[0001] 本发明涉及演奏采集系统技术领域，具体是指一种便于改造原声钢琴的智能采集演奏系统。

[0002] 现阶段存量市场上拥有3000万用户购买的钢琴都不带智能系统，随着中国经济的快速发展，改造、加装智能系统的需求日益倍增。

[0003] 在进行钢琴学习时没有智能系统辅助，学习起来难上加难，无法自己纠错，无老师在身边诊断与及时反馈、能力测评等。同时市面上的智能系统只针对特定钢琴，无法兼容不同型号的钢琴。

[0004] 现有智能系统存在以下的问题：

[0005] 1、采集不精准，采集的级数低，无法精准的反应用户按键的力度大小；

[0006] 2、成本高，安装难，传感距离短；

[0007] 3、琴键上需要贴东西，改变了原声琴键的结构；

[0008] 4、演奏系统还原度不够，弹奏力度固定死板，演奏的声音效果无法精准的还原用户弹奏效果；

[0009] 5、连续演奏的时间只能在2小时内，电磁铁和电路发热严重，需停机冷却；

[0010] 6、钢琴在不同环境中，音准都会产生不同变化，需要调律师重新调整后才能恢复正确的音准。

[0035] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

[0036] 结合附图1，所述按键模块包括中盘底板1和按键杠杆2，所述按键杠杆1上设有黑键3和白键4，所述中盘底板1上端面与黑键3和白键4位置对应处设有按键控制电路板5，所述按键控制电路板5上信号连接有光电传感器一6，所述中盘底板1下端面设有固定支架7，所述固定支架7上设有电磁铁8，所述电磁铁8的活塞杆穿过中盘底板1，所述电磁铁8的活塞杆位置与按键杠杆2的抬起点位对应，所述按键采集电路板5与主控PCB板信号连接。

[0037] 光电传感器一安装在钢琴琴键的下方，通过光电发射器发出一束光线，光线经过琴键的反射最终回到光电接受器里面，引起光电接收器的输出引脚的电平变化，同时主控PCB板上的CPU对光在发出到回到接收器里面的时间进行计时，通过物理公式s＝v*t计算出路程s光走的路程，v光速，t光从发射点到达接收点的时间。路程的1/2就是琴键到光电传感器一的距离。通过提高光电发射器的功率可以提高光电传感器一的检测距离。通过光电传感器一的编号获得是几号琴键被按下，通过检测琴键的距离变化来识别琴键的具体状态。在琴键按下的过程中，琴键距离光电传感器一的距离开始变短，CPU通过检测这个距离变化过程的时间计算出琴键按下的速度，然后通过物理公式求得用户按下琴键的力度。并在CPU内部对力度进行分级，理论上根据公式F＝s/t*t，s的取值范围受钢琴琴键活动的范围限制，t受用户按键速度不同时间不同，因此理论级数可以无穷多，为对应电磁铁的还原级数，因此把本产品的采集力度分为1000级。具体求得力度公式为：F＝ma＝m*(V‑V0)/(t‑t0)；V＝s/t；化其中F为力度，m为琴键质量，V琴键在t时刻运动的速度，V0是初始状态速度，t0初始时间,s为琴键运动路程，t琴键运动路程所需的时间。初始状态琴键禁止，因此V0＝0，T0＝0，设m＝1。公式化简后F＝s/(t*t)，因此通过光电传感器一采集出琴键运动的路程s琴键到光电传感器一的距离差值，与对应琴键运动所需的时间t，再通过CPU对数据处理计算得出用户按下琴键的力度采集记录。

[0038] 结合附图2，所述延音踏板模块包括延音踏板9和延音踏板控制电路板10，所述延音踏板控制电路板10与主控PCB板信号连接，所述延音踏板9的踏板杠杆下方设有光电传感器二11，所述光电传感器二11与延音踏板控制电路板10信号连接，所述延音踏板控制电路板10上设有电机12和减速机13，所述电机12的输出端与减速机13输出端连接，所述减速机13输出端上设有摇臂14，所述摇臂14位于延音踏板9的踏板杠杆一侧。

[0039] 在正常状态下延音踏板是弹起状态，此时延音踏板9的踏板杠杆距离光电传感器二的距离最远。但用户踩下延音踏板时，延音踏板9位置距离光电传感器二11的位置最近，CPU通过检测延音踏板9和光电传感器二11之间的距离和传感器编号来采集是否被踩下。

[0040] 结合附图3，按键控制电路板5和延音踏板控制电路板10把采集到的数据通过主控PCB板上的无线传输模块发给无线终端。无线终端内设有应用程序，通过分析硬件设备发送上来的数据，实现教学，纠错，评分目的。应用程序内设有乐曲，可演奏试听，用户在学习音符时，按下对应音符的琴键按键，应用程序会接收到硬件发上来采集对应琴键按下的数据。通过后台分析数据，可智能识别出用户是否按对琴键，按下的力度是否达标。并对此次按键做出初步判断，如果错误，应用程序会在页面提示按下错误，并自动提示正确的按键和力度大小，达到纠错目的。在演奏者弹完整首乐曲后，应用程序可根据后台在采集的数据，根据智能评分系统可以对演奏效果做出评分结果，并标出不足点以及改善方法。

[0041] 当无线终端通过发送踩下延音踏板9的指令的时候，电机12开始工作，使摇臂14旋转，摇臂14会把延音踏板9的踏板杠杆压到最下方。在下压的过程种光电传感器二11通过检测延音踏板9的踏板杠杆的距离，当达到设定的最小值时，控制电机12停止工作。电机12在停止工作状态下，摇臂14会受减速机13的减速齿轮的作用停在停止时的角度，此时延音踏板9会一直处于踩下效果。此时电路无需处于工作状态，所以踏板不会发热，相比现有电磁铁方案解决了发热和高成本的问题。在移动终端应用程序发送延音踏板9抬起指令时，电机12开始工作，使摇臂14反向旋转，延音踏板9开始缓慢上升，此时光电传感器二11距离延音踏板9的距离开始变远，当达到初始最远距离时，控制电机12停止工作，此时摇臂14刚好离开延音踏板9，使延音踏板9回到初始弹起状态。

[0042] 在正常状态下，电磁铁8的活塞杆是与琴键不接触状态。当移动终端下发按键弹起指令时，CPU会对对应的电磁铁8供电，且用PWM波形控制流过在关闭指令没有到达之前，系统中默认有个最长时效关闭时间10s，智能演奏系统在接受到无线终端的弹起命令时，会从数据中分析出键位，力度，和保持时间T多长关闭。在对电磁铁8上电的100ms内是用无线终端发下来的力度控制PWM输出电流，使钢琴在发声时是对应无线终端要求的力度。在100ms过后智能演奏系统会自动把电磁铁8的电流调低到20％此数据为实际琴键最轻保持不下落的力度保持琴键发声，保持的时间是无线终端通过无线设备发下来的时间T‑100ms，此方法操作可以很好的降低电磁铁8的工作功率，大大减少了电磁铁8的发热量，使电磁铁8可以持续工作保持温度不上升。因此本演奏系统可以长时间工作，无需停机冷却。在CPU计时时间到达指令时间后，智能演奏系统会自动关闭电磁铁8的供电使其停止工作，电池铁铁心在琴键重力和自身重力的作用下，会下落恢复到初始状态。

[0043] 所述主控PCB板上集成的温湿度传感器，可以对钢琴内部的温度、湿度进行监测。CPU对温度，湿度采集到数据后，主控PCB板上的无线传输模块发送到无线终端上，无线终端上的应用程序内设有调律助手页面，此页面会显示对应钢琴内的温度、湿度和使用频率。其中使用频率采集方法为，在钢琴使用按键采集实现方法和延音踏板采集方法时，CPU对所有按键按下的保持时间作为基数进行累加，并以毫秒为单位对累加的数据进行时间转换成天数和小时制。

[0044] 本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。