CN100368974C

CN100368974C - 自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的方法及装置

Info

Publication number: CN100368974C
Application number: CNB2006100379441A
Authority: CN
Inventors: 曹允; 权蕾; 王绪丰; 樊卫华
Original assignee: CETC 55 Research Institute
Current assignee: CETC 55 Research Institute
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: CN1815429A

Abstract

本发明针对现有的触摸屏存在的坐标易随温度发生漂移从而出现触摸不准，且校正程序复杂，需专业人员操作的问题，公开了一种能自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的方法及装置，它通过在原触摸屏控制系统中增加温度检测装置和非易失存储器，使触摸屏的MCU根据检测到的温度与初始温度的变化，在软件的控制下按设定的公式自动进行坐标点的补偿和校正，无需人工干预即可实现自动温度补偿。

Description

自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种触摸屏坐标温差漂移的校正方法及装置，尤其是一种能自动进行温差坐标补偿的方法及装置，具体地说是一种自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的方法及装置。

背景技术

众所周知，触摸屏的输入系统由触摸屏、触摸屏控制器及其相应控制装置和相应程序构成。其中，触摸屏控制器从触摸屏的触点检测触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给主机CPU；它同时能接收主机CPU发来的命令并加以执行。触摸屏的基本原理是用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置(以坐标形式)由触摸屏控制器检测，并通过接口(如RS-232串行口)送到主机CPU，从而确定输入的信息。

由于触摸检测装置和触摸屏等的电性能参数会随温度变化而发生变化，从而会发生触点坐标随温度变化的现象。比如电阻式触摸屏，由于导通电阻会随温度的变化而改变，所以当点击触摸屏上同一点时，随温度不同就会检测出不同的坐标。另外，触摸检测装置的一些元件的特性也会随温度发生变化，比如TI公司的ADS7845，由于其内部元器件的特性随温度不同会发生变化，也会导致输出坐标发生变化。这些因素在触摸屏系统中是不可避免的。

传统的触摸屏系统就存在这些问题。例如10.4英寸的五线电阻式触摸屏，在温度从负30度上升到正70度的过程中，对于触摸屏上同一触点的显示位置，最大偏移量达到1厘米。这对于用户来说，是不能接受的，可能造成误触发。本发明可以在系统内部自动完成对这些偏移的修正工作，既准确可靠又简捷方便。

现有的触摸屏系统当温度变化较大、触点位置与显示位置偏差过大的情况下，采用人工随时校正的方法。即温度变化之后，在新的温度环境下重新运行校正程序，重新设定存储器中的参数，使触点位置与显示位置保持一致。但是这些操作对使用者来说，非常的不方便。

总之，现有的触摸屏在使用过程中除了对环境温度要求较高外，还需定期进行温度校正，而温度校正又必须由受过培训的专业人员才能进行，且程序十分复杂，因此用户在使用和维护过程中十分不便。开发一种能自动进行温度补偿的触摸屏系统势在必行。

发明内容

本发明的目的是针对现有的触摸屏触点坐标温差漂移校正不便的问题，提供一种自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的方法及装置。

本发明的技术方案是：

一种自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的方法，其特征是它包括以下步骤：

(1)在触摸屏控制系统中增加用于记忆触摸屏首次校正操作时的环境温度与坐标值对应关系的非易失性电可擦除存储器和用于实时检测环境温度的温度检测装置；

(2)建立温度变化量与触点坐标值补偿关系式X’＝aX+b。其中，X’为修正以后的坐标值，X为触摸检测装置送给MCU的实测值，a，b为系数，a的范围通常在0.6到1.5之间(具体取值通常和温度有关，可通过试验测得)，也可寻求a和Δt(实时环境温度与校正时环境温度的差值)的关系式，如选择a＝1+0.003×Δt/10求得，b的范围通常在0到100之间；

(3)MCU读取温度检测装置得到当前温度数据；

(4)当MCU探测到有触摸动作时，立即读取非易失性存储器中存储的原始温度，并计算出温度变化量，若该温度变化量超过规定的温度梯度，则MCU自动通过补偿关系式的运算获取触点补偿值后送入主机CPU中执行触摸者所期望的操作。

所述的温度变化量的温度梯度介于1摄氏度到20摄氏度之间。在工程应用中，5度和10度是可行的数值。

上述方法可采用以下装置加以实现：

一种自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的装置，包括MCU、触摸检测装置、触摸屏、接口电路，触摸检测装置的输入与触摸屏相连，触摸检测装置的输出接MCU的输入，接口电路位于MCU与主机CPU之间，其特征是所述的MCU还连接有温度检测装置和非易失性电可擦除存储器。

所述的温度检测装置为数字式温度传感器，它的输出与MCU的输入/输出脚相连。

所述的温度检测装置为模拟式温度传感器，它的输出接A/D转换电路的输入，A/D转换电路的输出与MCU的输入/输出脚相连。

所述的温度检测装置为模拟式温度传感器，它的输出接MCU内的A/D转换电路的输入。

本发明的有益效果：

1、本发明解决了用户使用过程中最头痛的难题，大大方便了用户，必须的初始化过程可在出厂时进行，用户接上电源和数据线即可使用，且不论温度如何变化，均可保证其准确性。

2、方法易行可靠，软、硬件易于实现，是对触摸屏性能的一次革命性变革，可大大提高其性能档次，扩大其应用范围，解决了温差较大环境中触摸屏的使用问题。

附图说明

图1是本发明的自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的触摸屏系统结构框图。

图2是本发明的实施例的电原理图。

图3是本发明的实施例的软件流程图。

图4是本发明的数字式温度传感器的接线示意图。

图5是本发明的模拟式温度传感器和单独的A/D转换器的接线示意图。

图6是本发明的模拟式温度传感器和MCU内置A/D转换器的接线示意图。

图7是本发明的实施例中某定点坐标随温度变化的样本。

图8是本发明的实施例中某定点坐标随温度变化的曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1～5所示。

一种自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的方法，它包括以下步骤：

(2)建立温度变化量与触点坐标值补偿关系式X’＝aX+b。其中，X’为修正以后的坐标值，X为触摸检测装置送给MCU的实测值，a，b为系数，a的范围通常在0.6到1.5之间，b的范围通常在0到100之间；

(3)MCU读取温度检测装置得到当前温度数据；

(4)当MCU探测到有触摸动作时，立即读取非易失性存储器中存储的原始温度，并计算出温度变化量，若该温度变化量超过规定的温度梯度(10度)，则MCU自动通过补偿关系式的运算获取触点补偿值后送入主机CPU中执行触摸者所期望的操作。

实施该方法的具体装置可为：

一种自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的装置，包括MCU1(即多点控制器，如采用现有技术加以实现)、触摸检测装置2、触摸屏3、接口电路4、非易失性电可擦除存储器5和温度检测装置6，如图1所示，触摸检测装置2的输入与触摸屏3相连，触摸检测装置2的输出接MCU1的输入，接口电路4位于MCU1与主机CPU之间，MCU1还连接有温度检测装置6和非易失性电可擦除存储器5。温度检测装置6可采用图4或图5所示的温度传感器。本实施例的电原理图如图2所示。

具体实施时MCU1可采用ATMEL公司的AT89S52单片机，触摸检测装置2可采用TI公司的专用芯片ADS7845，触摸屏3可采用五线电阻式触摸屏，非易失性电可擦除存储器5可采用XICOR公司的X5045，温度传感器6采用DS1620，接口采用RS-232串行接口。

上述的硬件系统连接好以后，就可以开始执行触摸屏的操作了。图3所示为温度修正程序的流程图。这里结合本例的硬件电路，采用了对温差进行分段的方法进行数据修正，可以简化温度修正程序的复杂度，提高系统的响应时间。本例以10摄氏度为梯度进行修正比较合理，既不会影响系统的响应时间，又可以极大限度的提高触点坐标的准确性。

本发明的各部件的功能及工作原理如下：

本发明的目的在于改善上述温度漂移现象，提高触摸屏工作的可靠性。其主要部件包括温度检测装置6，MCU1，用于存储相关参数的存储部分(即非易失性电可擦除存储器5)，触摸检测装置2和接口电路4。本系统通过测量环境温度，同时在控制系统的微处理器(MCU)中采用软件修正的方法，解决了传统触摸屏存在的温度漂移问题。

本发明中的MCU是中央控制单元，控制各种操作状态和过程。可供选用的微处理器芯片种类很多，例如ATMEL51系列单片机、各种品牌的CPU、用FPGA等逻辑电路实现的微处理器等。

温度检测装置，可采用的是数字温度传感器，用于探测环境温度。温度传感器也可以采用模拟温度传感器，如热敏电阻、热电偶等，通过模数转换装置得到数字温度值。

存储器，可供选用的芯片也比较多，EEPROM、FLASH等非易失性电可擦除存储器都可以使用，比如使用SPI总线的X5045。其主要作用是记录触点位置参数以及温度参数等，确保在掉电以后数据不会丢失。

触摸检测装置，可以采用通用模数转换装置，也可以采用专用模数转换装置。如ADS7845，它将电阻式触摸屏上的电压信息进行处理，从而帮助中央控制单元确定触点的位置。

触摸屏，供手指或输入笔在其上点击或书写图文，包括电阻式、电容式、红外式、声表面波式等等。

接口电路，负责传送中央处理单元和主机CPU之间的数据。其形式可以采用RS-232串行接口、并行接口、I²C或者USB等接口均可。

本发明的工作过程如下：

系统首次通电以后，必须运行校正程序才能正常工作，这对所有的触摸屏控制系统都是相同的，本发明所不同的是，在校正过程中，系统会检测温度参数，由温度检测装置检测出此时的温度值，并且存储到非易失性电可擦除存储器中。

校正之后，系统就可以正常工作了。如实施例中，系统随时检测环境温度，并检测有没有触摸发生。当有触摸发生时，单片机把当前温度和校正时的温度值相比较，若温差超过了规定的梯度，则运行修正程序，修正由于温度变化引起的触点坐标漂移的现象，保证触点坐标在任何温度下都不变化或者在很小的范围内变化。这样就可以避免触点位置与显示位置不一致的情况发生了。

在实施例中，采取了以10摄氏度为一个梯度的做法，当然也可以根据需要采取以5摄氏度为一个梯度，或者其它梯度。

假设触摸屏在二十摄氏度(t₀)时进行了一次校正，温度检测装置会检测出t₀这个温度信息，然后通过中央控制单元微处理器把存在非易失性电可擦除存储器中。此后在使用过程中，如果温度上升到七十摄氏度(t₁)，温度检测装置会及时检测到t₁这个温度信息，通过中央控制单元把t₁与存储器中的t₀进行比较，因为有温度变化，所以会运行温度修正程序。图7所示为触摸屏上某一固定点坐标值随温度变化的情况。由图易见，随着温度的升高，此定点的坐标值会发生很大的变化。根据此表格，可以绘制出坐标值随温度变化的曲线(如图8所示)。根据曲线，建立相应的方程，无论温度如何变化，都能通过修正达到20摄氏度(t₀)时的正确坐标值。在此实施例中，把温度-坐标值曲线近似为一条直线，建立方程X’＝aX+b。其中，X’为修正以后的坐标值，X为触摸检测装置送给MCU的实测值，其中a、b的取值和温度变化量有关，通过实验，可以令a＝[1+0.003×(t₁-t₀)/10]，b取0。尽管有五十度的温度偏差，但是通过温度修正程序的修正，触摸屏上的触点位置与显示器上的显示位置仍然没有偏差。这对于精度要求较高的场合非常适用。如果采用常规的触摸屏控制系统，就会在温度变化较大时，触点位置与显示位置偏差很大，甚至达到一至二厘米的差距。

在本系统中，采用了非易失性电可擦除存储器记录校正时的参考温度，所以在系统掉电以后，这个温度信息还能继续保存，等下次开机之后，即使环境温度变化了，也不会影响到工作的可靠性。这样就不用在每次开机以后进行校正程序了，省去了许多麻烦。

温度检测装置的灵敏度和可以检测的温度范围都是可以自由选择的。比如采用某些数字温度传感器，它的温度检测误差在2摄氏度以内，可检测的温度范围从零下55度到零上125度，这对于一般的环境来说足够用了。当然也可以选择其他形式的温度传感器，比如采用热敏电阻等模拟测温装置，通过模数转换来获得温度信息，只是这样做的精度可能稍微差一些。在一些要求不高的场合，这样做有助于降低成本。

至于温度修正程序，可以有多种实现方法。在本发明的实施例中，系统的应用主要强调触摸屏的响应速度，所以采用的温度修正程序较为简单。通过实验发现，温度变化在10摄氏度以内时，触点坐标与显示坐标偏差不大，对于1024×1024的分辨率来说，最大偏差为3个像素。这样的偏差人眼是不容易分辨的。所以，系统的温度修正程序把温度偏差进行分档，以10摄氏度温差为一个梯度进行修正。温差在10摄氏度以内，不进行修正。

温度修正程序的算法也要和中央处理单元微处理器结合起来考虑，如果处理器选择比较普通的单片机，那么温度修正算法就不能太复杂，否则会严重影响系统的响应速度。如果MCU选择高速的DSP等，则可以适当增加温度修正算法的复杂度。在本发明的实施例中，MCU采用ATMEL公司的AT89S52，温度修正程序采用以10摄氏度分档的算法，通过实验和实际使用的验证，几乎对触摸屏系统的触摸响应速度没有影响。

采用了上述处理方法，可以把触摸屏系统中所有由于温度变化引起的触点位置与显示位置的偏差排除，并且所有过程都在触摸屏控制器上自动完成，不需要增加用户的额外操作，方便快捷。

虽然已经参考其示范性实例具体地图示并说明了本发明，但是本领域的普通技术人员可以理解，可在其中进行形式和细节上的多种变化而不脱离由权利要求书所限定的本发明的实质和范围。

Claims

1.一种自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的方法，其特征是它包括以下步骤：

(1)在触摸屏控制系统中增加用于记忆触摸屏首次校正操作时的环境温度与坐标值这两者之间的对应关系的非易失性电可擦除存储器和用于实时检测环境温度的温度检测装置；

(2)建立温度变化量与触点坐标值补偿关系式X’＝aX+b。其中，X’为修正以后的坐标值，X为触摸检测装置送给MCU的实测值，a，b为系数，a的范围在0.6到1.5之间，b的范围在0到100之间；

(3)MCU读取温度检测装置得到当前温度数据；

2.根据权利要求1所述的自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的方法，其特征是所述的温度变化量的温度梯度介于1摄氏度到20摄氏度之间。

3.一种自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的装置，包括MCU、触摸检测装置、触摸屏、接口电路，触摸检测装置用于探测有无触摸并将测量到的触摸点的坐标值送入MCU中，MCU用于运行温度补偿程序并将计算补偿后的触点坐标值送入主机CPU中，触摸检测装置的输入与触摸屏相连，触摸检测装置的输出接MCU的输入，接口电路用于完成MCU与主机CPU之间的通讯，其特征是所述的MCU还连接有记忆触摸屏首次校正操作时的环境温度与坐标值这两者之间的对应关系的非易失性电可擦除存储器以及一个用于实时检测环境温度的温度检测装置。

4.根据权利要求3所述的自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的装置，其特征是所述的温度检测装置为数字式温度传感器，它的输出与MCU的输入/输出脚相连。

5.根据权利要求3所述的自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的装置，其特征是所述的温度检测装置为模拟式温度传感器，它的输出接A/D转换电路的输入，A/D转换电路的输出与MCU的输入/输出脚相连。

6.根据权利要求3所述的自动消除触摸屏触点坐标温差漂移的装置，其特征是所述的温度检测装置为模拟式温度传感器，它的输出接MCU内的A/D转换电路的输入。