多传感器融合的管乐器教学系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多传感器融合的管乐器教学系统，包括控制模块、WIFI模块、信号采集模块、系统供电模块以及具有乐谱教学模块、互联网模块、乐谱播放模块、演奏教学模块的PC端；信号采集模块包括传感器模块和信号放大模块，传感器模块包括人体感应传感器和安装在竖笛下端管外侧的拾音器；控制模块采用Arduino UNO开发板；系统供电模块包括充电子模块、电源转换子模块和电源开关。本实用新型专利技术有利于学生更好的认识到自己的现有水平并不断改进，节约教师资源，减轻教师教学压力，提高了教学水平与效率，且应用范围广泛。本实用新型专利技术适用于音乐教学装置技术领域。

The teaching system of wind instrument based on multi-sensor fusion

【技术实现步骤摘要】
多传感器融合的管乐器教学系统
本技术属于音乐教学装置
，涉及乐器智能教学系统，具体涉及多传感器融合的管乐器教学系统。
技术介绍
现在的家长越来越注重孩子全方位的发展，在关注孩子学习成绩的同时，还希望孩子能够通过兴趣爱好的培养提升自身的竞争力，很多家长会选择让孩子学习一门乐器。目前市场上只有一些电子琴教学系统，或者是音乐听唱教学系统，没有管乐器的相关智能系统，而且现有的乐器教学系统在乐器上安装了一些薄膜压力传感器、拾音器等，但是乐器学习需要很多技巧及细节动作，仅仅通过检测按键的压力值和弹奏的音频数据对学生进行评价的评价系统不够完善，为了有利于学生更好的认识到自己现有的水平及进步的方向，市场上急需一种针对管乐器的教学评价系统。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种多传感器融合的管乐器教学系统，对现有的乐器教学系统在乐器上安装的传感器进行了改装，并且完善了评价系统，对学生的细节动作等数据信息进行采集评价，有利于学生更好的认识到自己现有的水平及进步的方向。本技术为实现上述目的，所采用的技术方案如下：多传感器融合的管乐器教学系统，包括控制模块、WIFI模块、信号采集模块、系统供电模块以及具有乐谱教学模块、互联网模块、乐谱播放模块、演奏教学模块的PC端；所述信号采集模块包括传感器模块和信号放大模块，所述传感器模块包括人体感应传感器和安装在竖笛下端管外侧的拾音器，所述人体感应传感器包括安装在管乐器按压孔洞处的导电铜箔和安装在管乐器下端管外侧的QM301IC芯片，导电铜箔与QM301IC芯片输入接口通过导线连接；所述拾音器包括迷你麦克风和LM358放大器，迷你麦克风通过导线与LM358放大器输入接口连接；所述控制模块采用ArduinoUNO开发板，开发板的信号输入接口通过导线与信号采集模块的信号输出接口连接，串行通信接口通过导线与采用乐鑫电子的ESP8266EX芯片的WIFI模块的接收接口连接；系统供电模块包括充电子模块、电源转换子模块和电源开关，充电子模块采用CN3052A芯片，电源转换子模块采用AS1117-5.0芯片和AS1117-3.3芯片。由于采用了上述的技术方案，本技术与现有技术相比，所取得的有益效果是：多传感器融合的管乐器教学系统的人体感应传感器采用最新一代电荷检测技术，利用操作者的手指与导电铜箔之间产生电荷电平来确定手指接近或者触摸到感应表面的位置和时间，可以对学生演奏的细节动作进行检测，且由于铜箔非常的薄，所以最大限度的保证了乐器原有的形态，不影响乐器发声；拾音器采用迷你麦克风、LM358放大器放大信号，最终将音频信号传出，保证了拾音器的体积足够小，不影响乐器发声。同时，PC端对信号采集模块采集的数据信息进行分析评价，有利于学生更好的认识到自己的现有水平并不断改进，节约教师资源，减轻教师教学压力，提高了教学水平与效率，且应用范围广泛。附图说明下面结合附图及具体实施例对本技术作更进一步详细说明。图1为本技术结构框图；图2为本技术人体感应传感器电路图；图3为本技术拾音器电路图；图4为本技术PC端模块结构框图。具体实施方式以下结合附图对本技术的实施例进行说明。应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和理解本技术，并不用于限定本技术。实施例多传感器融合的管乐器教学系统本实施例的结构框图如图1所示，多传感器融合的管乐器教学系统，包括控制模块、WIFI模块、信号采集模块、系统供电模块以及具有乐谱教学模块、互联网模块、乐谱播放模块、演奏教学模块的PC端。信号采集模块包括传感器模块和信号放大模块，传感器模块包括人体感应传感器和拾音器，人体感应传感器包括安装在管乐器按压孔洞处的导电铜箔和安装在管乐器下端管外侧的QM301IC芯片，导电铜箔与QM301IC芯片输入接口通过导线连接，电路图如图2所示，人体感应传感器采集的信号为高低电平所表示的数字信号，通过控制模块的数字信号输入接口将数字信号传入控制模块；拾音器包括迷你麦克风和LM358放大器，迷你麦克风通过导线与LM358放大器输入接口连接，电路图如图3所示，拾音器通过电路最前端的驻极体，将声音信号转化为电流电压不断变化的电信号，LM358放大器将电信号放大成为能够达到声音采集标准的模拟信号，模拟信号以极高的变化频率通过控制模块的模拟信号输入接口发送到控制模块。控制模块内部存在连接模拟信号输入接口的模数转换电路，它的功能就是模拟信号转化为数字信号，转化后的数字信号根据时间顺序排列存储后，就能够发送到PC端。控制模块采用ArduinoUNO开发板，开发板的信号输入接口通过导线与信号采集模块的信号输出接口连接，接收信号采集模块采集的数据信息，串行通信接口通过导线与WIFI模块的接收接口连接，向WIFI模块发送信号采集模块传送到控制模块的数据信息。WIFI模块采用乐鑫电子的ESP8266EX芯片，ESP8266EX芯片内置TensilicaL10632位微型控制器，具有超低功耗和16位RSIC，时钟速度最高可达160MHz。采用ESP8266EX芯片为核心的ESP-01模块自带封装完整的WIFI协议栈，目前WIFI协议栈只用了20%的MIPS，其他均可用于用户编程和开发，支持实时操作系统。系统供电模块包括充电子模块、电源转换子模块和电源开关，充电子模块通过CN3052A核心芯片及外围电路实现为锂电池充电；电源转换子模块将直流7.2V电池供电先经AS1117-5.0芯片转变为直流5V，然后经AS1117-3.3芯片转换为直流3.3V，为控制模块、WIFI模块、信号采集模块供电；电源开关，用于通断系统供电模块的供电。PC端上的各个模块结构框图如图4所示，乐谱教学模块包括白板操作模块和调节模块，白板操作模块用于建立白板库，白板库内构建功能图标与对应功能属性值之间的映射，所述功能图标显示在功能面板上，对编辑页面中的谱子进行编辑操作，所述编辑操作包括但不限于电子笔、橡皮擦、插入文件；调节模块用于构建五线谱表与管乐器按孔之间的相互映射，并调用白板操作模块中建立的白板库对教学页面进行标记、讲解，同时建立乐理库，乐理库内构建乐理图标与对应属性值之间的映射，乐理图标显示在乐理面板上，对虚拟按孔、音符的音调或音色进行调节；互联网模块用于进入互联网界面可以进行相关知识材料的搜索查询；演奏教学模块包括乐器选择模块、信号接收模块、曲谱生成模块、综合评价模块；信号接收模块用于接收控制模块通过串行通信接口与WIFI模块通信发送的数据信息；曲谱生成模块根据数据信息生成的先后顺序进行对应乐谱的生成，并在相隔两个音符之间标记其间隔的时间，然后将该乐谱存储为json文件，教师备课时可以预先将学生要学的曲目演奏一遍，通过演奏教学模块中的曲谱生成模块存储为标准版；综合评价模块包括操作评价、声音评价及综合评价，操作评价根据人体感应传感器采集的数据信息与标准版数据进行对比，给出评价，并且在曲谱中对学生动作不规范的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多传感器融合的管乐器教学系统，其特征在于：包括控制模块、WIFI模块、信号采集模块、系统供电模块以及具有乐谱教学模块、互联网模块、乐谱播放模块、演奏教学模块的PC端；/n所述信号采集模块包括传感器模块和信号放大模块，所述传感器模块包括人体感应传感器和安装在竖笛下端管外侧的拾音器，所述人体感应传感器包括安装在管乐器按压孔洞处的导电铜箔和安装在管乐器下端管外侧的QM301IC芯片，导电铜箔与QM301IC芯片输入接口通过导线连接；所述拾音器包括迷你麦克风和LM358放大器，迷你麦克风通过导线与LM358放大器输入接口连接；/n所述控制模块采用Arduino UNO开发板，开发板的信号输入接口通过导线与信号采集模块的信号输出接口连接，串行通信接口通过导线与采用乐鑫电子的ESP8266EX芯片的WIFI模块的接收接口连接；/n所述系统供电模块包括充电子模块、电源转换子模块和电源开关，充电子模块采用CN3052A芯片，电源转换子模块采用AS1117-5.0芯片和AS1117-3.3芯片。/n

【技术特征摘要】
1.多传感器融合的管乐器教学系统，其特征在于：包括控制模块、WIFI模块、信号采集模块、系统供电模块以及具有乐谱教学模块、互联网模块、乐谱播放模块、演奏教学模块的PC端；
所述信号采集模块包括传感器模块和信号放大模块，所述传感器模块包括人体感应传感器和安装在竖笛下端管外侧的拾音器，所述人体感应传感器包括安装在管乐器按压孔洞处的导电铜箔和安装在管乐器下端管外侧的QM301IC芯片，导电铜箔与QM301IC芯片输入接口通过导线连接；所述拾音器包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，
申请(专利权)人：青青子衿北京教育科技有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13