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一种 钢琴弹奏指法 数据采集装置

阅读：1026发布：2020-10-04

专利汇可以提供一种钢琴弹奏指法数据采集装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种钢琴弹奏指法数据采集装置。包括信号发射模块、用于接收所述信号发射模块所发射信号的信号接收模块和与所述信号接收模块相连接的中央处理模块；在演奏过程中，通过信号发射模块发射信号、信号接收模块接收信号和中央处理模块的处理可以方便、可靠、低成本且在不需要对钢琴进行大的物理改造情况下检测并记录哪个手指按下琴键、按下了哪个琴键及该琴键按下了多长时间；从而形成“指法数据流”；其用于钢琴弹奏的教学软件，亦可作为原始数据输入机器人，让机器人来重现“指法数据流”，用于机器人钢琴弹奏。，下面是一种钢琴弹奏指法数据采集装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种钢琴弹奏指法数据采集装置，其特征在于，其包括信号发射模块、用于接收所述信号发射模块所发射信号的信号接收模块和与所述信号接收模块相连接的中央处理模块，所述信号发射模块包括十套相互独立且振荡频率各不相同的信号发射电路；所述信号发射电路包括由施密特触发器Da-x、电阻R1a-x、电容Ca-x组成多谐振荡器、电阻R2a-x和红外发光二极管Ha-x；所述电阻R2a-x和所述红外发光二极管Ha-x串联之后连接在所述多谐振荡器的输出端与GND之间；其中，所述电阻R1a-x和所述电容Ca-x的值各不相同，使十套信号发射电路的振荡频率各不相同。
2.根据权利要求1所述的一种钢琴弹奏指法数据采集装置，其特征在于，所述施密特触发器Da-x的输入端连接所述电阻R1a-x的一端和所述电容Ca-x的一端；所述电阻R1a-x的另一端连接所述施密特触发器Da-x的输出端；所述电容Ca-x的另一端连接零电位参考点GND；
所述电阻R2a-x的一端连接所述施密特触发器Da-x的输出端，所述电阻R2a-x的另一端连接所述红外发光二极管Ha-x的正极，所述红外发光二极管Ha-x的负极连接零电位参考点GND。
3.根据权利要求2所述的一种钢琴弹奏指法数据采集装置，其特征在于，所述施密特触发器采用集成电路CD40106。
4.根据权利要求3所述的一种钢琴弹奏指法数据采集装置，其特征在于，所述信号接收模块包括红外光敏三极管V1b-y；所述红外光敏三极管V1b-y的集电极连接5V电源的正极，红外光敏三极管V1b-y的发射极连接电阻R2b-y的一端和电容C1b-y的一端，电阻R2b-y的另一端连接零电位参考点GND；电阻R3b-y的一端连接5V电源的正极，电阻R3b-y的另一端连接电阻R4b-y的一端和电容C2b-y的一端，电阻R4b-y的另一端连接电容C1b-y的另一端和电阻R5b-y的一端以及三端可调精密电压基准Nb-y的参考R引脚，电阻R5b-y的另一端连接零电位参考点GND；电阻R1b-y的一端连接5V电源的正极，电阻R1b-y的另一端连接红外发光二极管Hb-y的正极，红外发光二极管Hb-y的负极连接零电位参考点GND；红外光敏三极管V2b-y的集电极连接5V电源的正极，红外光敏三极管V2b-y的发射极连接电阻R6b-y的一端和PNP三极管V3b-y的发射极，电阻R6b-y的另一端连接三极管V3b-y的基极和电阻R7b-y的一端，电阻R7b-y的另一端连接三端可调精密电压基准Nb-y的阴极K引脚和电容C2b-y的另一端，三端可调精密电压基准Nb-y的阳极A引脚连接零电位参考点GND；三极管V3b-y的集电极连接电阻R8b-y的一端，电阻R8b-y的另一端连接电阻R9b-y的一端和中央处理模块的输入/输出口线I/O-y，电阻R9b-y的另一端连接零电位参考点GND。
5.根据权利要求1至4之一所述一种钢琴弹奏指法数据采集装置，其特征在于，所述信号发射模块包括第一电路板和第二电路板；其中，五套所述信号发射电路中的由施密特触发器Da-x、电阻R1a-x、电容Ca-x组成多谐振荡器和电阻R2a-x设置于所述第一电路板上；所述红外发光二极管Ha-x通过柔性导线与所述第一电路板相连接；其中，另外五套所述信号发射电路中的由施密特触发器Da-x、电阻R1a-x、电容Ca-x组成多谐振荡器和电阻R2a-x设置于所述第二电路板上；所述红外发光二极管Ha-x通过柔性导线与所述第二电路板相连接。
6.根据权利要求4所述的一种钢琴弹奏指法数据采集装置，其特征在于，所述信号接收模块设置于遮光盒中的电路板上；其中，所述遮光盒包括左侧板、右侧板、后侧板和盖板；所述左侧板和所述右侧板平行设置；所述左侧板的后端通过所述后侧板与所述右侧板后端相连接；所述盖板设置于所述左侧板、所述右侧板和所述后侧板上端；并且，所述遮光盒的前端低于所述遮光盒的后端，使所述遮光盒的侧面呈梯形；在所述盖板上设置有安装孔，所述电路板与所述安装孔相卡合连接。
7.根据权利要求1所述的一种钢琴弹奏指法数据采集装置，其特征在于，所述信号发射模块包括光电传感器中的红外发光二极管，所述红外发光二极管安装于钢琴琴键下方，并且，在钢琴琴键上安装有反光镜；所述信号接收模块包括光电传感器中的红外光敏三极管，所述红外光敏三极管安装于钢琴琴键下方；所述光电传感器的输出端与所述中央处理模块相连接。
8.根据权利要求1至4之一或6至7之一所述的一种钢琴弹奏指法数据采集装置，其特征在于，所述中央处理模块为微控制器或单片机。

说明书全文

一种钢琴弹奏指法 数据采集装置

技术领域

[0001] 本发明涉及数据采集技术领域，具体地说是涉及一种钢琴弹奏指法数据采集装置。

背景技术

[0002] 学习钢琴弹奏，很重要一环就是学习专家弹奏的指法。专家按曲谱弹奏，有序地按下各个琴键，听众陶醉在音乐声中，一曲弹完，余音绕梁，尚不知其已终。专家的弹奏“指法”,是长期弹奏实践经验的结晶，专家在弹奏曲谱中某个音的时候，用的哪个手指、按下了哪个琴键、该琴键按下了多长时间，这三个要素即是弹奏曲谱中这个音符的“指法数据”；从曲谱的第一个音符开始，到曲谱的最终一个音符为止，这些“指法数据”序列组成“指法数据流”。

[0003] 而目前，还没有关于采集钢琴弹奏指法数据的装置出现。

发明内容

[0004] 针对现有技术之不足，本发明提供了一种钢琴弹奏指法数据采集装置。本发明的钢琴弹奏指法数据采集装置具体技术方案如下：

[0005] 一种钢琴弹奏指法数据采集装置，其包括信号发射模块、用于接收所述信号发射模块所发射信号的信号接收模块和与所述信号接收模块相连接的中央处理模块。

[0006] 根据一个优选的实施方式，所述信号发射模块包括十套相互独立且振荡频率各不相同的信号发射电路；所述信号发射电路包括由施密特触发器Da-x、电阻R1a-x、电容Ca-x组成多谐振荡器、电阻R2a-x和红外发光二极管Ha-x；所述电阻R2a-x和所述红外发光二极管Ha-x串联之后连接在所述多谐振荡器的输出端与GND之间；其中，所述电阻R1a-x和所述电容Ca-x的值各不相同，使十套信号发射电路的振荡频率各不相同。

[0007] 根据一个优选的实施方式，所述施密特触发器Da-x的输入端连接所述电阻R1a-x的一端和所述电容Ca-x的一端；所述电阻R1a-x的另一端连接所述施密特触发器Da-x的输出端；所述电容Ca-x的另一端连接零电位参考点GND；所述电阻R2a-x的一端连接所述施密特触发器Da-x的输出端，所述电阻R2a-x的另一端连接所述红外发光二极管Ha-x的正极，所述红外发光二极管Ha-x的负极连接零电位参考点GND。

[0008] 根据一个优选的实施方式，所述施密特触发器采用集成电路CD40106。

[0009] 根据一个优选的实施方式，所述信号接收模块包括红外光敏三极管V1b-y；所述红外光敏三极管V1b-y的集电极连接5V电源的正极，红外光敏三极管V1b-y的发射极连接电阻R2b-y的一端和电容C1b-y的一端，电阻R2b-y的另一端连接零电位参考点GND；电阻R3b-y的一端连接5V电源的正极，电阻R3b-y的另一端连接电阻R4b-y的一端和电容C2b-y的一端，电阻R4b-y的另一端连接电容C1b-y的另一端和电阻R5b-y的一端以及三端可调精密电压基准Nb-y的参考R引脚，电阻R5b-y的另一端连接零电位参考点GND；电阻R1b-y的一端连接5V电源的正极，电阻R1b-y的另一端连接红外发光二极管Hb-y的正极，红外发光二极管Hb-y的负极连接零电位参考点GND；红外光敏三极管V2b-y的集电极连接5V电源的正极，红外光敏三极管V2b-y的发射极连接电阻R6b-y的一端和PNP三极管V3b-y的发射极，电阻R6b-y的另一端连接三极管V3b-y的基极和电阻R7b-y的一端，电阻R7b-y的另一端连接三端可调精密电压基准Nb-y的阴极K引脚和电容C2b-y的另一端，三端可调精密电压基准Nb-y的阳极A引脚连接零电位参考点GND；三极管V3b-y的集电极连接电阻R8b-y的一端，电阻R8b-y的另一端连接电阻R9b-y的一端和中央处理模块的输入/输出口线I/O-y，电阻R9b-y的另一端连接零电位参考点GND。

[0010] 根据一个优选的实施方式，所述信号发射模块包括第一电路板和第二电路板；其中，五套所述信号发射电路中的由施密特触发器Da-x、电阻R1a-x、电容Ca-x组成多谐振荡器和电阻R2a-x设置于所述第一电路板上；所述红外发光二极管Ha-x通过柔性导线与所述第一电路板相连接；其中，另外五套所述信号发射电路中的由施密特触发器Da-x、电阻R1a-x、电容Ca-x组成多谐振荡器和电阻R2a-x设置于所述第二电路板上；所述红外发光二极管Ha-x通过柔性导线与所述第二电路板相连接。

[0011] 根据一个优选的实施方式，所述信号接收模块设置于遮光盒中的电路板上；其中，所述遮光盒包括左侧板、右侧板、后侧板和盖板；所述左侧板和所述右侧板平行设置；所述左侧板的后端通过所述后侧板与所述右侧板后端相连接；所述盖板设置于所述左侧板、所述右侧板和所述后侧板上端；并且，所述遮光盒的前端低于所述遮光盒的后端，使所述遮光盒的侧面呈梯形；在所述盖板上设置有安装孔，所述电路板与所述安装孔相卡合连接。

[0012] 根据一个优选的实施方式，所述信号发射模块包括光电传感器中的红外发光二极管，所述红外发光二极管安装于钢琴琴键下方，并且，在钢琴琴键上安装有反光镜；所述信号接收模块包括光电传感器中的红外光敏三极管，所述红外光敏三极管安装于钢琴琴键下方；所述光电传感器的输出端与所述中央处理模块相连接。

[0013] 根据一个优选的实施方式，所述中央处理模块为微控制器或单片机。

[0014] 与现有技术相比，本发明一种钢琴弹奏指法数据采集装置具有如下有益效果：

[0015] 本发明的钢琴弹奏指法数据采集装置包括信号发射模块、用于接收所述信号发射模块所发射信号的信号接收模块和与所述信号接收模块相连接的中央处理模块；在演奏过程中，通过信号发射模块发射信号、信号接收模块接收信号和中央处理模块的处理可以方便、可靠、低成本且在不需要对钢琴进行大的物理改造情况下检测并记录哪个手指按下琴键、按下了哪个琴键及该琴键按下了多长时间；从而形成“指法数据流”；其用于钢琴弹奏的教学软件，亦可作为原始数据输入机器人，让机器人来重现“指法数据流”，用于机器人钢琴弹奏。附图说明

[0016] 图1是本发明钢琴弹奏指法数据采集装置的结构框图；

[0017] 图2是本发明钢琴弹奏指法数据采集装置实施例1中遮光盒的主视图；

[0018] 图3是本发明钢琴弹奏指法数据采集装置实施例1中遮光盒的俯视图；

[0019] 图4是本发明钢琴弹奏指法数据采集装置实施例1中遮光盒的剖视图；

[0020] 图5是本发明钢琴弹奏指法数据采集装置实施例1中遮光盒安装在琴键后方台面的示意图；

[0021] 图6是本发明钢琴弹奏指法数据采集装置实施例1中信号发射模块佩戴在钢琴弹奏者手上的示意图；

[0022] 图7是本发明钢琴弹奏指法数据采集装置实施例1中手指未按下琴键时的状态图；

[0023] 图8是本发明钢琴弹奏指法数据采集装置实施例1中手指按下琴键时的状态图；

[0024] 图9是本发明钢琴弹奏指法数据采集装置实施例1中信号发射模块和信号接收模块的电路图；、

[0025] 图10是本发明钢琴弹奏指法数据采集装置实施例2中琴键未按下的状态示意图；

[0026] 图11是本发明钢琴弹奏指法数据采集装置实施例2中琴键按下的状态示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图进行详细说明。

[0028] 实施例1

[0029] 如图1至9所示，一种钢琴弹奏指法数据采集装置，其包括信号发射模块、用于接收信号发射模块所发射信号的信号接收模块和与信号接收模块相连接的中央处理模块。

[0030] 中央处理模块为微控制器或单片机。

[0031] 信号发射模块包括十套相互独立且振荡频率各不相同的信号发射电路；信号发射电路包括由施密特触发器Da-x、电阻R1a-x、电容Ca-x组成多谐振荡器、电阻R2a-x和红外发光二极管Ha-x；电阻R2a-x和红外发光二极管Ha-x串联之后连接在多谐振荡器的输出端与GND之间；其中，电阻R1a-x和电容Ca-x的值各不相同，使十套信号发射电路的振荡频率各不相同。

[0032] 施密特触发器Da-x的输入端连接电阻R1a-x的一端和电容Ca-x的一端；电阻R1a-x的另一端连接施密特触发器Da-x的输出端；电容Ca-x的另一端连接零电位参考点GND；电阻R2a-x的一端连接施密特触发器Da-x的输出端，电阻R2a-x的另一端连接红外发光二极管Ha-x的正极，红外发光二极管Ha-x的负极连接零电位参考点GND。

[0033] 优选的，施密特触发器采用集成电路CD40106。

[0034] 信号接收模块包括红外光敏三极管V1b-y；红外光敏三极管V1b-y的集电极连接5V电源的正极，红外光敏三极管V1b-y的发射极连接电阻R2b-y的一端和电容C1b-y的一端，电阻R2b-y的另一端连接零电位参考点GND；电阻R3b-y的一端连接5V电源的正极，电阻R3b-y的另一端连接电阻R4b-y的一端和电容C2b-y的一端，电阻R4b-y的另一端连接电容C1b-y的另一端和电阻R5b-y的一端以及三端可调精密电压基准Nb-y的参考R引脚，电阻R5b-y的另一端连接零电位参考点GND；电阻R1b-y的一端连接5V电源的正极，电阻R1b-y的另一端连接红外发光二极管Hb-y的正极，红外发光二极管Hb-y的负极连接零电位参考点GND；红外光敏三极管V2b-y的集电极连接5V电源的正极，红外光敏三极管V2b-y的发射极连接电阻R6b-y的一端和PNP三极管V3b-y的发射极，电阻R6b-y的另一端连接三极管V3b-y的基极和电阻R7b-y的一端，电阻R7b-y的另一端连接三端可调精密电压基准Nb-y的阴极K引脚和电容C2b-y的另一端，三端可调精密电压基准Nb-y的阳极A引脚连接零电位参考点GND；三极管V3b-y的集电极连接电阻R8b-y的一端，电阻R8b-y的另一端连接电阻R9b-y的一端和中央处理模块的输入/输出口线I/O-y，电阻R9b-y的另一端连接零电位参考点GND。

[0035] 优选的，信号发射模块包括第一电路板和第二电路板；其中，五套信号发射电路中的由施密特触发器Da-x、电阻R1a-x、电容Ca-x组成多谐振荡器和电阻R2a-x设置于第一电路板上；红外发光二极管Ha-x通过柔性导线与第一电路板相连接；其中，另外五套信号发射电路中的由施密特触发器Da-x、电阻R1a-x、电容Ca-x组成多谐振荡器和电阻R2a-x设置于第二电路板上；红外发光二极管Ha-x通过柔性导线与第二电路板相连接。

[0036] 优选的，信号接收模块设置于遮光盒中的电路板上。其中，遮光盒包括左侧板、右侧板、后侧板和盖板；左侧板和右侧板平行设置；左侧板的后端通过后侧板与右侧板后端相连接；盖板设置于左侧板、右侧板和后侧板上端；并且，遮光盒的前端低于遮光盒的后端，使遮光盒的侧面呈梯形；在盖板上设置有安装孔，电路板与安装孔相卡合连接。

[0037] 本实施例的钢琴弹奏指法数据采集装置使用方法如下：

[0038] 将一双手的十个手指头编号，如将左手的小拇指编为1#，左手的无名指编为2#，左手的中指编为3#，左手的食指编为4#，左手的大拇指编为5#，右手的大拇指编为6#，右手的食指编为7#，右手的中指编为8#，右手的无名指编为9#，右手的小拇指编为10#。每个手指头上粘牢一个红外发光二极管，可把它简称为LED，这个LED为0603贴片封装形式，体积很小；左手和右手的手背上各粘牢一块薄型PCB(印刷电路)板，该PCB板以柔性导线与LED相连接。
每块薄型PCB板上具有彼此独立的5套振荡器电路，这5套振荡器的振荡频率各不相同，可分别用来驱动10个手指头上LED发出不同频率的闪烁的红外光。红外发光二极管发出不可见的红外光是该种LED发光光谱的固有特性，与它发出的红外光以某个频率闪烁是完全不同的两个概念。例如使1号手指头上LED发出以1.0KHz频率闪烁的红外光，使2号手指头上LED发出以1.5KHz频率闪烁的红外光等等，若以0.5KHz的频率差步进，那么：3号手指头为
2.0KHz，4号手指头为2.5KHz，5号手指头为3.0KHz，6号手指头为3.5KHz，7号手指头为
4.0KHz，8号手指头为4.5KHz，9号手指头为5.0KHz，10号手指头为5.5KHz。

[0039] 在每个琴键的后方台面上罩一个狭长的六面体遮光盒，这个六面盒体缺两个面，一是底面，也就是紧贴着后方台面的那一个面，另一是前面，也就是朝向弹奏者的那一个面。在这个遮光盒内靠近后面的位置安装了一个红外光敏三极管，可把它简称光敏管。琴键未按下时，手指头抬起较高，遮光盒挡住了手指头上LED发出的光线，光敏管不能被光照射，处于截止状态；当弹奏者的某个手指头按下琴键时，遮光盒内的光敏管能被手指头上的LED发出的光照射。例如3号手指头按下了琴键，由于3号手指头上的LED发出的红外光以2.0KHz的频率闪烁，那么该光敏管也会以2.0KHz的频率交替导通和截止，也就是说这个光敏管的输出信号带有3号手指头的信息，以此来检测哪个手指按下琴键。

[0040] 具体的：

[0041] 如图2至4所示，遮光盒是个狭长六面盒体，长约100毫米，宽约11毫米；遮光盒顶面1a是倾斜的，顶面的一端高一端低，高的一端约15毫米，低的一端约10毫米。

[0042] 这个六面盒体缺两个面，一是底面1d，另一是前面1b，这里把顶面低的那一端作为前面。在盒体的顶面靠近后面1c位置开了个狭长方孔1e，嵌入PCB板用的。

[0043] 如图5所示，每个琴键都配置了一个遮光盒，遮光盒1与琴键3对齐，位于琴键3的后方，与琴键3处于同一直线上，平放并粘贴牢固在琴键后方台面8上。遮光盒前面1b正对着弹奏者，遮光盒底面1d紧贴着后方台面8，这些遮光盒横向排列成一排。遮光盒内PCB板2嵌入遮光盒1的狭长方孔1e内。

[0044] 如图6所示，薄型PCB板6粘贴在钢琴弹奏者手背上，LED4粘贴在手指头上，柔性导线5连接LED4和薄型PCB板6之间的电路。

[0045] 如图7、图8所示，当弹奏者的某手指头9未按下琴键3时，手指头9抬起处在较高位置，遮光盒1挡住了手指头9上粘贴的LED4发出的光线，光敏管7位于遮光盒内PCB板2上，不能被LED4发出的光照射，光敏管7处于截止状态；当弹奏者的某个手指头9按下琴键时，手指头9的位置下降，接触到琴键3表面，遮光盒1内的光敏管7能被手指头上的LED4发出的光照射，光敏管7便处于导通、截止的振荡状态。

[0046] 在图9中，这里的“LED4”的元件序号为“Ha-x”，“光敏管7”的元件序号为“V1b-y”。

[0047] 在图9中，A虚线框表示的是某个手指头上红外发光二极管发出某个频率的闪烁的红外光的电路图,这样的电路共有10套，每套电路对应一个手指头，其电子元件的下标“a”表示属于A虚线框内的电子元件，下标“x”表示第几套电路的电子元件，x的值为1—10，亦对应手指头的编号。B虚线框表示的是红外光的接收以及后续放大整形并送MCU处理的电路图，这样的电路共有88套，每套电路对应一个琴键，与A虚线框类似，的其电子元件的下标“b”表示属于B虚线框内的电子元件，下标“y”表示第几套电路的电子元件，y的值为1—88，亦对应琴键的编号。

[0048] A虚线框电路由施密特触发器Da-x、电阻R1a-x、电容Ca-x组成多谐振荡器，电阻R2a-x和红外发光二极管Ha-x串联之后连接在多谐振荡器的输出端与GND之间。“GND”是电路零电位参考点，实质上它是5V直流供电电源的负极。电阻R2a-x起限流作用；调整电阻R1a-x、电容Ca-x的值可调节多谐振荡器的振荡频率。A虚线框内电路具体连接方式如下：施密特触发器Da-x的输入端13连接电阻R1a-x的一端和电容Ca-x的一端，电阻R1a-x的另一端连接施密特触发器Da-x的输出端14，电容Ca-x的另一端连接零电位参考点GND；电阻R2a-x的一端连接施密特触发器Da-x的输出端14，电阻R2a-x的另一端连接红外发光二极管Ha-x的正极，红外发光二极管Ha-x的负极连接零电位参考点GND。这里施密特触发器采用集成电路CD40106，一片CD40106内有6个相同的、彼此独立的施密特触发器。红外发光二极管Ha-x粘牢在各个手指头上，其它的电子元件则焊接在薄型PCB板6上，薄型PCB板有相同的两块，每块PCB板内包含了5个振荡器，分别粘牢在左手和右手的手背上，各以柔性导线5与手指头上的红外发光二极管4相连接。

[0049] 调整电阻R1a-1、电容Ca-1的值，使第1套电路的多谐振荡器的振荡频率为1.0KHz，与1#手指头上红外发光二极管Ha-1相连接，那么1#手指头上红外发光二极管的闪光频率即为1.0KHz；同理可调节第2套电路的多谐振荡器的振荡频率为1.5KHz，与2#手指头上红外发光二极管相连接，则2#手指头上红外发光二极管的闪光频率即为1.5KHz；如此等等。

[0050] B虚线框为红外光的接收以及后续放大整形并送MCU处理的电路图，红外发光二极管Ha-x与红外光敏三极管V1b-y是一对“发光-受光”器件。红外发光二极管Ha-x是粘贴在手指头上的，红外光敏三极管V1b-y则位于遮光盒内PCB板2上，手指未按下琴键时，遮光盒1挡住了红外发光二极管Ha-x光线，红外光敏三极管V1b-y不能被光照射到，处于截止状态；当弹奏者的某个手指头按下琴键时，遮光盒内的红外光敏三极管V1b-y能被手指头上的红外发光二极管Ha-x发出的光照射。红外发光二极管Hb-y与红外光敏三极管V2b-y也是一对“发光-受光”器件，它们即是反射式光电传感器，安装在钢琴内腔中连动部件11之外的适当位置，在连动部件11上的适当位置粘贴牢固一个反光镜10，琴键未按下时红外光敏三极管V2b-y不能接受红外发光二极管Hb-y的光照，此时红外光敏三极管V2b-y截止，切断5V直流供电电源，使得输出到MCU的I/O-y口线为低电平；琴键被按下时，红外光敏三极管V2b-y通过反光镜能接受到红外发光二极管Hb-y的光照，光敏三极管V2b-y便处于导通、截止的振荡状态，通过检测到I/O-y口线处于振荡状态，便可以确定第y号琴键被按下，测量处于振荡状态的时间长短便可以得到该琴键被按下的时间。

[0051] B虚线框内的电子元件Nb-y的型号为TL431，是三端可调精密电压基准，该元件有阴极K、阳极A和参考R三个引脚，在本电路中变通作为放大器用。

[0052] B虚线框内电路具体连接方式如下：红外光敏三极管V1b-y的集电极连接5V电源的正极，红外光敏三极管V1b-y的发射极连接电阻R2b-y的一端和电容C1b-y的一端，电阻R2b-y的另一端连接零电位参考点GND；电阻R3b-y的一端连接5V电源的正极，电阻R3b-y的另一端连接电阻R4b-y的一端和电容C2b-y的一端，电阻R4b-y的另一端连接电容C1b-y的另一端和电阻R5b-y的一端以及三端可调精密电压基准Nb-y的参考R引脚，电阻R5b-y的另一端连接零电位参考点GND；电阻R1b-y的一端连接5V电源的正极，电阻R1b-y的另一端连接红外发光二极管Hb-y的正极，红外发光二极管Hb-y的负极连接零电位参考点GND；红外光敏三极管V2b-y的集电极连接5V电源的正极，红外光敏三极管V2b-y的发射极连接电阻R6b-y的一端和PNP三极管V3b-y的发射极，电阻R6b-y的另一端连接三极管V3b-y的基极和电阻R7b-y的一端，电阻R7b-y的另一端连接三端可调精密电压基准Nb-y的阴极K引脚和电容C2b-y的另一端，三端可调精密电压基准Nb-y的阳极A引脚连接零电位参考点GND；三极管V3b-y的集电极连接电阻R8b-y的一端，电阻R8b-y的另一端连接电阻R9b-y的一端和MCU的输入/输出口线I/O-y，电阻R9b-y的另一端连接零电位参考点GND。

[0053] B虚线框电路由红外光敏三极管V1b-y来接收红外发光二极管Ha-x发出的光，手指未按下琴键时，红外光敏三极管V1b-y处于截止状态，同时红外光敏三极管V2b-y亦得不到红外发光二极管Hb-y发出的光的照射处于截止状态，与红外光敏三极管V2b-y发射极相连接的那部分电路失电，使MCU的输入/输出口线I/O-y处于低电平状态；当按下琴键时，红外光敏三极管V1b-y的发射极输出振荡波形，其振荡频率包含了按下琴键的手指的信息，同时红外光敏三极管V2b-y受到红外发光二极管Hb-y发出的光的照射处于导通状态，其发射极相连接的那部分电路得电，三极管V3b-y也处于导通、截止的振荡状态，振荡频率与红外光敏三极管V1b-y输出的振荡频率相同，于是MCU的输入/输出口线I/O-y也也处于导通、截止的振荡状态。通过MCU的处理，便可以得知是哪个手指按下琴键、按下的是哪个琴键以及按下琴键的时间。

[0054] 本实施例的钢琴弹奏指法数据采集装置包括信号发射模块、用于接收信号发射模块所发射信号的信号接收模块和与信号接收模块相连接的中央处理模块；在演奏过程中，通过信号发射模块发射信号、信号接收模块接收信号和中央处理模块的处理可以方便、可靠、低成本且在不需要对钢琴进行大的物理改造情况下检测并记录哪个手指按下琴键、按下了哪个琴键及该琴键按下了多长时间；从而形成“指法数据流”；其用于钢琴弹奏的教学软件，亦可作为原始数据输入机器人，让机器人来重现“指法数据流”，用于机器人钢琴弹奏。

[0055] 实施例2

[0056] 如图1所示，一种钢琴弹奏指法数据采集装置，其包括信号发射模块、用于接收信号发射模块所发射信号的信号接收模块和与信号接收模块相连接的中央处理模块。

[0057] 如图10、图11所示，信号发射模块包括光电传感器中的红外发光二极管，红外发光二极管安装于钢琴琴键下方，并且，在钢琴琴键上安装有反光镜；信号接收模块包括光电传感器中的红外光敏三极管，红外光敏三极管安装于钢琴琴键下方；光电传感器的输出端与中央处理模块相连接。

[0058] 优选的，中央处理模块为微控制器或单片机。

[0059] 本实施例的钢琴弹奏指法数据采集装置使用方法如下：

[0060] 在钢琴内腔，每个琴键按下时会带动与该琴键相关连的机械部件(以下约定简称为连动部件)作向下运动，琴键未按下时，该连动部件自动复位。在连动部件之外的适当位置，安装了一套反射式光电传感器。该光电传感器的发光器件仍然为LED，受光器件仍然为光敏管；在连动部件上的适当位置粘贴牢固一个反光镜。琴键未按下时光敏管不能接受LED反射光的照射，此时光敏管截止；琴键被按下时，光敏管通过反光镜面反射能接受LED的光照，该光敏管便处于导通、截止的振荡状态，这样来检测哪个琴键被按下。

[0061] 钢琴的琴键有88个，故这种反射式光电传感器也具有88套。把钢琴的各个琴键从左到右分别编号为1#、2#、……88#，每套反射式光电传感器的输出信号通过MCU(单片机)的一根I/O口线输入MCU，共需要88根I/O口线，每个琴键对应一根I/O口线。在硬件连线上，注意保证1#琴键被按下时，其反射式光电传感器的输出信号连接I/O_1#口线，2#琴键被按下时，其反射式光电传感器的输出信号连接I/O_2#口线，如此等等。

[0062] 具体的：

[0063] 如图10、图11所示，连动部件11，处于钢琴内腔，它是与琴键相关连的机械部件。琴键按下时连动部件11作向下运动，琴键未按下时，该连动部件11自动复位，每个琴键都是如此。

[0064] 在连动部件11上的适当位置粘贴牢固一个反光镜10，另外还在连动部件之外的适当位置安装了一套反射式光电传感器，该光电传感器的发光器件仍然为LED4，受光器件仍然为光敏管7。琴键未按下时，连动部件11复位，反光镜10上受不到LED4的光照，光敏管7自然接受不到反光镜10的反光照射，此时光敏管7处于截止状态；当琴键被按下时，连动部件11被带动作向下运动，光敏管7通过反光镜面能接受LED4的光照，光敏管便处于导通、截止的振荡状态。支点12表示为连动部件11的旋转中心或光电传感器的固定支架。在图9中，这里的“LED4”的元件序号为“Hb-y”，“光敏管7”的元件序号为“V2b-y”。

[0065] 需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

[0066] 另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

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一种钢琴弹奏指法数据采集装置

一种钢琴弹奏指法数据采集装置

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