基于摩擦纳米发电机的自驱动电子琴及其制作方法技术

一种基于摩擦纳米发电机的自驱动电子琴及其制作方法，该自驱动电子琴包括：琴键区域，包含N个琴键，每个琴键为一摩擦纳米发电机，N≥7；电能管理存储模块，与所述琴键区域中的每个琴键电性连接，用于存储电能；传感信号采集处理模块，与所述琴键区域中的每个琴键电性连接，用于采集并处理传感信号；以及发音模块，用于根据处理后的传感信号所对应琴键的音频信号进行发音；其中，所述电能管理存储模块为所述传感信号采集处理模块及发音模块供电。实现了电子琴的自供电；对应的琴键的制作工艺简单，原材料价格便宜易得，可实现大规模工业化生产。

Self driving electronic organ based on friction nano generator and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
基于摩擦纳米发电机的自驱动电子琴及其制作方法
本公开属于自驱动电子器件
，涉及一种基于摩擦纳米发电机的自驱动电子琴及其制作方法。
技术介绍
电子琴因其音色广阔、便于携带、可以模仿多种乐器的声音以及学习成本较低等特点，广受用户喜爱，在现代音乐演奏中发挥着举足轻重的作用。但是目前市场上在售的电子琴都需要连接电源进行供电，不仅在便携性上大打折扣，也限制了电子琴的使用场景。现有技术中有研究提出了使用压电陶瓷片作为电源为电子琴供电，但是限于压电陶瓷片高昂的价格以及不稳定的输出，使得该方法难以推广及商业应用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动电子琴及其制作方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动电子琴，包括：琴键区域，包含N个琴键，每个琴键为一摩擦纳米发电机，N≥7；电能管理存储模块，与所述琴键区域中的每个琴键电性连接，用于存储电能；传感信号采集处理模块，与所述琴键区域中的每个琴键电性连接，用于采集并处理传感信号；以及发音模块，用于根据处理后的传感信号所对应琴键的音频信号进行发音；其中，所述电能管理存储模块为所述传感信号采集处理模块及发音模块供电。在本公开的一些实施例中，所述每个琴键在受到弹奏者的按压后，对应在该琴键上由摩擦纳米发电机兼作能量转换与传感信号输入单元，将机械能转换为电能，第一部分的电能被电能管理存储区域进行存储，第二部分的电能作为传感信号被传感信号采集处理模块进行采集并处理；可选的，所述第一部分为90％～95％，所述第二部分为5％～10％。在本公开的一些实施例中，所述摩擦纳米发电机为接触-分离模式或者为单电极模式。在本公开的一些实施例中，所述接触-分离模式的摩擦纳米发电机包含：两个上下间隔设置的摩擦层，二者的材料位于不同的摩擦电序列，这两个摩擦层之间可接触-分离；以及电极层，用于进行电学信号输出；所述单电极模式的摩擦纳米发电机包含：两个上下间隔设置的摩擦层，二者的材料位于不同的摩擦电序列，这两个摩擦层之间可接触-分离；以及电极层，该电极层接地；可选的，所述接触-分离模式的摩擦纳米发电机或所述单电极模式的摩擦纳米发电机中，两个摩擦层的材料分别为金属薄膜材料及有机物薄膜材料，或者为得失电子能力存在差异的两种介电材料。在本公开的一些实施例中，所述接触-分离模式的摩擦纳米发电机中，所述电极层作为两个摩擦层中的一个摩擦层；在上方的摩擦层之上还设置有接触面兼第一基底；在下方的摩擦层之下还设置有第二基底；在第一基底与第二基底之间连接有弹簧。在本公开的一些实施例中，所述电能管理存储模块包括：整流模块，用于将交流输出转换为直流输出；电能临时存储模块，用于将直流输出的部分电能进行临时存储；以及电能存储模块，用于将临时存储的电能进行存储；作为优选，所述整流模块为整流桥；作为优选，所述电能临时存储模块为电容器；作为优选，所述电能存储模块为锂离子电池。在本公开的一些实施例中，所述传感信号采集处理模块包括：电压比较器，用于将所述传感信号由模拟信号形式转换为数字信号；以及单片机，用于捕捉所述数字信号并判断所述数字信号所对应琴键，以及输出所对应琴键的音频信号至发音模块。在本公开的一些实施例中，所述自驱动电子琴具有改变音色的功能，所述改变音色的功能通过在所述单片机中编写不同音色对应的代码或函数来实现；可选的，所对应琴键的音频信号包含如下声音库中的一种：钢琴、鼓、锣以及古筝；可选的，所述发音模块为音响。在本公开的一些实施例中，自驱动电子琴，还包括：琴外壳，具有一平台，所述琴键区域设置于该平台上；可选的，所述琴外壳的材料包括如下材料的一种或几种：亚克力、酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、呋喃塑料、有机硅树脂以及丙烯基树脂。根据本公开的另一个方面，提供了一种基于自驱动电子琴的制作方法，包括：制作琴外壳，具有一平台；制作琴键区域，该琴键区域包含多个琴键，每个琴键为一摩擦纳米发电机；将所述琴键区域设置于所述琴外壳的平台上；组装电能管理存储模块，与所述琴键区域中的每个琴键电性连接；组装传感信号采集处理模块，与所述琴键区域中的每个琴键电性连接；以及集成发音模块。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的基于摩擦纳米发电机的自驱动电子琴及其制作方法，具有以下有益效果：1、通过将多个摩擦纳米发电机作为琴键区域的各个琴键，兼具电源供应以及传感信号输入端的功能，对应在使用者按压不同琴键对应的摩擦纳米发电机时，一方面由机械能转换后的电能中大部分在电能管理存储模块实现存储，为传感信号采集处理模块和发音模块提供电能；另一方面少部分电能转换为数字信号进行处理之后根据该信号对应的琴键发出对应的声音，实现了电子琴的自供电；对应的琴键的制作工艺简单，原材料价格便宜易得，可实现大规模工业化生产。2、该自驱动电子琴还具备改变音色的功能，通过在所述单片机中编写不同音色对应的代码或函数来实现改变音色的功能，在实现了自供电(自驱动)的同时还提高了该自驱动电子琴的趣味性。附图说明图1为根据本公开一实施例所示的基于摩擦纳米发电机的自驱动电子琴的3D立体结构示意图。图2为根据本公开一实施例所示的自驱动电子琴的电路结构示意图。图3为根据本公开一实施例所示的琴键区域的摩擦纳米发电机的结构示意图。图4为根据本公开一实施例所示的传感信号采集处理模块的等效电路图。图5为根据本公开一实施例所示的电能管理存储模块的等效电路图。【符号说明】1-琴外壳；2-琴键/摩擦纳米发电机；21-接触面兼第一基底；22-电极层；23-摩擦层；24-第二基底；3-电能管理存储模块；31-整流模块；32-电能临时存储模块；33-电能存储模块；4-传感信号采集处理模块；41-电压比较器；42-单片机；5-发音模块。具体实施方式自从摩擦纳米发电机和自驱动的概念在2012年被提出后，由于其可以高效的将人们点击或按压的机械能转换成电能，使得很多用电器和传感器得以摆脱电源的限制。并且摩擦纳米发电机制作简单，原材料便宜易得，使得其具有广阔的商业应用前景。然而，如何将摩擦纳米发电机与电子琴进行结合并且具有稳定的输出则是将摩擦纳米发电机技术应用至电子琴实现自驱动电子琴需要解决的技术问题。本公开提出了一种基于摩擦纳米发电机的自驱动电子琴及其制作方法，通过将多个摩擦纳米发电机作为琴键区域的各个琴键，兼具电源供应以及传感信号输入端的功能，该电子琴可以直接收集使用者在使用过程中敲击琴键的机械能，将其高效地转换成电能，作为电子琴电源的同时，还可以作为传感器控制电子琴的音色输出，对应在弹奏者按压不同琴键对应的摩擦纳米发电机时，一方面由机械能转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于摩擦纳米发电机的自驱动电子琴，其特征在于，包括：/n琴键区域，包含N个琴键，每个琴键为一摩擦纳米发电机，N≥7；/n电能管理存储模块，与所述琴键区域中的每个琴键电性连接，用于存储电能；/n传感信号采集处理模块，与所述琴键区域中的每个琴键电性连接，用于采集并处理传感信号；以及/n发音模块，用于根据处理后的传感信号所对应琴键的音频信号进行发音；/n其中，所述电能管理存储模块为所述传感信号采集处理模块及发音模块供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦纳米发电机的自驱动电子琴，其特征在于，包括：
琴键区域，包含N个琴键，每个琴键为一摩擦纳米发电机，N≥7；
电能管理存储模块，与所述琴键区域中的每个琴键电性连接，用于存储电能；
传感信号采集处理模块，与所述琴键区域中的每个琴键电性连接，用于采集并处理传感信号；以及
发音模块，用于根据处理后的传感信号所对应琴键的音频信号进行发音；
其中，所述电能管理存储模块为所述传感信号采集处理模块及发音模块供电。


2.根据权利要求1所述的自驱动电子琴，其特征在于，所述每个琴键在受到弹奏者的按压后，对应在该琴键上由摩擦纳米发电机兼作能量转换与传感信号输入单元，将机械能转换为电能，第一部分的电能被电能管理存储区域进行存储，第二部分的电能作为传感信号被传感信号采集处理模块进行采集并处理；
可选的，所述第一部分为90％～95％，所述第二部分为5％～10％。


3.根据权利要求1或2所述的自驱动电子琴，其特征在于，所述摩擦纳米发电机为接触-分离模式或者为单电极模式。


4.根据权利要求3所述的自驱动电子琴，其特征在于，
所述接触-分离模式的摩擦纳米发电机包含：两个上下间隔设置的摩擦层，二者的材料位于不同的摩擦电序列，这两个摩擦层之间可接触-分离；以及电极层，用于进行电学信号输出；
所述单电极模式的摩擦纳米发电机包含：两个上下间隔设置的摩擦层，二者的材料位于不同的摩擦电序列，这两个摩擦层之间可接触-分离；以及电极层，该电极层接地；
可选的，所述接触-分离模式的摩擦纳米发电机或所述单电极模式的摩擦纳米发电机中，两个摩擦层的材料分别为金属薄膜材料及有机物薄膜材料，或者为得失电子能力存在差异的两种介电材料。


5.根据权利要求4所述的自驱动电子琴，其特征在于，所述接触-分离模式的摩擦纳米发电机中，所述电极层作为两个摩擦层中的一个摩擦层；在上方的摩擦层之上还设置有接触面兼第一基底；在下方的摩擦层之下还设...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙其君，黄金荣，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11