CN102163100A - 一种电子触摸屏的触点定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子触摸屏的触点定位方法及装置，所述方法包括以下步骤：1）测量操作者触摸显示屏时对显示装置的多个安装支撑点产生的触摸压力；2）根据触摸压力和预先设定的坐标系计算触摸点的位置坐标；3）将位置坐标发送给电子触摸屏的显示控制系统，以实现相应的人际互动操作；所述装置包括显示装置、显示装置的多个安装支撑点、显示控制系统、多个测力传感器、测力电路模块和坐标计算模块，多个测力传感器分别设置在多个安装支撑点上，每个测力传感器用于检测操作者触摸显示屏时对安装支撑点产生的触摸压力，测力电路模块分别与测力传感器和坐标计算模块连接，坐标计算模块与显示控制系统连接；本发明是全新的触摸屏触点定位技术。

Description

一种电子触摸屏的触点定位方法及装置

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，特别是涉及一种电子触摸屏的触点定位方法及装置。

背景技术

随着多媒体信息技术的发展，人们越来越多地接触到触摸屏。作为一种新型电子输入设备，它是目前最简单、方便、自然的信息输入设备，触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，用户只要用手指触碰显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，使人机交互更为直截了当，极大方便了用户操作。

触摸屏的关键部件是触点定位装置，该装置将操作者的指触点相对显示屏的几何位置转换成坐标数字反馈给显示系统提供按键或触点识别。

现有的触摸屏技术方案包括：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线触摸屏、表面声波触摸屏等。

电阻式触摸屏是一种多层的复合薄膜，由一层玻璃或透明塑料膜作为基层，表面涂有一层ITO 透明导电层，上面盖有一层光滑防刮的塑料膜作为保护层，在保护层的内表面涂有一层导电层（ITO或镍金）。在两导电层之间，有许多细小的透明隔离点绝缘，并在两层ITO 工作面的边线上各涂有一条银胶，一端加5V 电压，另一端接地，从而在工作面的一个方向上形成均匀连续的平行电压分布。当手指触摸屏幕时，压力使两层导电层在接触点位置有了一个接触，控制器侦测到这个接触，立刻进行A / D 转换，测量接触点的模拟量电压值，根据它和5V 电压的比例公式，就能计算出触点的X 轴和Y 轴的坐标，这就是电阻式触摸屏的基本原理。

电容式触摸屏由一个模拟感应器和一个双向智能控制器组成。模拟感应器是一块多层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO 导电涂层，夹层ITO 涂层作为工作面，其各角上各引出一个电极，内层ITO 作为屏蔽层，用以保证良好的工作环境。触摸屏工作时，感应器边缘的电极产生分布的电压场，由于人体电场的存在，触摸屏幕时，手指和触摸屏的工作面之间就会形成一耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指吸走一个很小的电流，分别从触摸屏4 个角上的电极中流出。从理论上讲，流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器通过对这4 个电流比例的精密计算，从而可以得出触点的位置。

红外线式触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触点在屏幕的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线，而实现触摸屏操作。

表面声波触摸屏是一种在介质表面进行浅层传播的机械能量波，其性能稳定，在横波传递中具有非常尖锐的频率特性。表面声波触摸屏的触摸部分是玻璃平板，安装的等离子显示器屏幕在前面，没有任何贴膜和覆盖层。玻璃屏的左上角和右下角各固定竖直和水平方向的超声波发射换能器，在屏幕表面形成一个纵横交错的超声波栅格，右上角固定两个相应的超声波接收换能器。当手指或其他柔性触摸笔接近屏幕表面时，手指或其他柔性触摸笔吸收了一部分声波能量，而控制器则侦测到接收信号在某一时刻上的衰减，由此可计算出触点的位置。

以上几种触摸屏技术方案都需要在显示屏的表面安置一个触摸检测敏感屏，该触摸检测敏感屏的大小一定要大于显示屏，而且一定要位于显示屏前面，触控定位屏的玻璃和镀膜的存在还影响显示屏的透光度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种全新的触摸屏触点定位方法及其定位装置。

本发明的电子触摸屏的触点定位方法采用的技术方案如下：

所述的电子触摸屏包括显示装置、显示装置的安装支撑点，以及用于控制显示内容的显示控制系统，所述电子触摸屏的触点定位方法包括以下步骤：

1）测量触摸压力：测量操作者触摸显示装置的显示屏时对所述显示装置的多个安装支撑点产生的触摸压力；

2）计算触点坐标：根据所述的触摸压力和预先设定的坐标系计算触摸点的位置坐标；

3）发送位置坐标数据：将所述触点的位置坐标通过有线或无线的方式发送给所述电子触摸屏的显示控制系统，以实现相应的人机互动操作。

优选的，所述安装支撑点至少为三个。

优选的，所述步骤1）中触摸压力是并行测量的或者是循环扫描测量的。

优选的，所述显示装置可以是单独的显示屏，也可以是包含了显示屏、外壳以及内部组件的显示器总成。

本发明的电子触摸屏的触点定位装置采用的技术方案如下：

所述的电子触摸屏包括显示装置、显示装置的多个安装支撑点，以及用于控制显示内容的显示控制系统，其特征在于：还包括多个测力传感器、测力电路模块和坐标计算模块，所述多个测力传感器分别设置在所述显示装置的多个安装支撑点上，每个所述测力传感器用于检测操作者触摸所述显示装置的显示屏时对所述测力传感器所在的所述安装支撑点产生的触摸压力，所述测力电路模块分别与所述测力传感器和所述坐标计算模块连接，所述坐标计算模块又与所述显示控制系统通过有线或无线的方式连接；所述测力电路模块与测力传感器结合用于将所述作用力产生的信号变化转换成作用力数据并传送给所述坐标计算模块，所述坐标计算模块用于根据各个所述安装支撑点所受到的触摸压力和预先设定的坐标系通过力学计算得到触摸点的位置坐标，并通过有线或无线的方式发送给所述显示控制系统。

优选的，所述测力传感器至少为三个，其测力方向与所述显示屏的平面垂直。

优选的，所述测力电路模块至少为三个，所述测力传感器与所述测力电路模块分别一一对应连接，用于并行测量所述触摸压力。

优选的，所述测力电路模块也可以为一个，通过一个多路选择开关循环扫描接通所述各个测力传感器，对各个所述安装支撑点处的触摸压力进行循环扫描测量。

优选的，所述显示装置为单独的显示屏，所述测力传感器安装在所述显示屏与显示器壳体的连接点处，兼具固定和测力的作用。

优选的，所述显示装置是包含有显示屏、外壳以及内部组件的显示器总成，所述测力传感器安装在所述显示器总成与固定安装位置的连接点处。

将电子触摸屏的显示装置通过三个以上的支点支撑，并在所有的支点设置测力传感器监测支点处的力及其变化。当手指触碰显示屏时，会对显示屏产生一定的作用力并传递到所述的各个支点上，根据力学原理，当一个物体通过若干个支撑点连接在另一个物体且该物体相对支撑物体固定时，被支撑物体处于力学平衡状态，作用在其上的所有力构成一个平衡力系，合力为零。当知道这个由N个力作用的平衡力系中的全部N-1个力的大小和位置，就可以根据力学平衡条件计算得到最后一个力的大小和位置。

将显示装置看作一个受力物体，手指的触摸力与各个支点所受到的力构成一个平衡力系，当坐标位置确定的支点处的力可以准确测出时，作用于触摸点的力的大小和坐标位置就可以根据前述力学平衡原理计算得到。

在显示装置的所有安装点位设置测力传感器，所述测力传感器的敏感方向与显示平面法线平行，各支点的传感器与测力电子模块结合将所有支点处受到的力准确测出，然后发送给坐标计算模块；坐标计算模块根据力的平衡原理，基于预先设定的坐标系，计算出手指作用于触摸点的力和位置坐标，提供给显示装置的控制系统，作为执行人机互动操作显示的依据。

本发明与现有技术对比的有益效果是：不需要在显示屏前面设置位置敏感装置，所以不会影响显示装置的外观和显示屏的透光度，另外，本发明所设计的触摸屏的触点定位装置不受显示屏大小限制，测力传感器在各支点的安装区域尺寸可以远小于显示屏的面积，这对于大尺寸触摸屏的应用具有特别的优势，可以减少触摸屏触点定位装置的系列型号数量，方便标准化，而且成本更低。

附图说明

图1本发明实施例中实现触摸屏的触点定位方法的原理示意图；

图2是本发明的触摸屏的触点定位方法流程图；

图3是本发明的触点定位方法的测量计算系统的一种实施方式示意图；

图4是本发明的触点定位方法的测量计算系统的另一种实施方式示意图；

图5是本发明的针对单独的显示屏在安装支撑点安装测力传感器的分解示意图；

图6是本发明的针对包含了显示屏、外壳以及内部组件的显示器总成在安装支撑点处安装测力传感器的分解示意图。

具体实施方式

下面对照附图和结合优选具体实施方式对本发明进行详细的阐述。

如图2所示，一种电子触摸屏定位方法，包括以下步骤：

1）测量触摸压力：测量操作者触摸显示装置的显示屏时对所述显示装置的多个安装支撑点产生的触摸压力；

2）计算触点坐标：根据所述的触摸压力和预先设定的坐标系计算触摸点的位置坐标；

3）发送位置坐标数据：将所述触摸点的位置坐标通过有线或无线的方式发送给所述电子触摸屏的显示控制系统，以实现相应的人机互动操作。

一种电子触摸屏的触点定位装置，所述的电子触摸屏包括显示装置、显示装置的多个安装支撑点，以及用于控制显示内容的显示控制系统，其特征在于：还包括多个测力传感器、测力电路模块和坐标计算模块，所述多个测力传感器分别设置在所述显示装置的多个安装支撑点上，每个所述测力传感器用于检测操作者触摸所述显示装置的显示屏时对所述测力传感器所在的所述安装支撑点产生的触摸压力，所述测力电路模块分别与所述测力传感器和所述坐标计算模块连接，所述坐标计算模块与所述显示控制系统通过有线或无线的方式连接，所述测力电路模块与测力传感器结合用于将所述作用力产生的信号变化转换成作用力数据并传送给所述坐标计算模块，所述坐标计算模块用于根据各个所述安装支撑点所受到的触摸压力和预先设定的坐标系通过力学计算得到触摸点的位置坐标，并通过有线或无线的方式发送给所述显示控制系统。

具体来说，触点定位方法工作流程如下：

1）测量触摸压力：触摸显示装置的显示屏时，测力传感器感知触摸时对所述显示装置的多个安装支撑点产生的触摸压力并通过测力电路模块转化成作用力数据传送给坐标计算模块；

2）计算触点坐标：坐标计算模块根据测力传感器相对于预设的坐标系的坐标位置和每个所述测力传感器感知的触摸压力计算触点的坐标；

3）发送位置坐标数据：经由与显示控制系统连接的通讯接口将触点的位置坐标传送给显示控制系统，由控制显示系统执行相关的逻辑指令，以实现相应的人机互动操作。

如图1所示，显示装置1通过四个测力传感器2在后面支撑处于固定状态，四个支撑点的测力传感器2可以监测触摸时对显示装置1的安装支撑点产生的触摸压力及变化。当手指触碰显示装置1时将产生作用力F，相应地在四个支点上产生反作用力F1、F2、F3、F4。由于显示装置处于静止，其上的全部作用力处于平衡状态，根据力学理论，可以由位置固定的四个支点坐标和检测到的四个作用力F1~F4的大小计算出作用点P在已知坐标系中的坐标，从而实现触点定位。

如图3所示，支点处的测力传感器2通过电缆线与测力电路模块3相连接，每个测力传感器2配置一个测力电路模块3，测力电路模块3将测力传感器2的信号变化转换成作用力变化后再通过电缆线传送给坐标计算模块4，基于选定的坐标系，坐标计算模块4根据各个测力传感器2所在安装支撑点的坐标和各安装支撑点处的作用力F1~F4的大小，计算出触摸点P的坐标（x，y），再经由坐标发送接口5传送给显示控制系统，执行相关的逻辑指令。如图4所示，在另一种实施中，也可以只设置一个测力电路模块3，通过一个多路选择开关7分别接入不同安装支撑点处的测力传感器2，采用循环扫描的测量方法，依次循环检测各个支点的载荷变化。

由图1可以看出，对于一定的支撑系统尺寸a和b，显示装置的尺寸A和B可以大很多。只要能够实现稳定支撑，理论上A和B不受限制，这是本发明的一个突出优点，用很小尺寸的触点定位装置，可以实现大尺寸的触摸屏应用；或者用一个标准的触点定位装置，可以用于不同规格的显示装置。相比传统的覆盖式触摸屏，比如电阻屏、电容屏、红外屏等，本发明的定位装置的设计和使用的自由度大很多，成本也可以大大降低。

测力传感器2种类繁多，针对不同的使用条件，可以适当选用。如图5所示，在一种实施方式中显示装置1是单独的显示屏，图中的测力传感器2是悬臂式结构，其一端通过螺钉压紧固定在显示屏上，安装时，将测力传感器2的另一端通过螺钉安装在固定显示屏的显示器壳体6上，四个测力传感器2对显示屏形成四个压紧支点，使其稳定安装在显示器壳体6内。

图6所示，在另一种实施方式中，显示装置1是包含有显示屏、外壳以及内部组件的显示器总成，图中的测力传感器2为圆柱式的测力传感器，在显示器总成和安装位置的连接处设置测力传感器2，四个圆柱式的测力传感器2安装在显示器总成的背面，测力传感器2的两端分别接显示器总成和安装固定支座。

当手指点触显示屏时，将在四个支点处的测力传感器2上产生压力变化，通过图3或图4所示的测量计算系统可以得到触点的位置坐标。

与传统的触摸屏技术的又一个突出优点是，本发明所提供的触摸屏技术不仅可以提供触点位置信息，还可以提供触摸力大小信息，提供了一种新的信息输入手段。

在本实施例中，四个测力传感器是对称分布的，但是实现本发明功能的并不局限于对称布置的结构设计，如非对称、不等距的测力传感器布置时只需将测力传感器所在各安装支撑点的坐标参数代入相应的力学计算公式进行推导整理即可，上述实施例中，预设的坐标系与显示屏内部的位置参考坐标一致，计算比较方便，如果预设的坐标系与显示屏内部的位置参考坐标不一致，则显示屏的控制系统会将触点的坐标转换成其能识别的坐标后再完成操作指令，同样能达到目的。

上述实施例分别提供了一种悬臂式测力传感器和一种柱式测力传感器的应用，这并不意味着传感器的结构或安装方式仅限于这两种方式。各种结构的测力传感器都可能用于本发明的实施，只要是通过测量支点力的方法确定指触点位置并用于触摸屏触点定位应用的技术方法都是本发明的技术涵盖范围。

本发明可以为现有的人机界面交互技术提供一个特别的技术手段。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种电子触摸屏的触点定位方法，其特征在于包括以下步骤：

1）测量触摸压力：测量操作者触摸显示装置的显示屏时对所述显示装置的多个安装支撑点产生的触摸压力；

2）计算触点坐标：根据所述的触摸压力和预先设定的坐标系计算触摸点的位置坐标；

3）发送位置坐标数据：将所述触摸点的位置坐标通过有线或无线的方式发送给所述电子触摸屏的显示控制系统，以实现相应的人机互动操作。

2. 如权利要求1所述的电子触摸屏的触点定位方法，其特征在于：所述安装支撑点至少为三个。

3. 如权利要求2所述的电子触摸屏的触点定位方法，其特征在于：所述步骤1）中多个安装支撑点处的触摸压力可以是并行测量的，也可以是循环扫描测量的。

4. 如权利要求1-3任意一项所述的电子触摸屏的触点定位方法，其特征在于：所述显示装置可以是单独的显示屏，也可以是包含了显示屏、外壳以及内部组件的显示器总成。

5. 一种电子触摸屏的触点定位装置，所述的电子触摸屏包括显示装置、显示装置的多个安装支撑点，以及用于控制显示内容的显示控制系统，其特征在于：还包括多个测力传感器、测力电路模块和坐标计算模块，所述多个测力传感器分别设置在所述显示装置的多个安装支撑点上，每个所述测力传感器用于检测操作者触摸所述显示装置的显示屏时对所述测力传感器所在的所述安装支撑点产生的触摸压力，所述测力电路模块分别与所述测力传感器和所述坐标计算模块连接，所述坐标计算模块与所述显示控制系统通过有线或无线的方式连接，所述测力电路模块与测力传感器结合用于将所述作用力产生的信号变化转换成作用力数据并传送给所述坐标计算模块，所述坐标计算模块用于根据各个所述安装支撑点所受到的触摸压力和预先设定的坐标系通过力学计算得到触摸点的位置坐标，并通过有线或无线的方式发送给所述显示控制系统。

6. 如权利要求5所述的电子触摸屏的触点定位装置，其特征在于：所述测力传感器至少为三个，其测力方向与所述显示屏的平面垂直。

7. 如权利要求6所述的电子触摸屏的触点定位装置，其特征在于：所述测力电路模块至少为三个，所述测力传感器与所述测力电路模块分别一一对应连接，用于并行测量所述触摸压力。

8. 如权利要求6所述的电子触摸屏的触点定位装置，其特征在于：所述测力电路模块为一个，通过一个多路选择开关循环扫描接通所述各个测力传感器，用于对各个所述安装支撑点处的触摸压力进行循环扫描测量。

9. 如权利要求7或8任意一项所述的触摸屏的触点定位装置，其特征在于：所述显示装置为单独的显示屏，所述测力传感器安装在所述显示屏与显示屏壳体的连接点处。

10. 如权利要求7或8任意一项所述的触摸屏的触点定位装置，其特征在于：所述显示装置是包含有显示屏、外壳以及内部组件的显示器总成，所述测力传感器安装在所述显示器总成与固定安装位置的连接点处。

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