CN105094439B - 触摸屏装置的加速度传感器校准、倾角计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种触摸屏装置的加速度传感器校准、倾角计算方法及装置，该校准方法包括：在所述触摸屏装置的每一校准位置下，读取所述加速度传感器在各个轴的分量值，其中，所述触摸屏装置绕所述转轴旋转至不同角度以确定多个校准位置；在每一校准位置下，确定所述加速度传感器在各个轴的补偿值，并将利用所述补偿值对相应轴的分量值进行补偿，直至补偿后的分量值满足期望；在每一校准位置下，将所述加速度传感器在各个轴的补偿值保存为校准数据。本发明能够提高触摸屏装置360°旋转范围内的倾角计算精度。

Description

触摸屏装置的加速度传感器校准、倾角计算方法及装置

技术领域

本发明主要涉及触摸屏的校准和倾角计算技术，尤其涉及一种医疗触摸屏装置的加速度传感器校准、倾角计算方法及装置。

背景技术

在医疗设备或者其他工业设备中，触摸屏装置是进行人机交互的重要接口，具有重要的应用意义。在医疗设备中，触摸屏装置通常安装在旋转部件上，随着旋转部件的旋转而旋转，并根据其旋转的角度进行横、竖屏界面切换。

参考图1，在医疗设备或其他设备中，触摸屏装置100通常只围绕平行于Z轴的单个轴进行转动，设置在所述触摸屏装置中的加速度传感器反馈其在X轴和Y轴方向上的重力加速度分量，所述触摸屏装置基于X轴和Y轴方向的重力加速度分量计算其当前的倾角。因此，加速度传感器反馈的X轴和Y轴方向重力加速度的精度直接会影响触摸屏装置倾角的准确度.

为了提高倾角检测、计算的准确度，需要对触摸屏装置的加速度传感器进行校准。但是，现有技术的校准方法对加速度传感器校准后，根据加速度传感器反馈的在X轴和Y轴方向的重力加速度计算获得的触摸屏装置的倾角误差较大，尤其是在一些特定的旋转角度范围内，误差范围尤其大。

因此，需要解决触摸屏装置在旋转过程中，计算获得的倾角误差较大的问题，以提高0°～360°(或者说是-180°～180°)范围内触摸屏装置旋转时其倾角的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种触摸屏装置的加速度传感器校准、倾角计算方法及装置，能够提高触摸屏装置360°旋转范围内的倾角计算精度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种触摸屏装置的加速度传感器校准方法，所述触摸屏装置可绕转轴旋转，所述方法包括：

在所述触摸屏装置的每一校准位置下，读取所述加速度传感器在各个轴的分量值，其中，所述触摸屏装置绕所述转轴旋转至不同角度以确定多个校准位置；

在每一校准位置下，确定所述加速度传感器在各个轴的补偿值，并将利用所述补偿值对相应轴的分量值进行补偿，直至补偿后的分量值满足期望；

在每一校准位置下，将所述加速度传感器在各个轴的补偿值保存为校准数据。

根据本发明的一个实施例，所述触摸屏装置具有X轴方向和Y轴方向，所述转轴沿Z轴方向设置，所述X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相互垂直，所述触摸屏装置的多个校准位置包括：所述触摸屏装置的X轴正方向处于重力方向，所述触摸屏装置的X轴负方向处于重力方向，所述触摸屏装置的Y轴正方向处于重力方向，以及所述触摸屏装置的Y轴负方向处于重力方向。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种触摸屏装置的加速度传感器倾角计算方法，包括：

确定所述触摸屏装置的当前位置落入的作用范围，其中，所述作用范围对应于上述校准方法中的校准位置下的校准数据，所述多个校准位置下的校准数据对应的多个作用范围覆盖-180°至180°；

根据所述当前位置落入的作用范围，读取对应的校准数据；

使用所述校准数据对所述加速度传感器在各个轴的分量值进行补偿，并利用补偿后的分量值计算倾角。

根据本发明的一个实施例，所述多个作用范围中，相邻的作用范围具有重叠。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：如果计算得到的倾角落入计算时使用的作用范围，则保留所述计算得到的倾角；如果计算得到的倾角未落入计算时使用的作用范围，则根据所述计算得到的倾角重新确定该倾角落入的作用范围，并使用所述作用范围对应的校准数据重新计算倾角，直至计算得到的倾角落入计算时使用的作用范围。

根据本发明的一个实施例，所述校准位置对应的作用范围是以该校准位置为中心向两侧扩展预设角度而得到。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种触摸屏装置的加速度传感器校准装置，所述触摸屏装置可绕转轴旋转，所述装置包括：

分量值读取模块，在所述触摸屏装置的每一校准位置下，读取所述加速度传感器在各个轴的分量值，其中，所述触摸屏装置绕所述转轴旋转至不同角度以确定多个校准位置；

补偿模块，在每一校准位置下，确定所述加速度传感器在各个轴的补偿值，并将利用所述补偿值对相应轴的分量值进行补偿，直至补偿后的分量值满足期望；

存储模块，在每一校准位置下，将所述加速度传感器在各个轴的补偿值保存为校准数据。

根据本发明的一个实施例，所述触摸屏装置具有X轴方向和Y轴方向，所述转轴沿Z轴方向设置，所述X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相互垂直，所述触摸屏装置的多个校准位置包括：所述触摸屏装置的X轴正方向处于重力方向，所述触摸屏装置的X轴负方向处于重力方向，所述触摸屏装置的Y轴正方向处于重力方向，以及所述触摸屏装置的Y轴负方向处于重力方向。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种触摸屏装置的加速度传感器倾角计算装置，包括：

作用范围确定模块，确定所述触摸屏装置的当前位置落入的作用范围，其中，所述作用范围对应于上述所述校准装置的校准位置下的校准数据，所述多个校准位置下的校准数据对应的多个作用范围覆盖-180°至180°；

校准数据读取模块，根据所述当前位置落入的作用范围，读取对应的校准数据；

倾角计算模块，使用所述校准数据对所述加速度传感器在各个轴的分量值进行补偿，并利用补偿后的分量值计算倾角。

根据本发明的一个实施例，所述多个作用范围中，相邻的作用范围具有重叠。

根据本发明的一个实施例，如果计算得到的倾角落入计算时使用的作用范围，则所述倾角计算模块保留所述计算得到的倾角；如果计算得到的倾角未落入计算时使用的作用范围，则所述作用范围确定模块根据所述计算得到的倾角重新确定该倾角落入的作用范围，所述倾角计算模块使用所述作用范围对应的校准数据重新计算倾角，直至计算得到的倾角落入计算时使用的作用范围。

根据本发明的一个实施例，所述校准位置对应的作用范围是以该校准位置为中心向两侧扩展预设角度而得到。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的加速度传感器校准方法中，触摸屏装置绕转轴旋转至不同角度而得到多个不同的校准位置，在多个不同的校准位置分别确定加速度传感器在各个轴的补偿值。由此，倾角计算过程中，可以根据触摸屏装置的当前位置选择对应的校准数据进行校准，从而使得倾角计算结果更加精确。

附图说明

图1是现有技术中一种触摸屏装置的示意图；

图2是现有技术中触摸屏装置的倾角与输出加速度的关系曲线图；

图3是根据本发明实施例的加速度传感器校准方法中触摸屏装置的多个校准位置的示意图；

图4是根据本发明实施例的加速度传感器校准方法的流程示意图；

图5是根据本发明实施例的加速度传感器倾角计算方法中作用范围的分布示意图；

图6是根据本发明实施例的加速度传感器倾角计算方法的流程示意图；

图7是根据本发明实施例的加速度传感器校准装置的结构框图；

图8是根据本发明实施例的加速度传感器倾角计算装置的结构框图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

参考图1，现有技术中，触摸屏装置100的加速度传感器的校准方式仅对单个轴(X轴或Y轴)在重力方向的情况进行单位置校准，即，将触摸屏装置100的X轴或Y轴的正方向或负方向旋转到重力方向，根据加速度传感器感测到的各轴的输出分量值，向加速度传感器的寄存器中写入补偿数据，直到输出分量值稳定到期望的目标值。因此，该校准方式只能得到在该位置下的一组校准数据，当触摸屏装置100在360°范围内旋转时，计算其旋转到某一位置的倾角时，采用的校准数据均为同一组校准数据。

本案发明人注意到，采用上述方式校准后的加速度传感器通常会在旋转角度为某一范围内时分辨率较高，超过该范围后，分辨率开始降低。例如，当旋转角度在0°～60°或者0°～-60°范围时其分辨率较高，当旋转角度超过60°后其分辨率开始降低，越接近90°其分辨率越低。如图2所示，当旋转角度超过60°后，图2所示曲线变化平缓，因此使得基于所述加速度传感器反馈的各轴输出分量而获得的触摸屏装置100的倾角的误差有所增加，尤其是当旋转角度在90°附近时，计算获得的触摸屏装置100的倾角的误差较大，难以满足实际的要求。

通常，触摸屏装置只围绕沿Z轴的转轴进行转动，而加速度传感器在各个轴(例如X轴和Y轴)的分量会由于触摸屏装置的旋转发生变化，因此，本发明在多个校准位置下对各个轴的分量值进行补偿，以提高校准和倾角计算精度。

作为一个非限制性的例子，可以对触摸屏装置的X轴和Y轴在重力方向的四种情况都进行校准，从而可以得到四组不同校准位置情况下的校准数据。在进行倾角计算时，对于获得的四组校准数据，可以在360°范围内对其作用范围进行划分，即在不同的旋转角度范围内，使用不同的校准数据，使得多位置校准下每个校准数据的作用范围减小，但精确度更高，从而避免单一位置校准时部分角度误差较大的问题。

在作用范围划分中，可以在相邻作用范围设置重叠区域，以解决相邻作用范围边界可能存在跳变的问题。当旋转角度离开当前校准数据的作用范围而进入相邻校准数据的作用范围后，在新的校准数据基础上的计算得到的倾角不会再次落入原来校准数据的作用范围。

下面通过多个不同的实施例进行详细说明。

第一实施例

参考图1，触摸屏装置100的转轴沿Z轴方向设置，而触摸屏装置100还具有X轴方向和Y轴方向，例如，触摸屏装置100的显示平面可以位于X轴方向和Y轴方向界定的平面内。其中，X轴方向、Y轴方向和Z轴方向两两相互垂直。作为一个优选的实施例，触摸屏装置100的校准位置设置为4个，如图3所示，分别为：(1)触摸屏装置100的X轴正方向为重力方向；(2)触摸屏装置100的X轴负方向为重力方向；(3)触摸屏装置100的Y轴正方向为重力方向；(4)触摸屏装置100的Y轴负方向为重力方向。

参考图4，图4示出了根据本实施例的校准方法的流程图。

在401处开始。

在402处，将触摸屏装置设置为下一个校准位置。首次校准时，“下一个校准位置”可以是校准位置(1)至(4)中的任一位置。在后续校准过程中，“下一个校准位置”可以是校准位置(1)至(4)中的另一位置，直至遍历全部校准位置(1)至(4)。

在403处，读取加速度传感器在各轴的分量值。例如，读取加速度传感器在X轴方向和Y轴方向上的分量值。

在404处，判断读取到的分量值是否满足期望。该期望指的是读取到的分量值与符合真实情况的真实值的偏差在预设的误差范围内。如果判断结果为否，则转向405，在加速度传感器中写入补偿，例如，可以根据常规的补偿算法，在加速度传感器的寄存器中写入各个轴的补偿值。写入补偿值后，再次在403处读取分量值，并在404处进行判断。

如果404处的判断结果为是，则前进至406。

在406处，将当前的补偿值(即，使得补偿后的分量值满足期望的补偿值)保存为校准数据。

在407处，判断是否所有的校准位置都完成校准，如果结果为否，则返回402，继续进行下一个校准位置。

如果407处的判断结果为是，则前进至408，结束。

通过在上述四个校准位置下进行校准，可以获得4组校准数据。

第二实施例

为了简化说明，根据第二实施例的倾角计算方法使用的是前述第一实施例得到的校准数据。

对于得到的4组校准数据，可以分别确定每组校准数据的作用范围，也即校准数据与作用范围一一对应，每组校准数据分别适用于对应的作用范围。全部校准数据的作用范围需要覆盖-180°至180°。关于作用范围的确定方法，可以以校准位置为中心向两侧扩展预设的角度，例如校准位置为X轴正方向为重力方向，那么其作用范围可以是以当前位置为中心，向两侧各延伸预设的角度α，触摸屏装置的当前旋转角度为0度并延伸α后，确定的作用范围就是0度到±α。

另外，为了避免相邻作用范围之间的数据跳变，可以在相邻的作用范围之间设置重叠区域。

参考图5，作为一个非限制性的例子，可以将4组校准数据的作用范围的重叠区域设置为10°，由此，4组校准数据的作用范围分别为：

(1)校准数据1的作用范围为：-50°～50°；

(2)校准数据2的作用范围为：40°～140°；

(3)校准数据3的作用范围为：130°～180°以及-130°～-180°；

(4)校准数据4的作用范围为：-40°～-140°。

参考图6，图6示出了根据本实施例的倾角计算方法的流程图。

在601处开始。

在602处，读取初始校准数据。在刚开始计算时，初始校准数据可以是任意一组校准数据。或者，初始校准数据也可以是根据触摸屏装置的当前位置初步判断的校准数据，更加具体而言，可以根据触摸屏装置的当前位置初步判断当前位置所属的作用范围，然后使用该作用范围对应的校准数据。

在603处，将校准数据写入加速度传感器，例如，可以写入加速度传感器中的寄存器。

在604处，读取加速度传感器在各轴的分量值。

在605处，根据读取到的各轴分量值计算倾角，计算方法可以各种常规的算法。

在606处，判断是否结束，判断结果可以是多次计算结果都在预设的偏差范围内，或者其他适当的标准。如果判断结果为是，则前进至609，结束；如果判断结果为否，则转向607。

在607处，判断是否超出作用范围。具体而言，判断计算得到的倾角是否落入先前计算时使用的校准数据的作用范围，如果判断结果为否，表明计算得到的倾角与先前使用的校准数据不匹配，则返回603，重新写入校准数据，此时使用的校准数据是计算得到的倾角所属的作用范围对应的校准数据；如果判断结果为是，结束。

在608处，根据计算得到的倾角判断其落入哪一作用范围，并选择该作用范围对应的校准数据。之后返回603，写入校准数据，并再次执行604以及后续其他步骤，直至在609处结束。

由上，通过在四个校准位置对加速度传感器进行校准，并在不同校准数据的作用范围内选择相应的校准数据进行倾角计算，可以避免单一校准数据在部分位置误差较大的问题，大幅度提高倾角计算的准确性。

第三实施例

参考图7，图7示出了根据第三实施例的加速度传感器校准装置70的结构框图。该加速度传感器校准装置70包括：分量值读取模块71，在触摸屏装置100的每一校准位置下，读取加速度传感器在各个轴的分量值，其中，触摸屏装置100绕转轴旋转至不同角度以确定多个校准位置；补偿模块72，在每一校准位置下，确定加速度传感器在各个轴的补偿值，并将利用该补偿值对相应轴的分量值进行补偿，直至补偿后的分量值满足期望；存储模块73，在每一校准位置下，将加速度传感器在各个轴的补偿值保存为校准数据。

关于该加速度传感器校准装置70的更多信息，可以参照前述第一实施例的校准方法的相关描述。

第四实施例

参考图8，图8示出了根据第四实施例的加速度传感器倾角计算装置80的结构框图。该加速度传感器倾角计算装置80包括：作用范围确定模块81，确定触摸屏装置100的当前位置落入的作用范围，其中，作用范围对应于校准装置70的校准位置下的校准数据，多个作用范围覆盖-180°至180°；校准数据读取模块82，根据当前位置落入的作用范围，读取对应的校准数据；倾角计算模块83，使用校准数据对加速度传感器在各个轴的分量值进行补偿，并利用补偿后的分量值计算倾角。

关于该加速度传感器倾角计算装置80更多信息，可以参照前述第二实施例的倾角计算方法的相关描述。

需要说明的是，虽然上述多个实施例是以4个特定的校准位置为例进行说明，但是本发明的方案并不限于这4个特定的校准位置，校准位置还可以是其他适当的设置、例如，可以采用8个校准位置：(1)触摸屏装置的X轴正方向为重力方向；(2)触摸屏装置的X轴负方向为重力方向；(3)触摸屏装置的Y轴正方向为重力方向；(4)触摸屏装置的Y轴负方向为重力方向；(5)触摸屏装置的X轴正方向和Y轴正方向的中心线(或者称为角平分线)为重力方向；(6)触摸屏装置的Y轴正方向和X轴负方向的中心线(或者称为角平分线)为重力方向；(7)触摸屏装置的X轴负方向和Y轴负方向的中心线(或者称为角平分线)为重力方向；(8)触摸屏装置的Y轴负方向和X轴正方向的中心线(或者称为角平分线)为重力方向。

另外，本领域技术人员应当进一步理解，本文实施例中描述的各种模块、步骤可实现为电子硬件、计算机软件或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种模块、步骤是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种模块、步骤可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文公开的实施例描述的方法或步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种触摸屏装置的加速度传感器倾角计算方法，所述触摸屏装置可绕转轴旋转，其特征在于，包括：

在所述触摸屏装置的每一校准位置下，读取所述加速度传感器在各个轴的分量值，其中，所述触摸屏装置绕所述转轴旋转至不同角度以确定多个校准位置；

在每一校准位置下，确定所述加速度传感器在各个轴的补偿值，并利用所述补偿值对相应轴的分量值进行补偿，直至补偿后的分量值满足期望；

在每一校准位置下，将所述加速度传感器在各个轴的补偿值保存为校准数据；

确定所述触摸屏装置的当前位置落入的作用范围，其中，所述作用范围对应于所述校准位置下的校准数据，所述多个校准位置下的校准数据对应的多个作用范围覆盖-180°至180°，所述多个作用范围中，相邻的作用范围具有重叠；

根据所述当前位置落入的作用范围，读取对应的校准数据；

使用所述校准数据对所述加速度传感器在各个轴的分量值进行补偿，并利用补偿后的分量值计算倾角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述触摸屏装置具有X轴方向和Y轴方向，所述转轴沿Z轴方向设置，所述X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相互垂直，所述触摸屏装置的多个校准位置包括：所述触摸屏装置的X轴正方向处于重力方向，所述触摸屏装置的X轴负方向处于重力方向，所述触摸屏装置的Y轴正方向处于重力方向，以及所述触摸屏装置的Y轴负方向处于重力方向。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：如果计算得到的倾角落入计算时使用的作用范围，则保留所述计算得到的倾角；如果计算得到的倾角未落入计算时使用的作用范围，则根据所述计算得到的倾角重新确定该倾角落入的作用范围，并使用所述作用范围对应的校准数据重新计算倾角，直至计算得到的倾角落入计算时使用的作用范围。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校准位置对应的作用范围是以该校准位置为中心向两侧扩展预设角度而得到。

5.一种触摸屏装置的加速度传感器倾角计算装置，所述触摸屏装置可绕转轴旋转，其特征在于，包括：

分量值读取模块，在所述触摸屏装置的每一校准位置下，读取所述加速度传感器在各个轴的分量值，其中，所述触摸屏装置绕所述转轴旋转至不同角度以确定多个校准位置；

补偿模块，在每一校准位置下，确定所述加速度传感器在各个轴的补偿值，并将利用所述补偿值对相应轴的分量值进行补偿，直至补偿后的分量值满足期望；

存储模块，在每一校准位置下，将所述加速度传感器在各个轴的补偿值保存为校准数据；

作用范围确定模块，确定所述触摸屏装置的当前位置落入的作用范围，其中，所述作用范围对应于所述校准装置的校准位置下的校准数据，所述多个校准位置下的校准数据对应的多个作用范围覆盖-180°至180°，所述多个作用范围中，相邻的作用范围具有重叠；

校准数据读取模块，根据所述当前位置落入的作用范围，读取对应的校准数据；

倾角计算模块，使用所述校准数据对所述加速度传感器在各个轴的分量值进行补偿，并利用补偿后的分量值计算倾角。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述触摸屏装置具有X轴方向和Y轴方向，所述转轴沿Z轴方向设置，所述X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相互垂直，所述触摸屏装置的多个校准位置包括：所述触摸屏装置的X轴正方向处于重力方向，所述触摸屏装置的X轴负方向处于重力方向，所述触摸屏装置的Y轴正方向处于重力方向，以及所述触摸屏装置的Y轴负方向处于重力方向。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，如果计算得到的倾角落入计算时使用的作用范围，则所述倾角计算模块保留所述计算得到的倾角；如果计算得到的倾角未落入计算时使用的作用范围，则所述作用范围确定模块根据所述计算得到的倾角重新确定该倾角落入的作用范围，所述倾角计算模块使用所述作用范围对应的校准数据重新计算倾角，直至计算得到的倾角落入计算时使用的作用范围。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述校准位置对应的作用范围是以该校准位置为中心向两侧扩展预设角度而得到。