CN105511695A - 包括便携式设备和电容性触摸屏的识别和数据交换系统 - Google Patents

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CN105511695A CN201510652659.XA CN201510652659A CN105511695A CN 105511695 A CN105511695 A CN 105511695A CN 201510652659 A CN201510652659 A CN 201510652659A CN 105511695 A CN105511695 A CN 105511695A
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Abstract

一种包括便携式设备和电容性触摸屏的识别和数据交换系统。根据本发明的系统包括便携式电容性设备(200)，其在操作模式中旨在通过用户来携带。触摸屏以至少一个第一频率工作。该系统根据至少一个第一识别模式来工作，其中，便携式设备包括用于传输第一周期性模拟信号的传输装置(210,220,230)，所述第一周期性模拟信号以第二频率来传输，第二频率称作为“识别”频率，其与第一频率不同，该频率在通过人身体传输的频率范围内，所述第一信号是唯一的并且与用户相关。便携式触摸屏包括用于检测并识别所述第一信号的第一装置以及用于授权或拒绝对触摸屏的预定应用访问的第二装置，它们依赖于对用户的识别。系统的其它操作模式也是可能的。

Description

包括便携式设备和电容性触摸屏的识别和数据交换系统
技术领域
本发明的领域是包括电容性触摸屏的视觉显示装置的领域。本发明更具体的领域是与触摸屏进行信息交换，尤其是允许用户的安全识别的领域。需要这种交换类型的全部应用领域都会受到影响。不但涉及消费者领域，还涉及任何性质的交通运输领域(汽车、航空、铁路或海运)。
背景技术
当前的触摸系统不允许直接识别执行交互的人。因而，在共享的屏幕上，不可能对第一个人的触摸与第二个人的触摸进行区分，正如不可能拒绝未授权使用系统的第三人触摸一样。同样地，电容式面板上导电物体的偶然存在会引起不合时宜的触摸。
识别用户的这个问题能够利用指纹读取器来直接处理，比如“IPhone5”品牌的移动电话(其由“苹果”公司出售)上能够找到的，但是一旦未锁屏，则不能阻止第三方使用屏幕。实际上，系统仅识别操作者一次，即在解除锁屏的时刻。
发明内容
为了实现总体的安全性，在操作者利用一个或多个手指与触摸屏交互时，需要能够检测并识别操作者，同样地，在同一个屏幕上需要检测并识别出利用一个或多个手指同时或分别地执行操作的其它操作者。根据本发明的识别和数据交换系统提供了这种功能。更精确地，本发明的主题为包括便携式电容性设备和电容性触摸屏的识别和数据交换系统，在操作模式中，所述便携式电容性设备旨在通过用户来携带，触摸屏以至少一个第一频率工作，
其特点在于，所述系统根据至少一个第一识别模式来工作。
-便携式设备至少包括用于传输第一周期性模拟信号的传输装置，所述第一信号以至少一个第二频率来传输，第二频率称作为“识别”频率，所述第二频率与第一频率不同，所述频率在通过人身体传输的频率范围内，所述第一信号是唯一的并且与用户相关；
-便携式触摸屏包括用于检测并识别所述第一信号的第一装置和用于授权或拒绝对触摸屏的预定应用访问的第二装置，它们依赖于对用户的识别。
有利的是，所述系统根据至少一个第二数字数据交换模式来工作。
-便携式设备包括用于传输第二周期性模拟信号的装置，所述第二周期性模拟信号代表第一数字数据，所述第二信号以不同于第一频率的至少一个频率传输，所述便携式设备包括用于接收并分析来自触摸屏的第三接收信号的装置，所述第三接收信号代表第二数字数据，所述第三信号以不同于第一频率的至少一个频率传输。
-电容性触摸屏包括用于接收并分析第二信号的装置和用于传输第三信号的装置。
有利的是，便携式电容性设备包括其本身的接地装置。
有利的是，通过便携式电容性设备和/或电容性触摸屏传输的各种频率是正交的。
有利的是，便携式电容性设备包括用于分析用户的至少一个重要参数的至少一个传感器，并且电容性触摸屏具有依赖于所述重要参数的至少一个特定应用。
有利的是，便携式电容性设备包括用于与用户交互的触觉或视觉装置。
有利的是，便携式电容性设备包括用于与位置或方向检测系统交互的装置，所述装置被设计成结合已知的参考帧来检测其位置。
有利的是，便携式电容性设备包括用于与眼睛记录器交互的装置，所述装置被设计成检测用户观察的方向。
有利的是，便携式电容性设备包括用于与至少一个第二电容性触摸屏交换数据的装置。
有利的是，便携式电容性设备包括可充电的电池。
有利的是，便携式电容性设备采用环的形式，其意图在于佩戴在用户的腕部或手指上。此外，便携式电容性设备可以采用触针或笔的形式。
附图说明
根据阅读下面所提供的不具有限制性含义的描述，并且利用附图，将能更好地理解本发明，并且其它的优点将显现出，在这些附图中：
图1示出了根据本发明的识别和数据交换系统的操作模式；
图2示出了在根据本发明的识别和数据交换系统中所使用的各种频率；
图3示出了根据本发明的识别和数据交换系统的电路图。
具体实施方式
通过非限制性示例，图1示出了根据本发明的系统的图。根据本发明的识别和数据交换系统基本上包括电容性触摸屏100和由用户10携带的便携式电容性设备200。
如图3中可以看出，电容性触摸屏100包括：视觉显示屏110、矩阵触摸面板120及其专用电子部件130。矩阵120由导电的行和列组成，导电的行和列通常由“ITO”组成，“ITO”是“铟锡氧化物”的缩写。典型地，对于航空电子仪器的面板屏，这种触敏表面可以包括大约五十列和大约三十行。专用电子部件130基本上包括：
-用于传输旨在供应电力至行和列的第一周期性信号的装置；
-用于从行和列中接收第二周期性信号的装置；
-用于数字化处理接收到的信号的装置，接收到的信号允许确定在矩阵的行和列中引发的电容变化，因而允许定位由用户使用触摸面板的触点；
-视觉显示屏110的输入/输出界面，其允许根据检测到的触点来管理应用。
在所谓的“自电容”模式和/或“互电容”模式中，触摸检测可以是有效的。第一模式在于读取在矩阵中键网格的行和列。第二模式在于读取矩阵中行和列网格的每个交汇点。第一模式允许快速地检查触敏表面和触摸的可能坐标的位置。第二模式允许实际触摸与“假想”触摸分开。
此外，根据本发明的触敏表面包括特定的装置。它们是：
-第一装置，其用于检测和识别代表用户的第一外部信号；
-第二装置，其用于授权或拒绝对触摸屏的预定应用的访问，这依赖于所述第一信号的识别。
根据本发明的便携式电容性设备由用户10携带。该便携式电容性设备具有若干功能。所有的这些功能是基于便携式电容性设备通过使用触摸面板的信号传输和接收属性来传输和接收数字数据的能力，并且基于通过用户身体的频率传输的属性。在图1和图3中，由人身体的传输通过一系列的人形标志(chevron)来表征。在图2中，用户10首先与便携式电容性设备之间的电气连接，以及其次与触摸面板100之间的电气连接通过电容来表示。
便携式电容性设备采用环、或带、或手镯或手套的形式与用户电接触。同样地，便携式电容性设备可以呈现为触针或笔的形式。在图1中，设备200是布置成围绕在用户10的手腕上的环。设备200可以包括与用户的各种接口，如启动按钮、指示灯、显示屏、状态传感器或其它的触觉反馈装置。
设备200的第一个功能是识别用户的功能。它的第二个功能是与触摸面板交换数据的功能。它的第三个功能是与用户交互的功能。
设备200的第一个功能允许在用户触摸电容性触摸屏时被识别出。这个识别是利用由便携式物体发送至电容性触摸面板的信号来执行的，这个信号对每个用户是特定的。识别信号通过用户的身体而传输至用户的指尖之下。一旦识别出用户，系统则将相关的权限分配给用户。例如，设备200授权该用户在屏幕的特定区域上交互，或者相反地，禁止该用户访问屏幕的一个区域甚至全部区域。因而，重要的区域或者交互作用仅对具有授权的识别信号的用户是可用的。
传输的频率信号的频率和波形适用于通过人身体来传输。这个信号与电容性测量信号同时通过触敏表面的触摸控制器来解调。频率在低于1MHz的频率范围内。
便携式电容性设备包括允许用其本身的频率来产生信号的电子部件，在这些电子部件上调制串行信号。这个信号可以是重复的，并且包括识别符，可能的话，识别符在包括一组数字数据的通路包(container)之后。
每个便携式电容性设备在有限频域中的特定频率上传输，这通过触摸面板的触摸控制器来持续地进行检查。
触摸控制器具有对允许读取触摸屏的行和列的频率信号执行振幅解调的能力，同样地，具有解调来自便携式电容性设备的信号的能力。
如图2中可以看出，图2示出了依据它们的传输频率F的信号的振幅A，因而限定了两个频率空间，一个频率空间旨在针对便携式电容性设备，第二频率空间旨在针对触摸面板的电容性测量。对于ADSL传输，ADSL意为“非对称数字用户线”，频率有利地为“正交”的，且因而可以彼此独立地解调。如果对于处理电子部件的各种解调装置，两个信号的积分时间是相等的，则两个信号被称作为具有正交频率，这个积分时间是每个周期的整数倍。
便携式电容性设备不限制于识别码的简单传输。它的第二个功能是与触摸屏交换信息。
因而，便携式设备包括用于传输代表数字数据的周期性模拟信号的装置，所述信号以不同于触摸面板的测量频率的频率来传输。同样地，便携式设备包括用于接收并分析来自触摸屏的接收到的信号的装置，所述接收到的信号同样代表数字数据。
电容性触摸屏包括用于接收并分析来自便携式设备的信号的装置和用于传输其本身的数据信号的装置。
作为应用的一个示例，便携式电容性设备可以连接至外部存储器、便携式电话或者“智能电话”或者任何其它的数字信息源，因而允许此内容传输至触摸屏。
采用同样的方式，利用智能电话或等效的数字设备上的专用应用，用户能够利用其手指来指示数字内容，以执行计算机功能“复制”，然后能够将其手指放置在触摸屏上，以“粘贴”该内容。
便携式设备还可以具有其它的应用。因而，便携式电容性设备可以包括用于分析用户的重要参数或者情绪状态的一个或多个传感器。电容性触摸屏根据这些重要参数或者情绪状态，而能够包括一个或多个特定的应用。因而，便携式设备能够用作用于监控用户的健康和/或关注状态的装置，并且能够允许触摸屏适用于这种状态。作为触摸屏所适用的一个示例，将引用振动产生、显示的符号修改或者特定的警告消息产生。
相反地，触摸屏能够传输消息，所述消息包括引起便携式设备振动的触觉类型，或者包括引起合并在便携式设备中的灯或视觉显示屏打开的视觉类型，因而警告用户。
便携式设备能够用作批准连接至用于检测眼睛或者观察方向的装置或者眼睛记录器(oculometer)(也称作为术语“眼睛跟踪器”)的装置，眼睛记录器允许简单并快速地指示出选中的物体。这种指示方法特别适用于各种视觉显示屏。同样地，便携式电容性设备可以包括用于与位置和/或方向检测系统交互的装置，该装置被设计成检测与已知的参考帧相关的位置。
图3示出了根据本发明的便携式设备中的电子部件的基本子系统。其包括以下各种电子装置：
-电压发生器210；
-DAC转换器220；
-模拟传输/接收子系统230，其能够在导电部件240上产生并接收正弦电压。在图3的示图中，在接收模式中，来自触敏表面的发生器的电容性电流通过电阻器231来测量，电阻器231的数量级典型地为1KΩ；
-ADC转换器250；
-同步解调电路260；
-数字处理装置270，其用于处理来自同步解调的信号，该信号允许确定在矩阵的行和列中所引起的电容变化。每个解调器允许传送处理信号的振幅和相位；
-存储装置280，其用于存储便携式设备操作所需的各种数据，具体地，特别针对用户的识别码。
模拟电路230的电参考电位或者“接地”连接至与操作者的手接触的外部导电部件，以通过“接地”而获得基本的共模反馈。这个功能能够通过用户的衣服、头戴耳机、鞋子或者如果用户坐下的话则通过用户的座椅，而利用设备与用户之间的简单接触来自然地提供。
同样地，便携式电容性设备可以包括允许执行这个功能的本身的集成装置。合适长度的简易电缆足以提供接地返回。这个长度不超过几厘米。
供应至便携式设备的电力能够通过电池或者蓄电池来提供。在后者的情况下，便携式设备能够利用感应装置或者利用任何其它的无线或非接触可充电装置来进行再充电。在图3中未示出这种供应。

Claims (11)

1.一种识别和数据交换系统，其包括便携式电容性设备(200)和电容性触摸屏(100)，在操作模式中，所述便携式电容性设备旨在通过用户来携带，触摸屏以至少一个第一频率工作，
其特征在于，所述系统根据至少一个第一识别模式来工作，
-所述便携式设备至少包括用于传输第一周期性模拟信号的传输装置(210,220,230)，所述第一信号以至少一个第二频率来传输，第二频率称作为“识别”频率，所述第二频率与第一频率不同，所述频率在通过人身体传输的频率范围内，所述第一信号是唯一的并且与用户相关；
-所述便携式触摸屏包括用于检测并识别所述第一信号的第一装置以及用于授权或拒绝对触摸屏的预定应用访问的第二装置，它们依赖于对用户的识别；
-通过所述便携式电容性设备和/或电容性触摸屏传输的各种频率是正交的。
2.根据权利要求1所述的识别和数据交换系统，其特征在于，所述系统根据至少一个第二数字数据交换模式来工作，
-所述便携式设备包括用于传输第二周期性模拟信号的装置，所述第二周期性模拟信号代表第一数字数据，所述第二信号以不同于第一频率的至少一个频率传输，所述便携式设备包括用于接收并分析来自触摸屏的第三接收信号的装置，所述第三接收信号代表第二数字数据，所述第三信号以不同于第一频率的至少一个频率传输；
-所述电容性触摸屏包括用于接收并分析第二信号的装置和用于传输第三信号的装置。
3.根据前述权利要求之一所述的识别和数据交换系统，其特征在于，所述便携式电容性设备包括其本身的接地装置。
4.根据前述权利要求其中之一所述的识别和数据交换系统，其特征在于，所述便携式电容性设备包括用于分析用户的至少一个重要参数的至少一个传感器，并且所述电容性触摸屏具有依赖于所述重要参数的至少一个特定应用。
5.根据前述权利要求其中之一所述的识别和数据交换系统，其特征在于，所述便携式电容性设备包括用于与用户交互的触觉或视觉装置。
6.根据前述权利要求其中之一所述的识别和数据交换系统，其特征在于，所述便携式电容性设备包括用于与位置和/或方向检测系统交互的装置，所述装置被设计成结合已知的参考帧来检测其位置。
7.根据前述权利要求其中之一所述的识别和数据交换系统，其特征在于，所述便携式电容性设备包括用于与眼睛记录器交互的装置，所述装置被设计成检测用户观察的方向。
8.根据前述权利要求其中之一所述的识别和数据交换系统，其特征在于，所述便携式电容性设备包括用于与至少一个第二电容性触摸屏交换数据的装置。
9.根据前述权利要求其中之一所述的识别和数据交换系统，其特征在于，所述便携式电容性设备包括可充电的电池。
10.根据前述权利要求其中之一所述的识别和数据交换系统，其特征在于，所述便携式电容性设备采用环的形式，其意图在于佩戴在用户的腕部或手指上。
11.根据前述权利要求其中之一所述的识别和数据交换系统，其特征在于，所述便携式电容性设备采用触针或笔的形式。
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