关于电阻式触摸屏的线性校准问题.PDFVIP

关于电阻式触摸屏的线性校准问题 1 引言 阻性触摸屏与LCD 显示器上的各点很难完全准确配合，因此除了采用精确的机械装配技术校准之外， 在使用之前还必须进行软件校准。本文介绍的校准方法首先确定误差源，然后通过三个选定点导出触摸屏 的校准矩阵，并用软件方法来实施点与点之间对应关系的校准。掌握这种技术，对降低嵌入式系统的成本 至关重要。 图1 所示是一个阻性触摸屏的横截面，其结构十分简单，由上下相对放置的两层结构构成，FILM 和玻 璃的内表面涂上薄薄一层导电材料，并用一些透明绝缘隔离点（绝缘点）将导电表面隔开。当手指或铁笔 按压玻璃表面时，上层FILM 产生弯曲接触下层玻璃。这种结构中层间的距离决定了触摸屏的敏感度。层 间距离越近，敏感度越小，压力就要越大，以使两层结构可靠接触。 ITO涂层 Film 触笔或手指 玻璃或Film 绝缘点 图1 阻性触摸屏的横截面 图2 触摸屏的等效电路 图2 所示是触摸屏的等效电路。通过一个触摸屏控制器(AD 转换器)将电源的正、负极加到一块玻璃的 导电层两端，另一块玻璃上的导电层则起到一个电位计游标的作用。在玻璃上不同的触摸点，导电的情况 也不同，数字转换器上便会录得不同的测试电压值，然后控制器将录得的电压值转换成一个二维坐标：X 轴坐标和Y 坐标。这些控制器每秒钟可进行200 次或更多的采样。采样率通常与背景噪声和控制器质量有 关。智能控制器还具备其它一些功能，如检测到触摸时中断CPU、在检测到触摸前设定采样率连续进行采 样。没有触摸时，控制器处于待机状态。 由于阻性触摸屏结构简单、操作易懂、所需软硬件有多个厂商可供选择，因此可用于对成本敏感的设 计中。然而，由于触摸屏与它背后的显示器(LCD 或其它) 间的对应点很难完全配合，因此几乎所有带阻性 触摸屏的设备在出厂前均要经过一定的校准。否则在触摸屏上点击某一按钮或选择某项功能时，内置的软 件便无法对这一点击做出正确响应。 本文介绍的校准方法需要三个目标点/或测试点，然后依次进行触摸测试，以确定该显示屏特有的校准 因数。最后通过这些校准因数将触摸屏的对应点与实际显示的对应点完全对应起来。 2 误差的来源 有几个误差源会影响触摸屏控制器，使之无法产生正确的对应点X 和 Y 坐标。最主要的误差源是电 气噪声、机械误差及放大因子。此外，操作者的误操作也会有所影响，如手指或铁笔按压时间不够长或压 力不够大。以上所有误差均会产生无用数据，必须对它进行纠正补偿才能使触摸屏正常工作。 在各种电气系统中，由热效应或电磁效应以及系统设计缺陷引起的电气噪声无处不在。在触摸屏中， 由于AD 转换器的前端电路具有高输入阻抗，因此特别容易受到电气噪声的影响。除了对带有触摸屏控制 器的电路小心布局外，我们通常在AD 转换器输入端增加低通滤波器来解决这一问题。此外也可选择软件 方法，舍弃AD 转换中的最小的一、两位，并用算法将一些落在允许误差范围之外的数据点从采样流中去 除。这种软件算法也可消除由使用者产生的误差。 本文所阐述的校准方法可用来解决由于机械误差和放大因素引起的误差。图3 中的圆圈表示触摸屏下 的LCD 显示的图形，椭圆则表示当用户顺着LCD 显示的图像画圈时，触摸屏对应点的集合，不过有所夸 大。这个重建的图形显然经过一系列旋转、移位和放大，而且在每个方向变换的参数不一样。校准的重点 则是将触摸屏上显示的这个重建图形经过变换，换算出与LCD 显示的图形相一致的对应点集合。 图3 坐标对应关系示意图 3 校准的数学基础 为了得到一个通用解决方案，我们将每个点描述为一个数学参量。如图4 所示，可将LCD 显示器上 的每个点当作一个矢量PD ，而该点在触摸屏上对应的点则当作矢量P 。 此外，我们假设一个参量M ，通 过这个参量可将PD 与P 进行换算，即 PD = MP (1) 这里的M 是一个转换矩阵，也是我们要研究的对象。如果能得到转换矩阵M 中相关的数值，那么给 定触摸屏上任一点P ，我们就可换算出它在LCD 显示器上的对应点PD 。 现在假设LCD 显示器上的任一点都与触摸屏上的某点相对应，但要