CN103794199A - 一种钢琴键盘动作检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种钢琴键盘动作检测装置，属于音乐教学设备领域。这种钢琴键盘动作检测装置在琴键上设有磁铁，磁铁随琴键动作，改变磁铁与固定的霍尔传感器之间的位置，使霍尔传感器所处位置的磁场强度发生变化，霍尔传感器将发生动作的琴键键号和动作参数以霍尔输出信号方式通过霍尔传感器状态检测电路上传至钢琴琴键检测主控电路。该检测装置采用基于高性价比的STM32处理器实现霍尔传感器数字信号的获取、处理、标准MIDI流的产生以及无线数据输出。具备钢琴琴键动作的实时自动检测的基本功能，解决了钢琴学习装置安装不方便等问题，减少硬件成本，且操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢琴键盘动作检测装置，属于音乐教学设备领域。
背景技术
目前国际上使用的是光电开关形式的信号采集装置。信号采集器件为光发射器件、光接收器件。所述光电发射器件和光接收器件之间安置可以与之相对运动的光栅。当演奏钢琴时，光发射器件、光接收器件与光栅将因键盘相对琴架运动而相对运动，结果光发射器件发出的光电信号通过相对运动的光栅后为光电接收器件接收，将弹奏力度、方向、状态、击键速度等各种键盘动作参数转换为相应的脉冲数字信号，以便后续电路和计算机软件处理，并将检测结果输出。该项装置的缺点主要有如下两点：一是安装复杂，对安装精度要求很高，需要专业人士花大量时间安装调试，不利于推广；二是当有外界光线时，会扰乱信号的采集，严重影响信号的准确度。
发明内容
为了解决上述信号采集装置存在的问题，本发明提供一种钢琴键盘动作检测装置，该装置能够方便、快捷、准确的实现钢琴琴键的动作检测，并实时以标准MIDI格式无线上传给上位机。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种钢琴键盘动作检测装置，它包括琴键、检测琴键动作的传感器和钢琴琴键检测主控电路，它还包括磁铁和霍尔传感器状态检测电路，所述传感器采用霍尔传感器，在琴键上设有磁铁，与磁铁配合的霍尔传感器经霍尔传感器状态检测电路与钢琴琴键检测主控电路进行电连接；所述磁铁随琴键动作，改变磁铁与固定的霍尔传感器之间的位置，使霍尔传感器所处位置的磁场强度发生变化，霍尔传感器将发生动作的琴键键号和动作参数以霍尔输出信号方式通过霍尔传感器状态检测电路上传至钢琴琴键检测主控电路。
所述琴键的数量为88个，每个琴键上都设有一个磁铁，并相应设置一个霍尔传感器。
所述霍尔传感器状态检测电路与钢琴琴键检测主控电路集成设置在电路板上。
采用上述的技术方案，其主要特点为：
（1）钢琴键盘动作检测装置采用基于高性价比的STM32处理器实现霍尔传感器数字信号的获取、处理、标准MIDI流的产生以及无线数据输出；
（2）所述磁信号获取及转换电路采用磁铁和霍尔传感器配合实现。磁铁跟随琴键进行相应的动作，霍尔传感器能够实时获取磁铁的动作及相应参数，所获取的数据参数经过模数转换后输送给CPU处理器进行判断处理；
（3）所述数据处理电路根据磁信号获取及转换电路提供的磁铁动作数据，实时判断每个琴键的动作方式，并据此实时产生相应的MIDI数据流；
（4）所述数据传输电路将数据处理电路产生的标准MIDI数据流数据以无线方式实时传送给上位机进行进一步的处理。
本发明的有益效果是：这种钢琴键盘动作检测装置在琴键上设有磁铁，磁铁随琴键动作，改变磁铁与固定的霍尔传感器之间的位置，使霍尔传感器所处位置的磁场强度发生变化，霍尔传感器将发生动作的琴键键号和动作参数以霍尔输出信号方式通过霍尔传感器状态检测电路上传至钢琴琴键检测主控电路。该检测装置采用基于高性价比的STM32处理器实现霍尔传感器数字信号的获取、处理、标准MIDI流的产生以及无线数据输出。具备钢琴琴键动作的实时自动检测的基本功能，解决了钢琴学习装置安装不方便等问题，减少硬件成本，且操作方便。
附图说明
图1是一种钢琴键盘动作检测装置的机械原理图。
图2是霍尔传感器状态检测电路图。
图3是钢琴琴键检测主控电路图。
图中：1、钢琴键，2、磁铁，3、霍尔传感器，4、电路板，5、琴键支点，6、琴盖。
具体实施方式
图1示出了一种钢琴键盘动作检测装置的机械原理图。图中，钢琴键盘动作检测装置包括琴键1、检测琴键1动作的传感器、钢琴琴键检测主控电路和霍尔传感器状态检测电路，传感器采用霍尔传感器3，在琴键1上设有磁铁2，与磁铁2配合的霍尔传感器3经霍尔传感器状态检测电路与钢琴琴键检测主控电路进行电连接。磁铁2随琴键1动作，改变磁铁2与固定的霍尔传感器3之间的位置，使霍尔传感器3所处位置的磁场强度发生变化，霍尔传感器3将发生动作的琴键键号和动作参数以霍尔输出信号方式通过霍尔传感器状态检测电路上传至钢琴琴键检测主控电路。钢琴键盘动作检测装置包括88个琴键1、置于88个琴键上的88个磁铁2、检测磁铁位置的88个霍尔传感器3。霍尔传感器状态检测电路与钢琴琴键检测主控电路集成设置在电路板4上。
图2示出了霍尔传感器状态检测电路。负责11路信号的检测和转换及处理工作。电路以STM32 CPU为核心包括霍尔传感器电路、LED MIDI状态指示电路、复位电路、电源电路等。8个同样的检测电路协同工作可以完成对88个钢琴琴键的状态检测。当有琴键发生动作时，例如抬起或按下等，琴键对应的磁铁与霍尔传感器之间将相应发生距离变化，检测电路根据每个霍尔传感器的变化幅度自动判别是否有琴键发生动作，并将发生动作的琴键键号和动作参数上传至钢琴琴键检测主控电路。
图3示出了钢琴琴键检测主控电路。负责标准MIDI流的产生和无线传输控制等。电路以STM32 CPU为核心，包括电源电路、复位电路、EEPROM存储电路、蓝牙无线传输电路等。主控电路通过专用通信接口实时接收霍尔传感器检测电路上传的琴键状态，即按下或是弹起等，并实时转换为标准MIDI格式，通过无线传输控制模块上传给上位机进行进一步的处理。EEPROM电路可根据需要实时存储电路运行过程中的关键参数，保证***可靠运行。
Claims (3)
1.一种钢琴键盘动作检测装置，它包括琴键（1）、检测琴键（1）动作的传感器和钢琴琴键检测主控电路，其特征是：它还包括磁铁（2）和霍尔传感器状态检测电路，所述传感器采用霍尔传感器（3），在琴键（1）上设有磁铁（2），与磁铁（2）配合的霍尔传感器（3）经霍尔传感器状态检测电路与钢琴琴键检测主控电路进行电连接；所述磁铁（2）随琴键（1）动作，改变磁铁（2）与固定的霍尔传感器（3）之间的位置，使霍尔传感器（3）所处位置的磁场强度发生变化，霍尔传感器（3）将发生动作的琴键键号和动作参数以霍尔输出信号方式通过霍尔传感器状态检测电路上传至钢琴琴键检测主控电路。
2.根据权利要求1所述的一种钢琴键盘动作检测装置，其特征是：所述琴键（1）的数量为88个，每个琴键（1）上都设有一个磁铁（2），并相应设置一个霍尔传感器（3）。
3.根据权利要求1所述的一种钢琴键盘动作检测装置，其特征是：所述霍尔传感器状态检测电路与钢琴琴键检测主控电路集成设置在电路板（4）上。
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