(shè)置的電源座相連，該dc電源座可以連接交直流轉(zhuǎn)換器，通過(guò)交直流轉(zhuǎn)換器將220v的電壓轉(zhuǎn)換為5v電壓，從而能夠?yàn)槿嵝噪娐钒搴蛣傂噪娐钒迳系脑骷M(jìn)行供電。

如圖4所示，當(dāng)檢測(cè)裝置通電進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，光學(xué)探測(cè)單元3中的發(fā)射器件91發(fā)出具有某種特征(如亮度或照度、波長(zhǎng)、頻率)的光線，這些光線在經(jīng)過(guò)鋼琴琴鍵的表面反射后，被接收器件92檢測(cè)到。其中一部分特征，如波長(zhǎng)和頻率在反射后會(huì)保持原來(lái)的特征，處理器可以根據(jù)這部分特征來(lái)判斷接收器件92所接收到的反射光線是否為發(fā)射器件91發(fā)射出去的探測(cè)光線，從而避免因周圍的環(huán)境光而導(dǎo)致的檢測(cè)錯(cuò)誤。而亮度或照度在反射后會(huì)有所變化，因此其可以用來(lái)作為檢測(cè)琴鍵位移的檢測(cè)值。

在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，當(dāng)琴鍵處于初始位置(即未被按下)時(shí)，接收器件92接收到的亮度或照度值為初始值。當(dāng)琴鍵發(fā)生位移時(shí)，接收器件92接收到的亮度或照度值為檢測(cè)值。如圖5所示，檢測(cè)值和琴鍵位移具有一定的函數(shù)關(guān)系，這個(gè)函數(shù)關(guān)系是已知的，可以預(yù)先保存在光學(xué)探測(cè)單元3的處理器中。當(dāng)處理器接收到接收器件92的反射光線的檢測(cè)值為lx，根據(jù)圖5所示的函數(shù)關(guān)系，處理器能夠得到琴鍵位移為dx。為了能夠確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以通過(guò)多次檢測(cè)取平均值的方法來(lái)降低噪聲的影響，進(jìn)而提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。

如圖5所示，在琴鍵未被按下時(shí)，琴鍵處于離光學(xué)探測(cè)單元3的最近位置，其檢測(cè)值為lxa，在琴鍵被按下時(shí)，琴鍵處于離光學(xué)探測(cè)單元3的較遠(yuǎn)位置，其檢測(cè)值為lxb，分別記錄下離開(kāi)檢測(cè)值lxa和到達(dá)檢測(cè)值lxb的時(shí)間txa和txb，即記錄琴鍵剛被按下時(shí)的時(shí)間和琴鍵被按下至最遠(yuǎn)距離的時(shí)間，則琴鍵被按下的平均速度計(jì)算公式為：vab＝dab/(txb-txa)，其中，dab為鋼琴琴鍵的位移。計(jì)算得到的平均速度和按壓琴鍵的力度基本成單調(diào)線性關(guān)系，通過(guò)平均速度可以對(duì)力度等級(jí)進(jìn)行估算。

由此可見(jiàn)，本發(fā)明通過(guò)對(duì)鋼琴的琴鍵反射光亮度的分析，可以定量測(cè)得鋼琴的琴鍵的位移大小，然后進(jìn)一步計(jì)算出人敲擊鋼琴琴鍵的力度大小，因此對(duì)于黑色琴鍵和白色琴鍵都可以很好的完成檢測(cè)。

值得一提的是，本發(fā)明不僅可以進(jìn)行定量的檢測(cè)，還可以進(jìn)行定性的檢測(cè)。本發(fā)明中的處理器還可以根據(jù)接收器件接收到的探測(cè)光線的光照參數(shù)，并將其與預(yù)設(shè)的閾值范圍進(jìn)行比較，當(dāng)接收到的探測(cè)光線的光照參數(shù)超出閾值范圍時(shí)判斷鋼琴琴鍵發(fā)生位移。如圖5所示，系統(tǒng)在上電時(shí)，對(duì)每一個(gè)按鍵的檢測(cè)值進(jìn)行記錄，設(shè)此值為初始檢測(cè)值lxa，這個(gè)初始檢測(cè)值代表著琴鍵在未被按下時(shí)的反射參數(shù)。根據(jù)一定的比例計(jì)算得到閾值lxc，該閾值lxc可以等于80％初始檢測(cè)值lxa，當(dāng)檢測(cè)到檢測(cè)值lxb低于此閾值時(shí)，即認(rèn)為鋼琴鍵被按下了。這種檢測(cè)方式放棄了力度檢測(cè)，但是因?yàn)楹?jiǎn)化了計(jì)算，使得檢測(cè)更為迅速靈敏，降低了檢測(cè)所需的硬件成本。另外，閾值范圍可以是如上述實(shí)施例中的反射強(qiáng)度閾值范圍，還可以是行走時(shí)間的閾值范圍。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。