基于单片机的乐器智能演奏系统的制作方法

1.本发明属于自动演奏乐器的领域。


背景技术：

2.当前自动演奏系统设计多是单件乐器，要么软件系统设计复杂，有的还要使用计算机网络，要么机械结构原件成本高，过于笨重，或者过于简单无法满足实际需要，难以形成规模化生产。


技术实现要素：

3.本发明是通过微电脑如单片机编程、只使用极简单的电子电路、由电磁铁驱动设备提供动力，推动外围极少但设计巧妙的机械装置，驱动各种动物或人型玩偶完成肢体动作，以至表情动作、并使用内部存储符合教学标准的锣鼓打击乐谱、笛萧的吹奏乐谱等，自动演奏实际的各种打击乐器、键盘乐器、吹奏乐器等，能够完成大多数乐器的常用演奏技巧，声情并荗的自动完成演奏、伴奏。可以单乐器独奏，也可组队合奏。所述的通过单片机、电子电路，其特征在于可使用任何品牌类型的单片机芯片及其辅助电子电路，通过单片机开发编程，可以控制多个继电器，进而通过继电器控制大电流电磁驱动设备，完成肢体动作，进而进行对乐器的打击动作，按下动作，控制气体的输送和吹嘴的气息控制完成吹奏动作。
4.本系统可以识别语音：如开始，来一段，来一段某某某，行了停吧，太吵了，换一段，安静，真是太棒了，谢谢，语音警告：夜太深了天亮再玩吧，组队演奏时：小熊单独来一段，只敲鼓(其他的停下来)，一起来，等等，实现语音交互和控制。
5.所述的电磁驱动设备，可使用成本极低免于维护的推拉式或角度式动作的电磁铁，单片机运行时，存储的乐谱可以直接控制乐器的演奏动作，包括嘴部吹奏和四肢的演奏动作以及全身的肢体体态表情动作，表现真实乐器的演奏技巧，实现真实乐器的模拟真人的真实演奏。
6.本系统可以演奏大多数乐器，指的是通过敲击发声的各种打击乐器如鼓、锣、镲、木鱼、三角铁、铝板琴、大琴、风铃等国内外乐器；各种按下琴键进行演奏旋律的键盘乐器如风琴、电子琴等；各种吹奏乐器如笛子、萧、唢呐、萨克斯、葫芦丝等。
7.本系统的方法可以实现乐器的常用演奏技巧，比如：
8.打击乐器鼓：可以操作控制两支鼓棒敲击力度控制声音强弱，控制敲击鼓面的部位(如中心还是边缘或不同的位置)控制单色的变化，可以控制两支鼓棒敲击鼓邦和两支鼓棒高举互击实现鼓乐的花样变化；
9.吹奏乐器笛子：吹奏的技巧如吐音，是通过控制嘴型和舌的动作来实现；指法是通过驱动机构控制模拟人的手指，完成手指的动作如按下、抬起、左右滑动，实现不同音符的演奏，以及颤音、滑音、波音等技巧的实现。
10.本系统声情并荗，不但可以以真实乐器的演奏技法演奏真实乐器，发出动听的乐
器声音；还可以控制各种小动作或人形玩偶的肢体动作如弯腰侧弯腰点头摇头仰头，以及控制眼睛的眨动、眼角的下弯、眼眉、嘴角的动作来表现情绪；多乐器合奏时，组成乐队的几个小动物或人形演员之间可以进行互动。
11.系统内部存储了符合教学标准的锣鼓打击乐谱、笛萧的吹奏乐谱等，其特征是单片机或电路板独立存储芯片中嵌入的按照符合教学标准的包含专门乐器特殊演奏技法用编程的方法制做成计算机可以执行的程序代码，驱动外围设备对乐器进行仿真的演奏，可以用于乐器的单人自学或集体教学。
12.动力和机械结构设计方面，通过程序控制继电器给推拉式电磁铁通电或断电，实现手指按下、抬起、滑动，嘴唇的开合，舌的动作，眼睛、头、肢体的动作；通电时间的长短控制动作力度的强弱和持续时间。
13.通过一支推拉式电磁铁，可以通过简单的机械机构实现成对乐器的演奏，如双镲。
14.巧妙设计的一个机械关节点可以集成实现多个演奏动作，如鼓棒的左右转向和向上向下敲击鼓面鼓邦以及鼓棒抬起互敲这些花样表演每支鼓棒用3支推拉式电磁铁即可实现。
15.系统支架、电源、电路板、推拉式电磁铁，外围机械装置等全部安装在注塑底座、木质底座或金属底座上，因此底座也是机械机构的组成部分，因此本系统结构紧凑，生产效率高，成本低。
16.本系统演奏吹奏乐器，使用软质硅胶制做唇和舌，模仿人的嘴和舌，完成各种吹奏乐器的嘴和舌的动作。
附图说明
17.图1是敲锣的机械结构；
18.图2是打擦的机械结构；
19.图3是敲鼓的机械结构。
20.其中，各图标号的注解如下：
21.图1：1、安装锣锤的金属管，2、锣锤，3、环形金属或塑胶减震垫，4、金属传动杆，5、管形金属支柱，6、底座的上面，7、紧固螺丝母，8、传动杆，9、螺纹结构，10、底座上的螺丝孔盖，11、固定电磁铁的螺丝，12、推拉式电磁铁，13、金属锣支架，14、锣(乐器)，15、固定支架的螺丝；
22.图2：1、右手的镲，2、左手的镲，3、环形金属或塑胶减震垫，4、金属传动杆和乐器支架，5、管形金属支柱，6、底座的上面，7、紧固螺丝母，8、传动杆，9、螺纹结构，10、底座上的螺丝孔盖，11、固定电磁铁的螺丝，12、推拉式电磁铁，13、传动杆，14、铀，15、铀座，16、传动杆，；
23.图3：1、鼓棒动动的主轴承，2、鼓棒铀辅助支架，3、环形金属或塑胶减震垫，4、鼓棒主传动杆，5、管形金属支柱，6、底座的上面，7、紧固螺丝母，8、传动杆，9、螺纹结构，10、底座上的螺丝孔盖，11、固定电磁铁的螺丝，12、控制右鼓棒左右移动角度的推拉式电磁铁，13、控制左鼓棒左右移动角度的推拉式电磁铁，14、转动杆，15/16控制左和右鼓棒上下敲击动作的推拉式电磁铁，17/18、控制左和右鼓棒举起动作的推拉式电磁铁，19、用于控制鼓棒举起的铀承，20、鼓棒，21、转动杆，22、固定电磁铁的螺丝，23、底座中的竖向支承部分，24、辅
助鼓棒左右移动的导轨，25、鼓棒左右移动的导轨槽，26、开孔。
具体实施方式
24.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。
25.实施方式一：
26.如图所示：一组小动物(熊、猴、免)组成的鼓、锣、镲民乐打击乐队，包括：
27.控制装置：
28.电源：提供12v和5v直流电源，可采用220v交流供电，也可采用12v蓄电池供电。
29.电路板：主要是搭载单片机芯片、辅助电路，使用5v直流供电，在单片机的控制下，带动多个12v继电器，每个继电器驱动一个12v推拉式电磁铁。
30.c51单片机芯片：存储系统使用的软件，以及打击乐的乐谱，控制整个乐队的演奏。
31.机械机构，分别三件乐器的演奏表述：
32.鼓：共使用6个直流12v不同推力的推拉式电磁铁，每个鼓棒使用3个，分别控制每个鼓棒的向下敲击向上复位、左右移动、抬起回落，共由6个推拉式电磁铁完成鼓的花样演奏：鼓棒敲击鼓面中心到边缘的不同位置、敲鼓邦、鼓棒互敲，以及各动作力度和声音强弱的变化。
33.锣：本方案只使用一个12v适当推力的推拉式电磁铁配合鼓的演奏完成敲击动作，可以通过供电时长的控制进而控制敲锣力度的变化。在此基础上改变方案，可以实现锣的不同部位的敲击，以及增加止音的动作。止音的动作，即给持锣的左手加上一个夹持锣面边缘的动作，可通过在手的部位增加一个电磁铁和相应机构完成该操作。
34.镲：本方案只使用一个12v较大推力的推拉式电磁铁，通过两端的推和拉，分别通过转向和传动杆，完成对2个镲的相向撞击运动，从而以最简单的机构，最低的成本，完成镲的操持和演奏。通过程序控制改变电磁铁的通电时间，可以控制音量的强弱。镲的演奏是通过程序控制，按乐谱的设计配合鼓的演奏的。
35.如上三个小动物的手臂与整个机构最简单的方式，以细绳结合在一起，随着乐器的操作，手臂也一起动作，看上去，就是小动作在演奏，如上是最简单的方案。如果再按本专利说明，配上专门的肢体和表情动作，以及语音互动和控制，将更加活灵活现。
36.实施方式二：
37.单独鼓一件乐器的演奏，鼓是中国民族打击乐最重要的乐器，最简单的鼓的演奏只要有两支电磁铁即可推动，足以演奏几乎所有鼓的曲目，这样可进一步降低成本，更适合大批量产，对于弘扬民族文化和非物质文化遗产的传承将起到极大的推动作用。
38.实施方式三：
39.在城市公园草坪宾馆大厅等景观的地方，可置骑牛吹笛子的小牧童，本方案使用真实的乐器笛子配以如方案一所例的控制系统，使用本专利的吹奏装置进行吹奏动作，用8支电磁铁控制8根手指完成旋律演奏，其中6支用于左手3根和右手3根手指演奏音节和颤音滑音，剩余2支用于2个小指进行美感的协调动作，拇指配合整体手撑完成对乐器的夹持。本方案可以根据需要，还可以给牧童加上肢体和表情动作。
40.上述仅为本发明的较佳实施实例，但本发明并不限制于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以做出多种等同变形或替换，这些等同的变
形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。