本實(shí)用新型涉及一種鋼琴的檢測裝置。

背景技術(shù)：

隨著人民的生活水平的不斷提高，鋼琴教育在越來越多的家庭中流行起來，市場上出現(xiàn)很多的鋼琴教育輔助產(chǎn)品。幾乎所有的鋼琴教育輔助產(chǎn)品都需要提示用戶按鍵，以及檢測按鍵動作產(chǎn)生的音符是否為正確的音符。

按鍵動作檢測的方法有很多，如采用拾音器采集音頻然后分析音頻頻率從而識別音符，識別單音比較準(zhǔn)確，但在識別和弦音時(shí)準(zhǔn)確率較低；采用機(jī)械開關(guān)式觸碰按鍵，按鍵動作時(shí)帶動開關(guān)動作從而檢測按鍵動作，穩(wěn)定可靠，但是需要調(diào)節(jié)開關(guān)高度及設(shè)備高度，使用極其不方便；也可采用光電式開關(guān)，使用光電開關(guān)檢測按鍵和開關(guān)的距離，按鍵動作時(shí)光電開關(guān)輸出電壓變化，通過識別電壓的變化檢測按鍵的動作，但是每次設(shè)備放置到琴鍵上時(shí)，開關(guān)和琴鍵的距離都不一樣，以及光照條件的不同使得光電開關(guān)輸出電壓的初始值每次都不一樣，這樣就很難設(shè)定開關(guān)電壓的閾值，造成設(shè)備的誤觸發(fā)，使得音符識別的準(zhǔn)確率很低。

它們的不足之處在于：準(zhǔn)確率較低，不穩(wěn)定可靠，使用極其不方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種可同步檢測，準(zhǔn)確率較高，穩(wěn)定可靠，使用極其方便的鋼琴智能檢測裝置。

本實(shí)用新型主要包括有檢測信號采集器件、中控器件及LED智能燈帶。

中控板通過10p排線連接檢測電路板，用來傳輸電源及數(shù)據(jù)信號。中控板通過USB線連接檢測電路板，用來傳輸電源及LED驅(qū)動信號。檢測信號采集器件的電源、CPU的串口發(fā)送端TXDn(n:1-4)和串口接收端RXD通過10p排線分別連接到中控器件的電源、CPU的串口接收端RXDn(n:1-4)和串口發(fā)射端TXD。LED智能燈帶的電源、數(shù)據(jù)端RXD通過USB線連接到中控器件的電源、數(shù)據(jù)端TXD。

其中，檢測信號采集器件主要包括有檢測板、電源、四個(gè)CPU、四個(gè)紅外對管陣列和模擬選通器。檢測板通過螺栓固定在琴鍵的下部，用于采集琴鍵的狀態(tài)信息，并將琴鍵的狀態(tài)信息通過紅光電信號輸出。電源、CPU、模擬選通器及紅外對管陣列均設(shè)在檢測板上。

檢測信號采集器件的電源為現(xiàn)有技術(shù)，型號為LM2596-5.0開關(guān)式穩(wěn)壓芯片，LM2596系列是德州儀器(TI)生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，它內(nèi)包含固定頻率振蕩器(150kHz)和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器(1.23V)，并具有完善的保護(hù)電路、電流限制和熱關(guān)斷電路等等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中輸入電壓采用寬電壓設(shè)計(jì)，在6V-36V范圍內(nèi)都可以穩(wěn)定工作，相比于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓塊來說，該穩(wěn)壓芯片輸出效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)穩(wěn)壓芯片，散熱量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)穩(wěn)壓芯片，對于電源適配器的損傷更小，功耗更低，使用壽命大大延長。其中CP為退耦電容，使得輸入電壓紋波更小，電壓更穩(wěn)定。U3為LM2596-5.0，降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，最大輸出電流3A。L1為續(xù)流電感，電感值為33uH。D1為續(xù)流二極管，采用快速恢復(fù)的SS14二極管。C4、C5、C6、C7、C8、C9為退耦電容，使得輸出的5V電壓更穩(wěn)定，噪聲更小，為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。

檢測信號采集器件的CPU為現(xiàn)有技術(shù)，型號為STM8S207C8T6，生產(chǎn)廠家為意法半導(dǎo)體公司，其具有高達(dá)24MHz的主頻，64KB高容量的程序存儲空間、6KB的程序運(yùn)行空間和1.5KB的電可擦除只讀存儲器，豐富的接口資源包括10路10位的高精度ADC、2路USART接口、1路I2C接口、35路可編程中斷輸入等。LQFP封裝體積僅為7mm*7mm。其中，U1為STM8S207C8T6，R1(10k歐)與C2(0.01uF)構(gòu)成了CPU的復(fù)位電路，接U1的1腳，C1(10uF)為CPU內(nèi)核的電壓的退耦電容，保證內(nèi)核工作穩(wěn)定。由于CPU只有10路ADC模擬采集，而一組檢測需要22路ADC模擬采集，為了節(jié)省芯片資源，采用了模擬選通的方法來實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)方法：用3片8選1模擬選通器(CD4051)輪詢采集，只用3路ADC就能采集3*8＝24路(其中2路沒有用到)的模擬電壓，大大節(jié)省了芯片資源。電路中AD1、AD2、AD3為3路模擬采集通道，ADD1、ADD2、ADD3為模擬選通器的地址端，通過高低電平組合出000、001、010、011、100、101、110、111共8種不同的地址以達(dá)到8選1的選通作用。

模擬選通器是8通道模擬選通器CD4051，RU1-RU22為紅外對管的接收管上拉電阻，阻值為10kR，AIN1-AIN22為紅外對管的接收管模擬電壓輸出端，接到CD4051的模擬輸入端。AD1、AD2、AD3為模擬選通的公共輸出端，接到單片機(jī)的模擬采集通道，ADD1、ADD2、ADD3為模擬選通器的地址端，地址信號由CPU產(chǎn)生。

每個(gè)紅外對管陣列包括22組紅外對管，其中F1-F22為紅外對管，每組紅外對管由一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管組成，并封裝為一體的電子元件，其中RS1為限流電阻，阻值為47R。5V電源經(jīng)過47R限流電阻驅(qū)動22個(gè)紅外發(fā)射管。紅外二極管正向電壓約為1.7V，則電阻兩端電壓約為5V-1.7V＝3.3V，經(jīng)過限流電阻的電流約為I＝Ur/RS 1＝3.3V/47R＝70mA，則每個(gè)紅外發(fā)射管的工作電流約為70mA/22＝3.2mA，AIN1-AIN22為紅外接收管的模擬電壓輸出端。

紅外接收管的模擬電壓輸出端與模擬選通器的電壓輸入端相連接。中控板與四塊檢測板由10p排線連接，其中三路為電源負(fù)極GND，兩路為電源正極12V，四路TXD1-TXD4，一路RXD。其中12V電源進(jìn)入至檢測板經(jīng)過開關(guān)型穩(wěn)壓芯片LM2596-5.0轉(zhuǎn)成5.0V電壓為整個(gè)檢測板系統(tǒng)供電，每個(gè)檢測板共計(jì)22個(gè)紅外對射管，其中所有的發(fā)射管并聯(lián)連接，通過串聯(lián)一個(gè)47R的電阻限流接入5V電壓中以驅(qū)動所有發(fā)射管處于工作狀態(tài)。所有接收管分別上拉10k歐姆電阻信號輸出端分8、8、6三組接入模擬選通器CD4051中，三片CD4051的公共端分別接入CPU(STM8S207C8T6)的ADC1、ADC2、ADC3，三片CD4051的三位地址碼并連接入CPU的IO口ADDR0、ADDR1、ADDR2。

中控器件主要包括電源、CPU、藍(lán)牙、蜂鳴器、USB MIDI輸出芯片和指示系統(tǒng)驅(qū)動接口。

中控器件的電源為現(xiàn)有技術(shù)，采用LM2596-5.0開關(guān)式穩(wěn)壓芯片，LM2596系列是德州儀器(TI)生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，它內(nèi)含固定頻率振蕩器(150kHz)和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器(1.23V)，并具有完善的保護(hù)電路、電流限制、熱關(guān)斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。輸入電壓采用寬電壓設(shè)計(jì)，在6V-36V范圍內(nèi)都可以穩(wěn)定工作，相比于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓塊來說，該穩(wěn)壓芯片輸出效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)穩(wěn)壓芯片，散熱量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)穩(wěn)壓芯片，對于電源適配器的損傷更小，功耗更低，使用壽命大大延長。其中CP為退耦電容，使得輸入電壓紋波更小，電壓更穩(wěn)定。UQ5為LM2596-5.0，降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，最大輸出電流3A。LQ1為續(xù)流電感，電感值為33uH。DP為續(xù)流二極管，采用快速恢復(fù)的SS14二極管。CQ4、CQ5、CQ6為退耦電容，使得輸出的5V電壓更穩(wěn)定，噪聲更小，為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。5V轉(zhuǎn)3.3V采用開關(guān)型穩(wěn)壓芯片RT9167A,其中UQ8為穩(wěn)壓芯片RT9167A，其作用是將5V輸入電壓轉(zhuǎn)化為3.3V穩(wěn)定電壓，為CPU提供電源。其中CB3、CB4、CB5為0.1uF的電容，濾除3.3V電源的高頻噪聲，CQ7為220uF的電解電容，使得3.3V輸出更穩(wěn)定。CB2為0.1uF的電容，為芯片的bypass電容。

中控器件的CPU為現(xiàn)有技術(shù)，型號是STM32F103VCT6,生產(chǎn)廠家是意法半導(dǎo)體，其具有256KB ROM，64KB RAM，高達(dá)72MHz的主頻，豐富的外設(shè)接口。UQ1為CPU芯片STM32F103VCT6。其中，CQ1(22pF)、CQ2(22pF)、RQ3(1MR)和晶振XQ1(8MHz)組成了振蕩電路，為CPU提供精準(zhǔn)的8.000Mhz的基準(zhǔn)頻率。CQ3(0.01pF)、RQ2(10kR)構(gòu)成CPU的復(fù)位電路。RQ1(10kR)接地是為了讓CPU在內(nèi)部ROM啟動。U2RX、U3RX、U4RX、U5RX為CPU串口2、串口3、串口4、串口5的接收端，用來采集檢測板的數(shù)據(jù)。U1TX和U1RX分別為串口1的發(fā)送端和接收端，接藍(lán)牙的接收端和發(fā)送端。K1為外部按鍵，用來進(jìn)行人機(jī)交互，當(dāng)按下此按鍵時(shí)串口2的發(fā)送端U2TX向檢測板發(fā)出校準(zhǔn)信號，此按鍵經(jīng)過上拉電阻RK(10kR)接UQ1的67腳，當(dāng)按鍵無動作時(shí)此引腳為高電平，按下時(shí)為低電平。LED1、LED2為指示燈，限流電阻RD1、RD2均為1kR。

BEEP為蜂鳴器，蜂鳴器采用有源蜂鳴器，其正極連接至5V電源上，負(fù)極接三極管8050的集電極，三極管8050的射極接地，51腳輸出高低電平經(jīng)過8050三極管QB控制蜂鳴器BEEP，當(dāng)51腳輸出高電平時(shí)，三極管完全導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出響聲，51腳輸出低電平時(shí)，三極管完全截止，蜂鳴器停止工作。

藍(lán)牙芯片采用TI的CC2540芯片，CC2540是一個(gè)超低消耗功率的真正系統(tǒng)單晶片，它整合了包含微控制器、主機(jī)端及應(yīng)用程序在一個(gè)元件上。CC2540結(jié)合一個(gè)優(yōu)異的無線射頻傳送接收器及一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的加強(qiáng)型8051微控制器，它包括連接類比及數(shù)位感應(yīng)器的周邊，內(nèi)建可程式的快閃記憶體，精確的無線射頻訊號強(qiáng)度指示，全速USB 2.0界面，內(nèi)建AES-128加密引擎。本設(shè)計(jì)中通過CC2540完成串口透傳的功能。其中U1為藍(lán)牙芯片CC2540。16、17腳分別為藍(lán)牙芯片串口的發(fā)送端、接收端，這兩個(gè)引腳分別連接到CPU串口的接收端(U1RX)、發(fā)射端(U1TX)，與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。C2、C3、C4、C5、C6、L1、L2、L3、L4構(gòu)成了藍(lán)牙射頻部分的濾波和阻抗匹配電路，阻抗為50歐姆，ANT為50歐姆天線，本設(shè)計(jì)中采用”F”PCB天線。X1為16M無源晶振，與起振電容C7、C8構(gòu)成了振蕩源，為藍(lán)牙芯片提供精準(zhǔn)的16MHz頻率。

USB MIDI輸出芯片采用的是CH345，其中UQ5為CH345，USBVCC、USBGND分別為來自USB口的電源線和地線。X1為12MHZ的無源晶振，與起振電容CC1、CC2構(gòu)成振蕩電路，為芯片工作提供12MHz穩(wěn)定頻率。D+、D-為USB接口的差分?jǐn)?shù)據(jù)線，接外接USB口。

優(yōu)選地，為了避免主控USB在熱插拔情況下對智能設(shè)備的損壞，采用光隔離的方式進(jìn)行保護(hù)，其中UQ2為光電隔離芯片，信號為6N137，其為一個(gè)高速光耦，主控CPU把采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的MIDI協(xié)議，通過CPU的47腳發(fā)送至光耦的3腳(U3TX)，信號經(jīng)過光耦內(nèi)部處理輸出至MIDIRX，CH345芯片的MIDIRX接收到數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)化為USB數(shù)據(jù)，通過D+、D-接外接USB口，這樣數(shù)據(jù)流就可以上傳到智能設(shè)備上與相應(yīng)的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

指示系統(tǒng)驅(qū)動接口采用的是單向TTL串口方式，將檢測板采集的數(shù)據(jù)處理后以串口的形式輸出至指示接口。UQ6、UQ7為74HC04D，其為六反向器，其作用為當(dāng)信號經(jīng)過兩次反向器邏輯信號不變，而抗干擾能力大大增強(qiáng)，可有效避免信號在從傳輸過程中由于干擾而引起的誤碼情況。其中TXD1、TXD2、TXD3、TXD4為檢測板的4組數(shù)據(jù)上傳通道，經(jīng)過兩次反向經(jīng)由保護(hù)電阻RU1、RU2、RU3、RU4傳輸至單片機(jī)的串口接收U2RX、U3RX、U4RX、U5RX，指示信號由中控器件的CPU的串口發(fā)送端U2TX經(jīng)過兩次反向輸出至檢測板的接收端RXD。

藍(lán)牙芯片串口的發(fā)送端、接收端分別連接到中控器件的CPU串口的接收端(U1RX)、發(fā)射端(U1TX)，與中控器件的CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)輸入電壓為12V，經(jīng)過中控板的開關(guān)型穩(wěn)壓芯片LM2596-5.0降壓穩(wěn)壓至5.0V，為led燈帶和UQ6、UQ7供電，5.0V再經(jīng)開關(guān)型穩(wěn)壓芯片RT9167-3.3穩(wěn)壓至3.3V為CPU(STM32F103VCT6)、藍(lán)牙(CC2540)提供電源。其中檢測板的四路數(shù)據(jù)信號經(jīng)過兩次反向接入CPU的U2RX、U3RX、U4RX、U5RX。藍(lán)牙IC通過串口與CPU通信，CPU通過串口光耦隔離連接USB MIDI芯片(CH345)，以實(shí)現(xiàn)外部USB數(shù)據(jù)交互接口。CPU的IO口控制三極管基極電流的有無進(jìn)而控制蜂鳴器的通斷。LED燈帶通過USB連接線與中控板進(jìn)行連接，中控板為LED燈帶提供電源與信號。

LED智能燈帶機(jī)構(gòu)包括四組LED智能燈帶，每組智能燈帶包括燈帶板、22個(gè)LED和2個(gè)CPU，每個(gè)CPU驅(qū)動11個(gè)LED，LED和CPU設(shè)在燈帶板上。

LED智能燈帶的CPU為現(xiàn)有技術(shù)，型號為STM8S003F3P6，生產(chǎn)廠家為意法半導(dǎo)體，其具有高達(dá)16MHz的主頻，8KB ROM，1KB RAM。這里主要利用其IO口驅(qū)動LED。U1為STM8S003F3P6，RA、CA1構(gòu)成CPU的復(fù)位電路，DATA為CPU串口的接收端，用以接收指示燈狀態(tài)的數(shù)據(jù)。LED1-LED11分別接11個(gè)LED，用來驅(qū)動LED燈的點(diǎn)亮或熄滅。

本實(shí)用新型在使用時(shí)，在檢測板、中控板、燈帶安裝完畢后，插上電源適配器按下電源按鈕。初次使用時(shí)按下中控板按鍵，聽到蜂鳴器“滴”響一聲后將所有鋼琴鍵按下一遍，所有鋼琴鍵復(fù)位后再按一次中控板按鍵，聽到蜂鳴器“滴滴”響兩聲后即可正常使用。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：可同步檢測，準(zhǔn)確率較高，穩(wěn)定可靠，使用極其方便。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的立體示意簡圖；

圖2為本實(shí)用新型的檢測信號采集器件的電源的工作原理圖；

圖3為本實(shí)用新型的檢測信號采集器件的CPU的工作原理圖；

圖4為本實(shí)用新型的檢測信號采集器件的紅外對管陣列的工作原理圖；

圖5為本實(shí)用新型的檢測信號采集器件的模擬選通器的工作原理圖；

圖6為本實(shí)用新型的中控器件的電源的工作原理圖；

圖7為本實(shí)用新型的中控器件的CPU的工作原理圖；

圖8為本實(shí)用新型的中控器件的USB MIDI輸出的工作原理圖；

圖9為本實(shí)用新型的中控器件的指示系統(tǒng)驅(qū)動接口的工作原理圖；

圖10為本實(shí)用新型的中控器件的藍(lán)牙芯片的工作原理圖；

圖11為本實(shí)用新型的LED智能燈帶機(jī)構(gòu)中一組LED智能燈帶的工作原理圖；

圖12為本實(shí)用新型的LED智能燈帶機(jī)構(gòu)中一個(gè)CPU驅(qū)動11個(gè)LED的工作原理圖。

具體實(shí)施方式

在圖1所示的本實(shí)用新型的示意簡圖中，本實(shí)用新型主要包括有檢測信號采集器件1、中控器件2及LED智能燈帶3。

中控板通過10p排線連接檢測電路板，用來傳輸電源及數(shù)據(jù)信號。中控板通過USB線連接檢測電路板，用來傳輸電源及LED驅(qū)動信號。檢測信號采集器件的電源、CPU的串口發(fā)送端TXDn(n:1-4)和串口接收端RXD通過10p排線分別連接到中控器件的電源、CPU的串口接收端RXDn(n:1-4)和串口發(fā)射端TXD。LED智能燈帶的電源、數(shù)據(jù)端RXD通過USB線連接到中控器件的電源、數(shù)據(jù)端TXD。

在圖2、圖3、圖4和圖5所示的本實(shí)用新型的示意簡圖中，檢測信號采集器件主要包括有電源、四個(gè)CPU、四個(gè)紅外對管陣列和模擬選通器，均設(shè)在檢測板上。檢測板通過螺栓固定在琴鍵的下部，用于采集琴鍵的狀態(tài)信息，并將琴鍵的狀態(tài)信息通過紅光電信號輸出。

檢測信號采集器件的電源為現(xiàn)有技術(shù)，型號為LM2596-5.0開關(guān)式穩(wěn)壓芯片，LM2596系列是德州儀器(TI)生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，它內(nèi)包含固定頻率振蕩器(150kHz)和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器(1.23V)，并具有完善的保護(hù)電路、電流限制和熱關(guān)斷電路等等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中輸入電壓采用寬電壓設(shè)計(jì)，在6V-36V范圍內(nèi)都可以穩(wěn)定工作，相比于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓塊來說，該穩(wěn)壓芯片輸出效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)穩(wěn)壓芯片，散熱量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)穩(wěn)壓芯片，對于電源適配器的損傷更小，功耗更低，使用壽命大大延長。其中CP為退耦電容，使得輸入電壓紋波更小，電壓更穩(wěn)定。U3為LM2596-5.0，降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，最大輸出電流3A。L1為續(xù)流電感，電感值為33uH。D1為續(xù)流二極管，采用快速恢復(fù)的SS14二極管。C4、C5、C6、C7、C8、C9為退耦電容，使得輸出的5V電壓更穩(wěn)定，噪聲更小，為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。

檢測信號采集器件的CPU為現(xiàn)有技術(shù)，型號為STM8S207C8T6，生產(chǎn)廠家為意法半導(dǎo)體公司，其具有高達(dá)24MHz的主頻，64KB高容量的程序存儲空間、6KB的程序運(yùn)行空間和1.5KB的電可擦除只讀存儲器，豐富的接口資源包括10路10位的高精度ADC、2路USART接口、1路I2C接口、35路可編程中斷輸入等。LQFP封裝體積僅為7mm*7mm。其中，U1為STM8S207C8T6，R1(10kR)與C2(0.01uF)構(gòu)成了CPU的復(fù)位電路，接U1的1腳，C1(10uF)為CPU內(nèi)核的電壓的退耦電容，保證內(nèi)核工作穩(wěn)定。由于CPU只有10路ADC模擬采集，而一組檢測需要22路ADC模擬采集，為了節(jié)省芯片資源，采用了模擬選通的方法來實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)方法：用3片8選1模擬選通器(CD4051)輪詢采集，只用3路ADC就能采集3*8＝24路(其中2路沒有用到)的模擬電壓，大大節(jié)省了芯片資源。電路中AD1、AD2、AD3為3路模擬采集通道，ADD1、ADD2、ADD3為模擬選通器的地址端，通過高低電平組合出000、001、010、011、100、101、110、111共8種不同的地址以達(dá)到8選1的選通作用。

U4U5U6為8通道模擬選通器CD4051，RU1-RU22為紅外對管的接收管上拉電阻，阻值為10kR，AIN1-AIN22為紅外對管的接收管模擬電壓輸出端，接到CD4051的模擬輸入端。AD1、AD2、AD3為模擬選通的公共輸出端，接到單片機(jī)的模擬采集通道，ADD1、ADD2、ADD3為模擬選通器的地址端，地址信號由CPU產(chǎn)生。

每個(gè)紅外對管陣列包括22組紅外對管，其中F1-F22為紅外對管，每組紅外對管由一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管組成，并封裝為一體的電子元件，其中RS1為限流電阻，阻值為47R。5V電源經(jīng)過47R限流電阻驅(qū)動22個(gè)紅外發(fā)射管。紅外二極管正向電壓約為1.7V，則電阻兩端電壓約為5V-1.7V＝3.3V，經(jīng)過限流電阻的電流約為I＝Ur/RS1＝3.3V/47R＝70mA，則每個(gè)紅外發(fā)射管的工作電流約為70mA/22＝3.2mA，AIN1-AIN22為紅外接收管的模擬電壓輸出端。

紅外接收管的模擬電壓輸出端與模擬選通器的電壓輸入端相連接。中控板與四塊檢測板由10p排線連接，其中三路為電源負(fù)極GND，兩路為電源正極12V，四路TXD1-TXD4，一路RXD.其中12V電源進(jìn)入至檢測板經(jīng)過開關(guān)型穩(wěn)壓芯片LM2596-5.0轉(zhuǎn)成5.0V電壓為整個(gè)檢測板系統(tǒng)供電，每個(gè)檢測板共計(jì)22個(gè)紅外對射管，其中所有的發(fā)射管并聯(lián)連接，通過串聯(lián)一個(gè)47R的電阻限流接入5V電壓中以驅(qū)動所有發(fā)射管處于工作狀態(tài)。所有接收管分別上拉10kR電阻信號輸出端分8、8、6三組接入模擬選通器CD4051中，三片CD4051的公共端分別接入CPU(STM8S207C8T6)的ADC1、ADC2、ADC3，三片CD4051的三位地址碼并連接入CPU的IO口ADDR0、ADDR1、ADDR2。

在圖6、圖7、圖8、圖9和圖10所示的本實(shí)用新型的示意簡圖中，中控器件主要包括電源、CPU、藍(lán)牙、蜂鳴器、USB MIDI輸出芯片和指示系統(tǒng)驅(qū)動接口。

中控器件的電源為現(xiàn)有技術(shù)，采用LM2596-5.0開關(guān)式穩(wěn)壓芯片，LM2596系列是德州儀器(TI)生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，它內(nèi)含固定頻率振蕩器(150kHz)和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器(1.23V)，并具有完善的保護(hù)電路、電流限制、熱關(guān)斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。輸入電壓采用寬電壓設(shè)計(jì)，在6V-36V范圍內(nèi)都可以穩(wěn)定工作，相比于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓塊來說，該穩(wěn)壓芯片輸出效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)穩(wěn)壓芯片，散熱量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)穩(wěn)壓芯片，對于電源適配器的損傷更小，功耗更低，使用壽命大大延長。其中CP為退耦電容，使得輸入電壓紋波更小，電壓更穩(wěn)定。UQ5為LM2596-5.0，降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，最大輸出電流3A。LQ1為續(xù)流電感，電感值為33uH。DP為續(xù)流二極管，采用快速恢復(fù)的SS14二極管。CQ4、CQ5、CQ6為退耦電容，使得輸出的5V電壓更穩(wěn)定，噪聲更小，為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。5V轉(zhuǎn)3.3V采用開關(guān)型穩(wěn)壓芯片RT9167A,其中UQ8為穩(wěn)壓芯片RT9167A，其作用是將5V輸入電壓轉(zhuǎn)化為3.3V穩(wěn)定電壓，為CPU提供電源。其中CB3、CB4、CB5為0.1uF的電容，濾除3.3V電源的高頻噪聲，CQ7為220uF的電解電容，使得3.3V輸出更穩(wěn)定。CB2為0.1uF的電容，為芯片的bypass電容。

中控器件的CPU為現(xiàn)有技術(shù)，型號是STM32F103VCT6,生產(chǎn)廠家是意法半導(dǎo)體，其具有256KB ROM，64KB RAM，高達(dá)72MHz的主頻，豐富的外設(shè)接口。UQ1為CPU芯片STM32F103VCT6。其中，CQ1(22pF)、CQ2(22pF)、RQ3(1MR)和晶振XQ1(8MHz)組成了振蕩電路，為CPU提供精準(zhǔn)的8.000Mhz的基準(zhǔn)頻率。CQ3(0.01pF)、RQ2(10kR)構(gòu)成CPU的復(fù)位電路。RQ1(10kR)接地是為了讓CPU在內(nèi)部ROM啟動。U2RX、U3RX、U4RX、U5RX為CPU串口2、串口3、串口4、串口5的接收端，用來采集檢測板的數(shù)據(jù)。U1TX和U1RX分別為串口1的發(fā)送端和接收端，接藍(lán)牙的接收端和發(fā)送端。K1為外部按鍵，用來進(jìn)行人機(jī)交互，當(dāng)按下此按鍵時(shí)串口2的發(fā)送端U2TX向檢測板發(fā)出校準(zhǔn)信號，此按鍵經(jīng)過上拉電阻RK(10kR)接UQ1的67腳，當(dāng)按鍵無動作時(shí)此引腳為高電平，按下時(shí)為低電平。LED1、LED2為指示燈，限流電阻RD1、RD2均為1kR。

BEEP為蜂鳴器，蜂鳴器采用有源蜂鳴器，其正極連接至5V電源上，負(fù)極接三極管8050的集電極，三極管8050的射極接地，51腳輸出高低電平經(jīng)過8050三極管QB控制蜂鳴器BEEP，當(dāng)51腳輸出高電平時(shí)，三極管完全導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出響聲，51腳輸出低電平時(shí)，三極管完全截止，蜂鳴器停止工作。

藍(lán)牙芯片采用TI的CC2540芯片，CC2540是一個(gè)超低消耗功率的真正系統(tǒng)單晶片，它整合了包含微控制器、主機(jī)端及應(yīng)用程序在一個(gè)元件上。CC2540結(jié)合一個(gè)優(yōu)異的無線射頻傳送接收器及一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的加強(qiáng)型8051微控制器，它包括連接類比及數(shù)位感應(yīng)器的周邊，內(nèi)建可程式的快閃記憶體，精確的無線射頻訊號強(qiáng)度指示，全速USB 2.0界面，內(nèi)建AES-128加密引擎。本設(shè)計(jì)中通過CC2540完成串口透傳的功能。其中U1為藍(lán)牙芯片CC2540。16、17腳分別為藍(lán)牙芯片串口的發(fā)送端、接收端，這兩個(gè)引腳分別連接到CPU串口的接收端(U1RX)、發(fā)射端(U1TX)，與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。C2、C3、C4、C5、C6、L1、L2、L3、L4構(gòu)成了藍(lán)牙射頻部分的濾波和阻抗匹配電路，阻抗為50歐姆，ANT為50歐姆天線，本設(shè)計(jì)中采用”F”PCB天線。X1為16M無源晶振，與起振電容C7、C8構(gòu)成了振蕩源，為藍(lán)牙芯片提供精準(zhǔn)的16MHz頻率。

USB MIDI輸出芯片采用的是CH345，其中UQ5為CH345，USBVCC、USBGND分別為來自USB口的電源線和地線。X1為12MHZ的無源晶振，與起振電容CC1、CC2構(gòu)成振蕩電路，為芯片工作提供12MHz穩(wěn)定頻率。D+、D-為USB接口的差分?jǐn)?shù)據(jù)線，接外接USB口。

為了避免主控USB在熱插拔情況下對智能設(shè)備的損壞，采用光隔離的方式進(jìn)行保護(hù)，其中UQ2為光電隔離芯片，信號為6N137，其為一個(gè)高速光耦，主控CPU把采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的MIDI協(xié)議，通過CPU的47腳發(fā)送至光耦的3腳(U3TX)，信號經(jīng)過光耦內(nèi)部處理輸出至MIDIRX，CH345芯片的MIDIRX接收到數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)化為USB數(shù)據(jù)，通過D+、D-接外接USB口，這樣數(shù)據(jù)流就可以上傳到智能設(shè)備上與相應(yīng)的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

指示系統(tǒng)驅(qū)動接口采用的是單向TTL串口方式，將檢測板采集的數(shù)據(jù)處理后以串口的形式輸出至指示接口。UQ6、UQ7為74HC04D，其為六反向器，其作用為當(dāng)信號經(jīng)過兩次反向器邏輯信號不變，而抗干擾能力大大增強(qiáng)，可有效避免信號在從傳輸過程中由于干擾而引起的誤碼情況。其中TXD1、TXD2、TXD3、TXD4為檢測板的4組數(shù)據(jù)上傳通道，經(jīng)過兩次反向經(jīng)由保護(hù)電阻RU1、RU2、RU3、RU4傳輸至單片機(jī)的串口接收U2RX、U3RX、U4RX、U5RX，指示信號由中控器件的CPU的串口發(fā)送端U2TX經(jīng)過兩次反向輸出至檢測板的接收端RXD。

藍(lán)牙芯片串口的發(fā)送端、接收端分別連接到中控器件的CPU串口的接收端(U1RX)、發(fā)射端(U1TX)，與中控器件的CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)輸入電壓為12V，經(jīng)過中控板的開關(guān)型穩(wěn)壓芯片LM2596-5.0降壓穩(wěn)壓至5.0V，為led燈帶和UQ6、UQ7供電，5.0V再經(jīng)開關(guān)型穩(wěn)壓芯片RT9167-3.3穩(wěn)壓至3.3V為CPU(STM32F103VCT6)、藍(lán)牙(CC2540)提供電源。其中檢測板的四路數(shù)據(jù)信號經(jīng)過兩次反向接入CPU的U2RX、U3RX、U4RX、U5RX。藍(lán)牙IC通過串口與CPU通信，CPU通過串口光耦隔離連接USB MIDI芯片(CH345)，以實(shí)現(xiàn)外部USB數(shù)據(jù)交互接口。CPU的IO口控制三極管基極電流的有無進(jìn)而控制蜂鳴器的通斷。LED燈帶通過USB連接線與中控板進(jìn)行連接，中控板為LED燈帶提供電源與信號。

在圖11和圖12所示的本實(shí)用新型的示意簡圖中，LED智能燈帶機(jī)構(gòu)包括四組LED智能燈帶，每組智能燈帶包括燈帶板、22個(gè)LED和2個(gè)CPU，每個(gè)CPU驅(qū)動11個(gè)LED，LED和CPU設(shè)在燈帶板上。

LED智能燈帶的CPU為現(xiàn)有技術(shù)，型號為STM8S003F3P6，生產(chǎn)廠家為意法半導(dǎo)體，其具有高達(dá)16MHz的主頻，8kB ROM，1KB RAM。這里主要利用其IO口驅(qū)動LED。U1為STM8S003F3P6，RA CA1構(gòu)成CPU的復(fù)位電路，DATA為CPU串口的接收端，用以接收指示燈狀態(tài)的數(shù)據(jù)。LED1-LED11分別接11個(gè)LED，用來驅(qū)動LED燈的點(diǎn)亮或熄滅。