一种智能竖笛及控制方法技术领域
本发明涉及一种乐器，特别涉及一种智能竖笛及控制方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们对精神生活的追求也在提升。越来越多的人开始重视对自身以及对下一代音乐素质的培养。但很多乐器如钢琴、小提琴等入门较难，自学的难度比较大，初学者不易建立自信心。而竖笛相对于以上几种就要简单许多，较易入门，因此成为很多人学习音乐的入门乐器。但当用竖笛在家练习的时候，由于竖笛声音较大，经常会被邻居投诉扰民问题。试想，当夜深人静的时候，想吹奏一曲却又因怕打扰到家人和邻居而无法成行，这是多么的令人沮丧。那么能不能有一种竖笛只让练习者自己能听到声音呢？自学过乐器的人都知道，如果没有老师的指导，遇到问题时往往很难解决，那么，能不能有一种竖笛可以对学习者进行指导呢？当你吹奏出一首好听的歌曲，而好朋友又不在身边时，能不能有一种竖笛可以记录下吹奏的歌曲呢？那竖笛的智能化是人们生活的需要。
发明内容
本发明是针对竖笛练习或扰民的问题，提出了一种智能竖笛及控制方法，是一种基于DSP控制的，并配有APP教学及录制功能的智能竖笛。
本发明的技术方案为：一种智能竖笛，包括数字信号处理模块，电池电量检测电路，麦克风电路，按键电路，WIFI模块，音频功放电路及喇叭，电池供电电路，电池供电电路将电池电压转化为各个芯片和电路所需电压，给各个电路和模块供电，电池电量检测电路将电池电量信息数据传输给数字信号处理模块，麦克风电路将收集到的气息强度信息传输给数字信号处理模块，按键电路将按键信息传输给数字信号处理模块，数字信号处理模块通过WIFI模块将数据传送给APP端，同时WIFI模块接收APP端发出的数据，音频功放电路及喇叭将数字信号处理模块发出的音频信号放大并发音。
所述电池电量检测电路选取OPA340芯片，芯片作为电压跟随器使用。
所述音频功放电路选取AD8397芯片，将数字信号处理模块给出音频信号进行放大以驱动喇叭，音频功放电路中发音部分为一个喇叭和一个耳机接口。
所述WIFI模块选取ESP8266芯片，将数字信号处理模块的串口发出的数据发送给APP端，将接收到的APP端发来的数据送到数字信号处理模块串口。
所述智能竖笛的控制方法，具体包括如下步骤：
1）智能竖笛上电，数字信号处理模块进行初始化；
2）数字信号处理模块根据I\O口信号判断智能竖笛自带的WIFI模块是否打开，若已经打开，则转到步骤3）；如果没有打开则直接跳到步骤6）；
3）数字信号处理模块通过WIFI模块接收APP端发出的信号；
4）解码APP端发出的信号，判断APP端是否打开自动演奏乐曲按钮或教学演奏按钮，若打开，则转到步骤5）；若未打开，则转到步骤6）；
5）数字信号处理模块从APP端发出的信号中取出要其发出的音频信号的频率和音高，然后直接转到步骤8）；
6）数字信号处理模块通过AD口采样麦克风信号，通过I\O口采样按键信号；
7）对采样到的麦克风信号和按键信号进行解算，得到所需输出音频信号的频率及音高；
8）将频率解算为相应频率PWM模块时间基准周期寄存器的值，音高解算为PWM模块的比较寄存器的值，PWM信号输出到音频功放电路，然后通过喇叭或耳机发音；
9）再次判断智能竖笛自带的WIFI模块是否打开，若未打开，则转回到步骤2），再次循环；若打开，转到步骤10）；
10）数字信号处理模块通过电池电量检测电路得到智能竖笛当前的电量，然后通过WIFI模块发给APP端；
11）再次判断APP端是否打开自动演奏乐曲按钮，若打开，则转回到步骤2），再次循环；若未打开，则转到步骤12）；
12）将当前所吹奏的音频信号的频率和音高通过WIFI模块发给APP端，然后转回到步骤2），再次循环。
本发明的有益效果在于：本发明智能竖笛及控制方法，DSP将麦克风和按键的信息进行解算，通过喇叭发出响应的音频，并通过WIFI与APP进行音频数据交互，实现教学指导和音乐存储的功能。由于音频信号为电信号模拟，所以我们可以更灵活的选择是用喇叭发音以外放，还是用耳机发音以达到只有演奏者能听到而不扰民的目的。APP的教学功能可以使得学习竖笛更加的简单，提高了学习的积极性。而APP的记录演奏功能也可以让使用者可以随时记录和回放自己的演奏。如今，几乎人手一台智能手机，通过APP学习竖笛也更加方便。
附图说明
图1本发明智能竖笛结构示意图；
图2本发明智能竖笛APP端在“自演奏模式”下的显示示意图；
图3本发明智能竖笛APP端在“教学演奏模式”下的显示示意图；
图4本发明智能竖笛的控制流程图。
具体实施方式
如图1所示智能竖笛结构示意图，包括数字信号处理模块DSP1，电池电量检测电路2，麦克风电路3，按键电路4，WIFI模块5，音频功放电路及喇叭6，电池供电电路7。其中电池供电电路7将电池电压转化为各个芯片和电路所需电压。电池电量检测电路2将电池电量信息数据传输给DSP1。麦克风电路3将收集到的气息强度信息传输给DSP1。按键电路4将按键信息传输给DSP1。DSP1利用WIFI模块5将自己的数据传送给APP端8，也利用WIFI模块5接收APP端8发出的数据。音频功放电路及喇叭6将DSP1发出的音频信号放大并发音。
如图2所示为APP端在“自演奏模式”下的显示示意图。该模式下的显示结构包括6个显示项目，包括1：显示当前智能竖笛的电量，2：教学演奏模式、自演奏模式切换按钮、3：此时吹奏的音调、气息强度，4：记录演奏按钮，5：保存演奏记录，6：演奏记录列表，点击可播放。
如图3所示为APP端在“教学演奏模式”下的显示示意图。该模式下的显示结构包括8个显示项目。包括1：当前智能竖笛的电量，2：教学演奏模式、自演奏模式切换按钮，3：乐曲曲谱，当前应该吹奏的音调及应有的气息强度，当前实际吹奏的音调及实际气息强度；4：记录演奏按钮，5：保存演奏记录，6：演奏记录列表，点击播放，7：自动演奏乐曲按钮，8：教学乐曲选择栏。
本智能竖笛有“自演奏模式”和“教学演奏模式”两种模式。通过APP端的按钮来切换两种模式。在“自演奏模式”下，智能竖笛将演奏信息传输给APP端，APP端显示吹奏的音调和气息强度。在“教学演奏模式”下，APP端显示乐曲曲谱以及当前应当吹奏的音调和气息强度，智能竖笛将演奏信息传输给APP端，APP通过对比内置信息，在APP中给出教学建议。在“教学演奏模式”下，还有一个“自动演奏按钮”，点击该按钮，则智能竖笛会自动演奏当前的教学乐曲。在两种模式下，均可在APP端记录当前的演奏并保存，被保存的演奏会显示在演奏记录列表中。点击列表中的演奏记录，即可在APP所在终端播放（而非传输到智能竖笛播放）。
麦克风的信号经过放大后传入DSP，DSP将其与按键信号一同解算，接着DSP发出的音频信号通过音频放大器放大后，驱动喇叭发出相应音频信号。同时，DSP通过WIFI模块将当前的音频信息传输给APP端。APP端会显示当前的电量信息、当前吹奏的音调以及气息强度。在自演奏模式下，APP还可以将所吹奏的音乐进行存储。在教学演奏模式下，APP通过对当前吹奏的曲调信息与内置的建议音调进行对比，可以给出提示和练习建议。APP端也可以发出音频信号给智能竖笛部分，让竖笛自行演奏。智能竖笛部分，包含DSP、麦克风电路、按键电路、电池检测电路、电池供电电路、音频功放电路、WIFI模块。APP端的教学乐谱数据和个人吹奏数据均存储在本地端。
电池电量检测电路2，主要芯片为OPA340，其作用主要是作为电压跟随器使用。
电池供电电路，主要芯片之一为ATL431，其作用是将电池电压转为大多数器件所需要用的5V电压；另一个主要芯片是LM3940，其作用时将5V电压转换为DSP所需的3.3V。
音频功放电路，主要的芯片为AD8397，其作用是将DSP给出音频信号进行放大以驱动喇叭。该部分电路的发音部分为一个喇叭和一个耳机接口。
WIFI模块，主要芯片是ESP8266，将DSP的串口发出的数据发送给APP端，接收APP端数据送DSP的串口。
DSP，采用TMS320F28069PZT，其内部外设丰富，自带A/D采样、CAP、PWM发生器、串行数据总线等多种外设模块。
如图4所示为智能竖笛的控制流程。步骤1：智能竖笛上电，打开系统。步骤2：DSP进行初始化。步骤3：DSP根据I\O口信号判断智能竖笛自带的WIFI模块是否打开，若已经打开，则转到步骤4；如果没有打开则直接跳到步骤7。步骤4：DSP通过WIFI模块接收APP端发出的信号。步骤5：解码APP端发出的信号，判断APP端是否打开“自动演奏乐曲”按钮，若打开，则转到步骤6；若未打开，则转到步骤7。步骤6：DSP从APP端发出的信号中取出要其发出的音频信号的频率和音高，然后直接转到步骤9。步骤7：DSP通过AD口采样麦克风信号，通过I\O口采样按键信号。步骤8：对采样到的麦克风信号和按键信号进行解算，得到所需输出音频信号的频率及音高。步骤9：将频率解算为相应频率PWM模块时间基准周期寄存器的值，音高解算为PWM模块的比较寄存器的值。PWM信号输出到音频功放电路，然后通过喇叭或耳机发音。步骤10：再次判断智能竖笛自带的WIFI模块是否打开，若未打开，则转回到步骤3，再次循环；若打开，转到步骤11。步骤11：DSP通过电池电量检测电路得到智能竖笛当前的电量，然后通过WIFI模块发给APP端。步骤12：再次判断APP端是否打开“自动演奏乐曲”按钮，若打开，则转回到步骤3，再次循环；若未打开，则转到步骤13。步骤13：将当前所吹奏的音频信号的频率和音高通过WIFI模块发给APP端，然后转回到步骤3，再次循环。