技术领域
[0001] 本
发明主要涉及自动翻谱技术领域，具体涉及一种在
乐器演奏中能自动翻阅纸版乐谱的超声头部指令探测自动翻谱装置及其工作方法。
背景技术
[0002] 在
钢琴或其他乐器演奏中，乐曲谱面页数往往随着演奏难度的增加而增加。一首乐曲少则数页，多则几十页。对于弹奏速度快、或翻页处正需双手弹奏的乐曲来说，翻页动作不及时就会影响演奏效果。故而在正规演奏或正规考试中，往往需配备专人辅助翻谱。为了做好该项工作，翻谱人员要求熟悉曲目，并在辅助翻谱时专心致志，这不仅在人
力上是一种浪费，且对于心理因素不太好的演奏人员来说，还会分心，影响演奏效果。
[0003] 目前有一种通过踩动
脚踏实现翻谱的机械式翻谱机，但这种翻谱机对于演奏中使用脚踏较多的乐曲来说，是一种干扰；另外，若翻谱处刚好需要踩下弱音
踏板或延音踏板等，将会导致翻谱无法顺利实施。
[0004] 还有一种
电子翻谱机，类似于
平板电脑。这种翻谱机价格昂贵，且需要电子乐谱，目前市面上的电子乐谱并不全面，且乐谱翻阅由程序控制，应变性较差。
[0005] 最后还有一种红外线触发翻谱机，利用腿部小幅度摆动阻断相应红外线，产生翻页控制
信号进行翻谱。这种装置易受热空气或强光等干扰，且需使用腿部，也容易引起分心或导致忙乱中失控。
[0006] 本装置就是为解决以上问题而设计。
发明内容
[0007] 本发明目的在于克服
现有技术存在的上述不足，提供一种超声头部指令探测自动翻谱装置与工作方法。超声检测终端通过位于谱夹左、右两侧的
超声波传感器探测到演奏者头部距离发射端的距离，当该距离在预先设定探测区域内，并停留达一定时长时，启动翻谱指令，左、右两侧
超声波传感器工作与否分别对应启动前翻或后翻指令。控
制模块发出
控制信号启动驱动终端中与目标页面相连的
齿轮转动，实现自动翻谱动作。该装置具有操作灵敏、实时随心，安装方便、成本低的优点。
[0008] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下。
[0009] 超声头部指令探测自动翻谱装置，其包括超声检测终端、
控制模块与驱动终端，超声检测终端与控制模块无线连接，控制模块中的控制信号端与驱动终端连接；超声检测终端包含位于谱夹
外壳内侧的左、右两侧的
超声波传感器，控制模块检测演奏者头部是否进入预先设定的探测范围内，并停留设定时长，若否，则不进行翻谱，若是，则启动翻谱，驱动终端接收到控制信号后，先后启动位移
马达和旋转马达，位移马达的第一动力输出齿轮带动位移杆移动，进而移动
定位齿轮，使定位齿轮与需要翻转的页面所连接的翻转齿轮
啮合，旋转马达的第二动力输出齿轮带动所述定位齿轮旋转，定位齿轮与翻转齿轮啮合传动，将相应的页面进行翻转，实现乐谱翻页。
[0010] 进一步地，当演奏者头部进入谱夹左、右两侧超声波传感器探测区域内，超声波传感器测得发射端与头部之间的距离，当该距离在预先设定的探测范围内，并停留设定时长时，启动翻谱指令，左、右传感器的工作分别对应乐谱的后翻和前翻两种控制，解放了手脚，使演奏不受干扰。
[0011] 进一步地，驱动终端包含位移马达、旋转马达、齿轮组、折叠谱夹、定位齿轮、位移杆、第一动力输出齿轮、第二动力输出齿轮，折叠谱夹由若干页面组成，每页面包含的页面
支架与齿轮组中的相应翻转齿轮相连，翻转齿轮的旋转能带动该页面翻转，齿轮组中的翻转齿轮按页面顺序纵向排列，当驱动终端接收到控制信号，启动位移马达，一动力输出齿轮使位移杆顶部的定位齿轮移动到与目标页面连接的翻转齿轮处，紧接着旋转马达启动，通过第二动力输出齿轮带动定位齿轮和相应页面连接的齿轮旋转，从而实现谱面翻页，旋转马达的逆
时针旋转与顺时针旋转分别对应谱面的后翻与前翻。
[0012] 进一步地，可通过调整齿轮组相邻翻转齿轮间的纵向间距，调整页面数量，得到总页面数不同规格的谱夹，该装置适用于钢琴演奏或其他涉及乐曲翻谱的乐器演奏。
[0013] 进一步地，在谱夹打开后的内顶部加装LED护眼灯，用于在光线不佳情况下演奏时增加光线
亮度。
[0014] 所述超声头部指令探测自动翻谱装置的工作方法，包括：
[0015] 步骤1：自检；翻开谱夹，打开电源
开关，启动自检；自检包括超声检测终端、控制模块与驱动终端之间的连接状态，驱动终端齿轮初始
位置检测；如果设备状态一切正常，指示灯常亮绿灯；如果设备状态不正常，指示灯长亮红灯，并结束；
[0016] 步骤2：探测参数和工作时间设定；设置探测距离档位和探测范围内头部停留时长；若演奏者演奏状况不变，则初次设定好的探测参数可储存下来，以后不做改变；参数设置好后，演奏者根据演奏习惯移动头部进入
指定探测范围内，测试档位和停留时长是否最佳，然后设置工作时间，工作时间到则自动关机；
[0017] 步骤3：超声波传感器测距；左、右两侧超声波传感器发射超声波，当遇到头部进入探测区域内时，部分反射波反向传输被接收器接收，控制模块计算出头部距离发射端的距离；
[0018] 步骤4：探测到的距离信息与预先设定好的距离范围作比较，若在设定距离范围内，且回波持续时长满足设定停留时长，则获得翻谱指令，并将控制信号发送给驱动终端；
[0019] 步骤5：驱动终端获得控制信号，启动位移马达，位移马达转动通过第一动力输出齿轮带动位移杆移动，使位移杆顶部的定位齿轮到与目标页面相连的翻转齿轮啮合；
[0020] 步骤6：旋转马达转动，第二动力输出齿轮带动定位齿轮和与目标页面相连的翻转齿轮转动，实现翻谱。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
[0022] 1、使用纸版乐谱，有助于视力健康。
[0023] 2、安装方便，纸版乐谱可如传统方式般一页页放入谱夹页面中，可多达几十页，谱夹可折叠。
[0024] 3、解决了演奏者在演奏同时翻谱不便的问题，使演奏者手脚得以解放，专心于演奏，并能实现实时随心翻谱。
[0025] 4、在演奏中依据头部进入左、右指定探测区域内达一定时长时启动翻谱控制，实时随心，可实现翻谱操作或者误操作下的纠错。
[0026] 5、采用超声波传感器进行动作检测，
精度高。
[0027] 6、超声检测终端和控制模块之间的信号采用无线传输，使整套装置简洁，摆脱线缆的纠扰。
附图说明
[0028] 图1是实例中超声头部指令探测自动翻谱装置的系统
框图；
[0029] 图2 是实例中的超声头部指令探测自动翻谱装置主要机械结构示意图；
[0030] 图3 是实例中超声头部指令探测自动翻谱装置的整体布局示意图；
[0031] 图4 是实例中超声头部指令探测自动翻谱装置的工作
流程图。
[0032] 图中：201-控制模块，202-驱动终端，203-页面支架，204-位移马达，205-旋转马达，206-齿轮组，207-定位齿轮，208-位移杆，209-第一动力输出齿轮，210-固定件，211-第二动力输出齿轮； 302-指示灯，303-
LED灯，304-页面，305-谱夹外壳，306-超声波传感器。
具体实施方式
[0033] 下面结合
实施例及附图对本发明作进一步详细的描述说明，但本发明的实施和保护不限于此。
[0034] 本实例提出的演奏用超声头部指令探测自动翻谱装置，其系统框图如图1所示，其包括超声检测终端、控制模块201和驱动终端202。超声检测终端包含的两个超声波传感器306，分别位于谱夹外壳305内侧的左、右两侧，用以测量头部进入两侧探测区域后的距离信息。控制模块包括顺次连接的通信单元、数据缓存单元、回波分析单元和
控制器。当谱夹打开，电源开关切换到ON，位于谱夹左、右两侧的超声波传感器开始发射超声波，当演奏者意欲翻谱时，移动头部进入指定的超声波传感器探测范围内，并在探测范围内停留一定时长，此时控制模块中的回波分析单元，通过分析获取的距离信息、回波持续时间和工作超声传感器的方位信息获得演奏者具体翻谱指令，并将控制信号通过控制器发送给驱动终端，驱动终端接收到控制信息后启动位移马达和旋转马达，带动连接目标页面304的相应齿轮转动，从而实现翻谱动作。
[0035] 实施例中超声探测终端包含位于谱夹左、右两侧的两组一体式超声波传感器和通信单元，超声波传感器的指定探测范围可根据使用者的身高和弹奏习惯三档可调，将探测到的距离信息与事先设置好的三组距离数据做比较，可将探测范围设定为远、中、近三挡。当演奏者身材较小，设置成远档；当演奏者身材高大，弹奏时晃动较多时，设置为近档；状态居中时，设置为中档。当最佳探测距离设置好后，每当头部移动进入超声传感器相应探测范围内并保持一定时长时，获得翻谱指令。当演奏者意欲后翻时，移动头部到谱夹左侧超声传感器探测范围内，并停留一定时长；当演奏者意预前翻时，移动头部进入谱夹右侧超声传感器探测范围内，并停留一定时长。此时控制模块获取演奏者翻谱指令，并将控制信号发送给驱动终端。
[0036] 实施例中的超声波传感器具有性能稳定，测量距离精准的优点。市面上最普通的超声波传感器探测距离2-450厘米，精度可达0.3厘米级，感应
角度不大于15度，尺寸小，价格非常便宜，对于此装置已完全够用。测距基本原理是：超声波传感器中发射器向前方发射超声波，在发射时刻开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返射回来，超声波传感器中接收器收到反射回波立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离，即：s=340t/2。当演奏者头部一旦进入左、右两侧超声波传感器预设的工作距离范围内，并停留达一定时长时，回波分析单元获得翻谱指令，通过控制模块启动驱动终端，并计算出驱动终端中位移马达转动角度，以使位移杆顶部定位齿轮移动到目标页面304对应的齿轮处，此时，旋转马达开始工作，带动定位齿轮和目标页面对应的齿轮转动，实现翻页动作。
[0037] 实施例中的控制模块包括通信单元、数据缓存单元、回波分析单元、控制器，位于谱夹左、右两侧的超声检测终端分别与位于谱夹中部顶端的控制模块无线连接，控制模块中控制器的的控制信号端与驱动终端连接，驱动终端通过获取头部指令进行翻谱，解放了手脚，使演奏不受干扰。
[0038] 作为实例，折叠谱夹可由若干页面304组成，每一页面包含三层，上下两层为上端开口的塑料
薄膜袋，用以插装纸版乐谱，
中间层为塑料页面支架203，用以带动软质页面翻动。页面支架上可以打有若干小孔，用以减轻支架重量。除页面支架外，驱动终端的核心部件安装于谱夹打开的中间部位，如图3所示，包含位移马达204、旋转马达 205和齿轮组206，如图2所示。每一页面中的页面支架203与齿轮组206中的相应翻转齿轮连接，齿轮旋转带动该页面翻转。齿轮组中的翻转齿轮安装在齿轮组中
心轴上按页面顺序纵向排列，齿轮组中心轴两端通过固定件210固定，并与位移杆208顶部的定位齿轮 207、翻转齿轮始终调整好初始位置，使齿轮间能顺利啮合。位移杆208安装在另一中心轴上并能绕中心轴转动，中心轴的一端或者两端与固定件10连接，当驱动终端接收到控制信号时，启动位移马达 204，第一动力输出齿轮209使位移杆208顶部定位齿轮 207移动到与目标页面连接的齿轮组中的相应翻转齿轮处，紧接着旋转马达 205启动，第二动力输出齿轮211带动定位齿轮 207转动，从而带动与目标页面连接的相应齿轮旋转，从而实现谱面翻页，旋转马达 205的逆时针旋转与顺时针旋转分别对应谱面的后翻与前翻。
[0039] 超声头部指令探测自动翻谱装置与实现方法实施例中，可通过调整齿轮组相邻翻转齿轮间的纵向间距，调整页面数量，得到总页面数不同规格的谱夹，纸质版乐谱分页插入谱夹页面中，谱夹中页面大小可以足够放入A4版面纸质乐谱为标准。该装置适用于钢琴演奏或其他涉及到翻谱的乐器演奏。
[0040] 超声头部指令探测自动翻谱装置与实现方法实施例中，在谱夹打开顶部加装LED护眼灯303，用于增加演奏时的光线亮度。
[0041] 图4为所述发明超声头部指令探测自动翻谱装置的工作流程图。其具体实施步骤包括：
[0042] 步骤1：自检。翻开谱夹，打开电源开关，启动自检。自检包括各部分间的有线和无线连接状态，驱动终端齿轮初始位置检测。如果设备状态一切正常，指示灯302常亮绿灯；如果设备状态不正常，指示灯长亮红灯，并结束。
[0043] 步骤2：探测参数和工作时间设定。设置探测距离档位和探测范围内头部停留时长。若演奏者演奏状况不变，则初次设定好的探测参数可储存下来，以后不做改变。参数设置好后，演奏者根据演奏习惯移动头部进入指定探测范围内，测试档位和停留时长是否最佳。然后设置工作时间，工作时间到，装置自动关机。
[0044] 步骤3：超声波传感器测距。左、右两侧超声波传感器发射超声波，当遇到头部进入探测区域内时，部分反射波反向传输被接收器接收，可计算出头部距离发射端的距离。
[0045] 步骤4：探测到的距离信息与预先设定好的距离范围作比较，若在设定距离范围内，且回波持续时长满足设定停留时长，则获得翻谱指令，并将控制信号发送给驱动终端。
[0046] 步骤5：驱动终端获得控制信号，启动位移马达，位移马达转动，移动位移杆顶部定位齿轮到与目标页面相连的齿轮处。
[0047] 步骤6：旋转马达转动，带动定位齿轮和与目标页面相连的齿轮转动，实现翻谱。
[0048] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下做作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。
