一種電子琴遠程智能教學系統的製作方法

2023-09-15 20:22:05 2

本發明涉及物聯網智能教學領域。

背景技術：

隨著人民群眾物質文化生活的日益豐富，人們對音樂教學的需求日益增加。然而，傳統電子琴教學指導僅能面對面進行，而現有遠程教學解決方案不能充分發揮現代化信息技術優勢，現有的遠程教學系統局限於單一的聲光信號的傳輸，無法將學生與教師在彈奏時產生的海量信息進行充分的利用，僅僅發揮了傳遞信息的功能，並且在音頻信號傳輸中，經常會有延時和失真的可能性，並且無法為教學提供更多的幫助，現有的遠程電子琴教學系統無法直觀的觀察電子琴琴鍵被按下的情況，僅能夠通過視頻或燈光信號觀察正確的彈奏方式，而老師的彈奏電子琴的節奏和力度幾乎無法通過該系統直觀地表現出來；並且現有的遠程電子琴教學系統各項功能均與老師綁定，無法為學習者自主練習提供幫助。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有的遠程的電子琴教學系統無法為學習者提供大數據參考以及學習者無法自主選擇學習模式的問題，提出一種電子琴遠程智能教學系統。

本發明所述的一種電子琴遠程智能教學系統，該系統包括雲端模塊和多個用戶端模塊；

所述多個用戶端模塊由老師及學習者分別持有；

每個用戶端模塊均包括人機互動子系統、琴鍵檢測與控制子系統、自動演奏子系統、網絡通信模塊和用戶端主控器；

人機互動子系統，用於輸入用戶指令，還用於實時採集用戶的視頻與音頻信號，還用於播放與顯示接收的視頻與音頻信號，還用於指示電子琴相應琴鍵是否被按下，還用於播放語音教學提示音；

琴鍵檢測與控制子系統，用於獲取電子琴琴鍵的按鍵信息，還用於將按鍵信息轉換為電信號控制電子琴發聲；

自動演奏子系統，用於根據按鍵信息控制電子琴進行演奏；

網絡通信模塊，用於與其他用戶端模塊交換按鍵信息和視頻與音頻信號；

用戶端主控器，用於根據用戶指令，控制人機互動子系統、琴鍵檢測與控制子系統、自動演奏子系統和網絡通信模塊工作；

當用戶指令為自動彈奏指令時，控制自動演奏子系統演奏需彈奏的按鍵信息；

當用戶指令為琴鍵指示指令時，選擇彈奏曲目，根據電子琴琴鍵的狀態，控制人機互動子系統提示相應琴鍵是否被按下，及與彈奏曲目比對，提示是否正確；

當用戶指令為聲音演奏指令時，控制琴鍵檢測與控制子系統將需演奏的按鍵信息轉換成電信號，控制電子琴工作；

所述雲端模塊包括雲伺服器模塊和資料庫模塊；

雲伺服器模塊，用於交換按鍵信息，用於交換視頻與音頻信號；

資料庫模塊，用於存儲按鍵信息，用於存儲視頻與音頻信號。

本發明的有益效果是通過人機互動子系統學習者能夠自主選擇學習模式，利用自動演奏子系統將彈奏的樂曲編碼，通過另一個自動演奏子系統對樂曲進行還原，避免了直接傳送音頻信號帶來的延時和失真；資料庫模塊能夠自動收集學習者的練習數據與老師的示範數據，將對兩者進行對比後能夠自動得出學習者的問題所在；通過對大數據的分析，能夠智能的得出學習者技巧的薄弱之處並為之規劃練習方案，同時還會為老師教學提供參考數據；通過琴鍵檢測與控制子系統能夠實時糾正學習者的錯誤，達到智能陪練的效果。

附圖說明

圖1為具體實施方式一所述的一種電子琴遠程智能教學系統的結構框圖；

圖2為具體實施方式一中用戶端模塊的結構框圖；

圖3為具體實施方式二中人機互動子系統的結構框圖；

圖4為具體實施方式三中自動演奏子系統的結構框圖；

圖5為具體實施方式四中琴鍵檢測與控制子系統的結構框圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述的一種電子琴遠程智能教學系統，其特徵在於，該系統包括雲端模塊1和多個用戶端模塊2；

所述多個用戶端模塊2由老師及學習者分別持有；

每個用戶端模塊2均包括人機互動子系統2-1、琴鍵檢測與控制子系統2-2、自動演奏子系統2-3、網絡通信模塊2-4和用戶端主控器2-5；

人機互動子系統2-1，用於輸入用戶指令，還用於實時採集用戶的視頻與音頻信號，還用於播放與顯示接收的視頻與音頻信號，還用於指示電子琴相應琴鍵是否被按下，還用於播放語音教學提示音；

琴鍵檢測與控制子系統2-2，用於獲取電子琴琴鍵的按鍵信息，還用於將按鍵信息轉換為電信號控制電子琴發聲；

自動演奏子系統2-3，用於根據按鍵信息控制電子琴進行演奏；

網絡通信模塊2-4，用於與其他用戶端模塊2交換按鍵信息和視頻與音頻信號；

用戶端主控器2-5，用於根據用戶指令，控制人機互動子系統2-1、琴鍵檢測與控制子系統2-2、自動演奏子系統2-3和網絡通信模塊2-4工作；

當用戶指令為自動彈奏指令時，控制自動演奏子系統2-3演奏需彈奏的按鍵信息；

當用戶指令為琴鍵指示指令時，選擇彈奏曲目，根據電子琴琴鍵的狀態，控制人機互動子系統2-3提示相應琴鍵是否被按下，及與彈奏曲目比對，提示是否正確；

當用戶指令為聲音演奏指令時，控制琴鍵檢測與控制子系統2-2將需演奏的按鍵信息轉換成電信號，控制電子琴工作；

所述雲端模塊1包括雲伺服器模塊1-1和資料庫模塊1-2；

雲伺服器模塊1-1，用於交換按鍵信息，用於交換視頻與音頻信號；

資料庫模塊1-2，用於存儲按鍵信息，用於存儲視頻與音頻信號。

在本實施方式中，用戶端主控器2-5分別與網絡通信模塊2-4、自動演奏子系統2-3、琴鍵檢測與控制子系統2-2和人機互動子系統2-1以排線連接；用戶端主控器2-5採用beagleboneblack迷你主板，並通過軟體控制程序實現實時教學、自主練習、教學大數據分析、音樂遊戲和在線測試等功能；資料庫模塊1-2採用mysql資料庫模塊，網絡通信模塊2-4利用有線網絡、wifi、4g等多種方式完成數據的交換，在網絡通信模塊2-4中，音視頻信息與彈奏信息分開傳輸，當音視頻信號延遲較高時，用戶端主控制器2-5將視情況將其丟棄，以保證彈奏信息的正常傳輸。

本實施方式所述的一種電子琴遠程智能教學系統具備以下功能：

1、實時教學功能：本功能可幫助老師進行遠程音樂教學；該電子琴遠程智能教學系統能夠將老師的彈奏信息實時地傳遞給學生，老師亦能夠藉助該電子琴遠程智能教學系統觀察學生的實時彈奏情況；根據實際教學的不同需求，該電子琴遠程智能教學系統能夠利用不同的方式表現彈奏信息。

2、自主練習功能：本功能可幫助學習者在沒有老師指導的情況下進行高效的自主練習；面對學習者自主練習時的不同需求，該電子琴遠程智能教學系統能夠根據資料庫模塊1-2存儲的曲目信息，以不同方式引導學習者練習；學習者進行練習時，該電子琴遠程智能教學系統能夠搜集並分析學習者的表現，為學習者規劃出科學合理的練習方案；所述練習方案包括練習內容、練習強度、複習計劃等指導性內容；在學習者練習的過程中，該電子琴遠程智能教學系統能夠利用語音實時對學生進行指導，糾正漏彈、錯彈等技術失誤，達到智能陪練的效果。

3、教學大數據功能分析：本功能可幫助老師和學習者直觀地分析以往的教學與練習記錄，在老師與學習者進行日常的教學與練習時，該電子琴遠程智能教學系統會搜集學生的表現情況；所述表現情況包含彈奏的錯誤率、錯誤類型、常錯曲目等信息，該電子琴遠程智能教學系統對搜集到的數據進行分析後，用戶可隨時查看學生的正確率進步曲線、彈奏技法缺陷等信息，為改進教學方式提供數據參考。

4、在線測試功能：本功能可幫助學習者遠程參加測試，在測試中，該電子琴遠程智能教學系統將要求學生彈奏指定曲目並根據收集到的彈奏信息進行自動打分或以自動彈奏的方式在教師處再現學生表現，由教師打分。

5、音樂遊戲功能：本功能可幫助學生在本系統上玩音樂遊戲。在此模式下，電子琴琴鍵將作為輸入設備，老師在人機互動子系統2-1上引導學習者進行遊戲。

本實施方式所述的一種電子琴遠程智能教學系統允許學習者將電子琴實體鍵盤作為音樂遊戲的輸入設備，從而用電子琴實體鍵盤玩音樂遊戲，從而達到寓教於樂的效果。

具體實施方式二：結合圖3說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式一所述的一種電子琴遠程智能教學系統進一步限定，在本實施方式中，所述人機互動子系統2-1包括顯示器2-1-1、實時音視頻模塊2-1-2、語音教學模塊2-1-3、功能選擇按鍵2-1-4和led琴鍵指示燈2-1-5；

顯示器2-1-1，用於顯示接收的視頻信號；

實時音視頻模塊2-1-2，用於實時採集用戶的視頻與音頻信號，並將實時採集的視頻與音頻信號發送至用戶端主控器2-5；

語音教學模塊2-1-3，用於播放語音教學提示音；

功能選擇按鍵2-1-4，用於輸入用戶指令；

led琴鍵指示燈2-1-5，用於指示電子琴相應琴鍵是否被按下。

在本實施方式中，利用聲音、led和自動彈奏三種方式表現彈奏信息。

具體實施方式三：結合圖4說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式二所述的一種電子琴遠程智能教學系統進一步限定，在本實施方式中，所述自動演奏子系統2-3包括自動演奏子系統主控制器2-3-1、電機控制器2-3-2、步進電機2-3-3和機械機構2-3-4；

主控制器2-3-1，用於根據用戶端主控器2-5發送的按鍵信息發出控制信號；

電機控制器2-3-2，用於根據控制信號控制步進電機2-3-3旋轉；

步進電機2-3-3，用於牽引電子琴琴鍵；

機械機構2-3-4，用於輔助步進電機2-3-3對電子琴琴鍵進行牽引。

在本實施方式中，機械機構2-3-4包括滑輪和線，線的一端與步進電機2-3-3的旋轉機構相連，線的另一端通過滑輪連接在電子琴琴鍵上。

具體實施方式四：結合圖5說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式三所述的一種電子琴遠程智能教學系統進一步限定，在本實施方式中，所述琴鍵檢測與控制子系統2-2包括信息收發模塊2-2-1、按鍵信息獲取與控制模塊2-2-2和信息處理模塊2-2-3；

信息收發模塊2-2-1，用於將用戶端主控器2-5發送的按鍵信息發送至信息處理模塊2-2-3，還用於將信息處理模塊2-2-3發送的按鍵信息發送至用戶端主控器2-5；

信息處理模塊2-2-3，用於將信息收發模塊2-2-1發送的按鍵信息轉換為電信號，還用於將電子琴琴鍵的狀態信息轉換為按鍵信息；

按鍵信息獲取與控制模塊2-2-2，用於根據電信號向電子琴主控晶片發出控制指令，還用於獲取電子琴琴鍵的狀態信息。