一種電阻式觸摸屏機(jī)械安裝誤差的校正方法

馮 菁，馬勝前，王科寧，范滿紅

FENG Jing，MA Sheng-qian，WANG Ke-ning，F(xiàn)AN Man-hong

（西北師范大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院 電子信息工程系，蘭州 730070）

0 引言

觸摸屏是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的人機(jī)交互與控制設(shè)備，代替了大量繼電器、按鈕、指示燈等控制元件，大大縮減了控制設(shè)備的數(shù)量與體積，簡化了用戶操作，同時也提高了控制可靠性[2]。觸摸屏機(jī)械安裝之后由于LCD屏和觸摸傳感模塊之間產(chǎn)生的機(jī)械誤差會大大影響響應(yīng)精度，如果沒有合適的校準(zhǔn)，會導(dǎo)致按下一個按鈕或者圖標(biāo)時，軟件無法實現(xiàn)相應(yīng)操作[3]。文章將詳細(xì)論述利用“三點法”消除機(jī)械安裝誤差的方法。

1 電阻式觸摸屏誤差校正原理

當(dāng)按下觸摸屏上某一點時，觸摸屏控制器會計算出這點的X和Y坐標(biāo)。這個過程的精度會受到很多因素的 影響，比如電信號干擾、比例因子和機(jī)械誤差等。電信號的干擾主要來自顯示屏和背光、人為干擾、觸摸表面振動、以及由環(huán)境和使用者引起的靜電泄露和電磁脈沖[5]。比例因子和機(jī)械誤差是由于觸摸屏和顯示器本身以及裝配所引起的，就是說觸摸屏控制器和顯示器的分辨率大多數(shù)情況下并不匹配，所以需要比例因子是這兩個坐標(biāo)能夠?qū)?yīng)起來。觸摸屏控制器的坐標(biāo)和LCD顯示屏的坐標(biāo)有如下關(guān)系：

X = kX×X’ Y = kY×Y’.

式中：X方向比例因子為：kX= SX/S'X，Y方向比例因子為：kY= SY/S'Y

SX為觸摸屏控制器X方向的分辨率，SY為觸摸屏控制器Y方向分辨率；

S'X為LCD顯示器X方向的分辨率，S'Y為LCD顯示器Y方向分辨率；

其中kX和kY是簡單線性的，因為顯示器和觸摸屏控制器的分辨率是規(guī)則排布的[4]。但實際情況則根據(jù)元件的不同各有差異。如圖1所示。

LCD和觸摸屏X軸的比例為1，即kX=SX/S'X=1；而Y方向的比例因子kY= SY/S'Y=3.6/4=0.9。所以圖1中示意的點P（X',Y'）=（2,2.222）并不能通過分辨率來設(shè)定比例因子，需要通過校準(zhǔn)使得點（2,2）和（2,2.222）相互對應(yīng)。

圖1 分辨率誤差[5]

2 觸摸屏和顯示器的機(jī)械誤差

觸摸屏和顯示器安裝誤差包括移動誤差如圖2（a）所示和旋轉(zhuǎn)誤差如圖2（b）所示。圖（a）中標(biāo)示了LCD和觸摸屏在X和Y方向位置的變化量?X和?Y。圖（b）標(biāo)示了LCD和觸摸屏旋轉(zhuǎn)變化量?θ。假設(shè)點P在觸摸屏坐標(biāo)系中坐標(biāo)為（X’,Y’），但是在移動誤差產(chǎn)生之后P點坐標(biāo)則變成了（X’+?X，Y’+?Y），在旋轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生之后P點坐標(biāo)由（R×cosθ，R×sinθ）變成了（R×cos（θ-?θ），R×sin（θ-?θ）），其中R表示點P到原點C的距離。

校正觸摸屏其實就是將觸摸屏控制器所得到的坐標(biāo)能夠準(zhǔn)確的在LCD上顯示出點或者圖像。校正會得到一組比例因子，可以校正由于移動和偏轉(zhuǎn)引起的誤差。

圖2 機(jī)械安裝誤差[5]

設(shè)點P在顯示器上的坐標(biāo)為（X,Y）,而在觸摸屏上的坐標(biāo)為（X’,Y’），為了計算圖（a）和圖（b）中移動誤差和旋轉(zhuǎn)誤差所產(chǎn)生的比例因子，X可以表示為：

同理，觸摸屏上Y坐標(biāo)可以表示為：

通過方程1和2可以看出，要計算出αX，αY，βX，βY，?X和?Y這些參數(shù)，至少需要3個獨立的點，如圖3所示。假設(shè)三個獨立的點（X1,Y1）,（X2,Y2）,（X3,Y3）是在LCD屏上選取的，而另外三點（X'1,Y'1）（X'2,Y'2）（X'3,Y'3）是在觸摸屏上選取的，則可以利用方程1和2得到如下矩陣：

3 計算例證

本次研究以觸摸屏為東芝256K色3.5英寸，分辨率為240×320的TFT真彩液晶屏為例，觸摸屏核心開發(fā)板包含12bit數(shù)據(jù)總線，即為4096×4096，則在LCD屏上任意測量3點為（80,160），（180,240），（180,80）。而在校正過程中采集得到觸摸屏上對應(yīng)的這三點坐標(biāo)為（678,2169），（2807,1327），（2629,3367），則根據(jù)以上原理可以得到：

X=0.0615×X'+0.0052×Y'+5.5421，Y=-0.0163 ×X'+0.1868×Y'-9.1269

在許多的應(yīng)用中通常選取5個點，根據(jù)以上方法將點數(shù)擴(kuò)至5點同樣可以得到校正因子。

4 結(jié)束語

圖3 計算點數(shù)選擇比較

本次研究創(chuàng)新點在于利用圖形詳述了利用“三點法”消除電阻式觸摸屏由于機(jī)械安裝而引起的觸摸響應(yīng)誤差，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，再加以實際設(shè)計例證計算得到了誤差校正系數(shù)。

[1]許榮斌,謝瑩,朱永紅.觸摸屏校準(zhǔn)常用算法分析[J].工業(yè)控制計算機(jī),2006,19（4）：77-78.

[2]崔如春,譚海燕.電阻式觸摸屏的坐標(biāo)定位與筆畫處理技術(shù)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2004,（8）：49-50.

[3]胡晨峰.觸摸屏控制器ADS7846 在DragonBall 平臺上的應(yīng)用[J].電子器件,2003,26（3）：314-316

[4]宋成,孫廣富.觸摸屏在S3C2410 上的應(yīng)用實例[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2005,（1）：34-37,72.

[5]馮達(dá),吳星明.基于C8051F SPI 接口液晶觸摸屏的控制設(shè)計[J].微計算機(jī)信息,2005,21（7）：56-57,135.