一種鋼琴鍵盤動作的光電檢測裝置及其檢測方法
【專利摘要】一種鋼琴鍵盤動作的光電檢測裝置及其檢測方法，屬于音樂教學設備【技術領域】。這種光電檢測裝置把對射式紅外光電器件、反射式紅外光電器件和光電檢測數據處理單元設置在光電傳感器支架上，光電檢測數據處理單元包括進行電氣連接的光電傳感器狀態檢測單元和鋼琴琴鍵檢測主控單元。該光電檢測裝置采用基于高性價比的STM8處理器實現光電數字信號的獲取、處理、標準MIDI流的產生以及無線數據輸出。具備琴鍵狀態的自適應設置和鋼琴琴鍵動作的實時自動檢測的基本功能，解決了鋼琴學習裝置安裝不方便等問題，減少硬件成本，且操作方便。
【專利說明】-種鋼琴鍵盤動作的光電檢測裝置及其檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鋼琴鍵盤動作的光電檢測裝置及其檢測方法，屬于音樂教學設備
【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 目前國際上使用的是放置于琴鍵下面的對射式紅外光電開關形式的信號采集裝 置。信號采集器件為光發射器件、光接收器件、與琴鍵連接的遮光裝置。所述光電發射器件 和光接收器件之間安置可以與琴鍵同步運動的遮光裝置。當演奏鋼琴時，光發射器件、光接 收器件與遮光裝置將因鍵盤相對琴架運動而產生通斷，結果光發射器件發出的光電信號或 被光電接收器件接收或被阻擋，將彈奏狀態、時長等各種鍵盤動作參數轉換為相應的脈沖 數字信號，以便后續電路和計算機軟件處理，并將檢測結果輸出。該項裝置的缺點主要有如 下兩點：一是安裝復雜，對安裝精度要求很高，需要專業人士花大量時間安裝調試，不利于 推廣；二是破壞鋼琴完好性，因為要安裝在鋼琴鍵盤下面，需要在鋼琴上打孔走線及螺絲固 定等。
【發明內容】
[0003] 為了解決上述信號采集裝置存在的問題，本發明提供一種鋼琴鍵盤動作的光電檢 測裝置及其檢測方法，該裝置能夠方便、快捷、準確的實現鋼琴琴鍵的動作檢測，并實時以 標準MIDI格式無線上傳給上位機。
[0004] 本發明采用的技術方案是：一種鋼琴鍵盤動作的光電檢測裝置及其檢測方法，它 包括與黑色琴鍵相配合的對射式紅外光電器件、與白色琴鍵相配合的反射式紅外光電器件 和光電檢測數據處理單元，所述對射式紅外光電器件的紅外光源與紅外光接收器分別固定 設置在黑色琴鍵兩側的光電傳感器支架上，所述反射式紅外光電器件固定設置在白色琴鍵 上方的光電傳感器支架上，所述光電檢測數據處理單元固定設置在對射式紅外光電器件和 反射式紅外光電器件上方的支架上，并與對射式紅外光電器件和反射式紅外光電器件進行 電氣連接，所述光電檢測數據處理單元包括進行電氣連接的光電傳感器狀態檢測單元和鋼 琴琴鍵檢測主控單元。
[0005] 所述光電傳感器狀態檢測單元采用光電器件的電源電路、光電器件的主控單片機 電路、光電器件的LED指示電路、光電器件的反射光電管電路和光電器件的對射光電管電 路進行電氣連接。
[0006] 所述鋼琴琴鍵檢測主控單元采用鋼琴琴鍵檢測的接口板電源電路、鋼琴琴鍵檢測 的接口板主控MCU電路、鋼琴琴鍵檢測的接口板MIDI輸入電路和鋼琴琴鍵檢測的接口板 MIDI輸出電路進行電氣連接。
[0007] 所述的一種鋼琴鍵盤動作的光電檢測方法是： (a)光電檢測裝置采用基于高性價比的STM8處理器實現光電數字信號的獲取、處理、 標準MIDI流的產生以及無線數據輸出； (b) 所述光電傳感器狀態檢測單元采用發射和接收紅外器件配合實現，紅外器件不隨 琴鍵的動作而動作，但光電信號將隨對應琴鍵的位置變化而變化，光電器件能夠實時獲取 琴鍵的動作及相應參數，所獲取的數據參數經過模數轉換后輸送給CPU處理器進行判斷處 理； (c) 所述光電信號的獲取和轉換采取的智能自適應方式為，在將裝置放置于鋼琴上后， 初次給裝置供電時，裝置能夠自動根據放置的狀態獲取當前的每個琴鍵的狀態信息，而后 以此為基礎判斷每個琴鍵的動作情況； (e) 所述鋼琴琴鍵檢測主控單元根據光電信號獲取及轉換電路提供的琴鍵動作數據， 實時判斷每個琴鍵的動作方式，并據此實時產生相應的MIDI數據流； (f) 所述鋼琴琴鍵檢測主控單元將數據處理電路產生的標準MIDI數據流數據以無線 方式實時傳送給上位機進行進一步的處理。
[0008] 本發明的有益效果是：這種光電檢測裝置把對射式紅外光電器件、反射式紅外光 電器件和光電檢測數據處理單元設置在光電傳感器支架上，光電檢測數據處理單元包括進 行電氣連接的光電傳感器狀態檢測單元和鋼琴琴鍵檢測主控單元。該光電檢測裝置采用基 于高性價比的STM8處理器實現光電數字信號的獲取、處理、標準MIDI流的產生以及無線數 據輸出。具備琴鍵狀態的自適應設置和鋼琴琴鍵動作的實時自動檢測的基本功能，解決了 鋼琴學習裝置安裝不方便等問題，減少硬件成本，且操作方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1是一種鋼琴鍵盤動作的光電檢測裝置的機械原理圖。
[0010] 圖2是圖1中的A-A視圖。
[0011] 圖3是圖2中的B放大圖。
[0012] 圖4是光電器件的電源電路圖。
[0013] 圖5是光電器件的主控單片機電路圖。
[0014] 圖6是光電器件的LED指示電路圖。
[0015] 圖7是光電器件的反射光電管電路圖。
[0016] 圖8是光電器件的對射光電管電路圖。
[0017] 圖9是鋼琴琴鍵檢測的接口板電源電路圖。
[0018] 圖10是鋼琴琴鍵檢測的接口板主控Μ⑶電路圖。
[0019] 圖11是鋼琴琴鍵檢測的接口板MIDI輸入電路圖。
[0020] 圖12是鋼琴琴鍵檢測的接口板MIDI輸出電路圖。
[0021] 圖中：1、黑色琴鍵，2、對射式紅外光電器件，3、白色琴鍵，4、反射式紅外光電器件， 5、光電檢測數據處理單元，6、琴蓋，7、琴鍵支點。
[0022]
【具體實施方式】 圖1、2、3示出了一種鋼琴鍵盤動作的光電檢測裝置的機械原理圖。鋼琴鍵盤動作的光 電檢測裝置包括與黑色琴鍵1相配合的對射式紅外光電器件2、與白色琴鍵3相配合的反射 式紅外光電器件4和光電檢測數據處理單元5。對射式紅外光電器件2的紅外光源與紅外 光接收器分別固定設置在黑色琴鍵1兩側的光電傳感器支架上。反射式紅外光電器件4固 定設置在白色琴鍵3上方的光電傳感器支架上。光電檢測數據處理單元5固定設置在對射 式紅外光電器件2和反射式紅外光電器件4上方的支架上，并與對射式紅外光電器件2和 反射式紅外光電器件4進行電氣連接。
[0023] 84個琴鍵與84個紅外光電器件具有一一對應的關系，且紅外器件不隨隨琴鍵的 動作而動作，但光電信號將隨對應琴鍵的位置變化而變化，該關系既反映琴鍵的動作節奏、 動作速度以及動作力度等信息。
[0024] 圖4、5、6、7、8示出了光電傳感器狀態檢測單元的電路圖。光電傳感器狀態檢測單 元采用光電器件的電源電路、光電器件的主控單片機電路、光電器件的LED指示電路、光電 器件的反射光電管電路和光電器件的對射光電管電路進行電氣連接。光電傳感器狀態檢測 單元負責12路信號的檢測和轉換及處理工作。電路以STM8 CPU為核心包括光電傳感器電 路、LED MIDI狀態指示電路、復位電路、電源電路等。7個同樣的檢測電路協同工作可以完 成對84個鋼琴琴鍵的狀態檢測。當有琴鍵發生動作時，例如抬起或按下等，紅外器件不隨 隨琴鍵的動作而動作，但光電信號將隨對應琴鍵的位置變化而變化，光電器件能夠實時獲 取琴鍵的動作及相應參數，所獲取的數據參數經過模數轉換后輸送給CPU處理器進行判斷 處理。
[0025] 圖9、10、11、12示出了鋼琴琴鍵檢測主控單元的電路圖。鋼琴琴鍵檢測主控單元 采用鋼琴琴鍵檢測的接口板電源電路、鋼琴琴鍵檢測的接口板主控MCU電路、鋼琴琴鍵檢 測的接口板MIDI輸入電路和鋼琴琴鍵檢測的接口板MIDI輸出電路進行電氣連接。鋼琴琴 鍵檢測主控單元負責標準MIDI流的產生和無線傳輸控制等。電路以STM8 CPU為核心，包 括電源電路、復位電路、EEPR0M存儲電路、藍牙無線傳輸電路等。主控電路通過專用通信接 口實時接收光電傳感器檢測電路上傳的琴鍵狀態，即按下或是彈起等，并實時轉換為標準 MIDI格式，通過無線傳輸控制模塊上傳給上位機進行進一步的處理。EEPR0M存儲電路可根 據需要實時存儲電路運行過程中的關鍵參數，保證系統可靠運行。
[0026] 采用上述技術方案的光電檢測裝置，當彈奏鋼琴時，白色琴鍵被按下時，由于白色 琴鍵與光電器件的距離發生變化，光電器件收到的紅外光電信號強弱發生變化，將此變化 的模擬電信號傳送給板載CPU進行后續處理。當黑色琴鍵被按下時，對射式紅外光電信號 發生變化，將變化的模擬信號傳送到板載CPU進行后續處理。經過板載CPU處理后的琴鍵狀 態數字信息傳送給上位機進行進一步處理。該檢測裝置反映靈敏、結果精確、便于數字化， 成本低，便于大范圍推廣。
【權利要求】
1. 一種鋼琴鍵盤動作的光電檢測裝置，它包括與黑色琴鍵（1)相配合的對射式紅外光 電器件（2)、與白色琴鍵（3)相配合的反射式紅外光電器件（4)和光電檢測數據處理單元 (5)，其特征是：所述對射式紅外光電器件（2)的紅外光源與紅外光接收器分別固定設置在 黑色琴鍵（1)兩側的光電傳感器支架上，所述反射式紅外光電器件（4)固定設置在白色琴 鍵（3)上方的光電傳感器支架上，所述光電檢測數據處理單元（5)固定設置在對射式紅外 光電器件（2)和反射式紅外光電器件（4)上方的支架上，并與對射式紅外光電器件（2)和反 射式紅外光電器件（4)進行電氣連接，所述光電檢測數據處理單元（5)包括進行電氣連接 的光電傳感器狀態檢測單元和鋼琴琴鍵檢測主控單元。
2. 根據權利要求1所述的一種鋼琴鍵盤動作的光電檢測裝置，其特征是：所述光電傳 感器狀態檢測單元采用光電器件的電源電路、光電器件的主控單片機電路、光電器件的LED 指示電路、光電器件的反射光電管電路和光電器件的對射光電管電路進行電氣連接。
3. 根據權利要求1所述的一種鋼琴鍵盤動作的光電檢測裝置，其特征是：所述鋼琴琴 鍵檢測主控單元采用鋼琴琴鍵檢測的接口板電源電路、鋼琴琴鍵檢測的接口板主控MCU電 路、鋼琴琴鍵檢測的接口板MIDI輸入電路和鋼琴琴鍵檢測的接口板MIDI輸出電路進行電 氣連接。
4. 權利要求1所述的一種鋼琴鍵盤動作的光電檢測方法，其特征是： (a) 光電檢測裝置采用基于高性價比的STM8處理器實現光電數字信號的獲取、處理、 標準MIDI流的產生以及無線數據輸出； (b) 所述光電傳感器狀態檢測單元采用發射和接收紅外器件配合實現，紅外器件不隨 琴鍵的動作而動作，但光電信號將隨對應琴鍵的位置變化而變化，光電器件能夠實時獲取 琴鍵的動作及相應參數，所獲取的數據參數經過模數轉換后輸送給CPU處理器進行判斷處 理； (c) 所述光電信號的獲取和轉換采取的智能自適應方式為，在將裝置放置于鋼琴上后， 初次給裝置供電時，裝置能夠自動根據放置的狀態獲取當前的每個琴鍵的狀態信息，而后 以此為基礎判斷每個琴鍵的動作情況； (e) 所述鋼琴琴鍵檢測主控單元根據光電信號獲取及轉換電路提供的琴鍵動作數據， 實時判斷每個琴鍵的動作方式，并據此實時產生相應的MIDI數據流； (f) 所述鋼琴琴鍵檢測主控單元將數據處理電路產生的標準MIDI數據流數據以無線 方式實時傳送給上位機進行進一步的處理。
【文檔編號】G10H1/34GK104157276SQ201410426511
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】劉再新 申請人:大連佳音科技有限公司