一种电阻式触摸屏机械安装误差的校正方法

冯 菁，马胜前，王科宁，范满红

FENG Jing，MA Sheng-qian，WANG Ke-ning，FAN Man-hong

（西北师范大学 物理与电子工程学院 电子信息工程系，兰州 730070）

0 引言

触摸屏是一种广泛应用于工业控制领域的人机交互与控制设备，代替了大量继电器、按钮、指示灯等控制元件，大大缩减了控制设备的数量与体积，简化了用户操作，同时也提高了控制可靠性[2]。触摸屏机械安装之后由于LCD屏和触摸传感模块之间产生的机械误差会大大影响响应精度，如果没有合适的校准，会导致按下一个按钮或者图标时，软件无法实现相应操作[3]。文章将详细论述利用“三点法”消除机械安装误差的方法。

1 电阻式触摸屏误差校正原理

当按下触摸屏上某一点时，触摸屏控制器会计算出这点的X和Y坐标。这个过程的精度会受到很多因素的 影响，比如电信号干扰、比例因子和机械误差等。电信号的干扰主要来自显示屏和背光、人为干扰、触摸表面振动、以及由环境和使用者引起的静电泄露和电磁脉冲[5]。比例因子和机械误差是由于触摸屏和显示器本身以及装配所引起的，就是说触摸屏控制器和显示器的分辨率大多数情况下并不匹配，所以需要比例因子是这两个坐标能够对应起来。触摸屏控制器的坐标和LCD显示屏的坐标有如下关系：

X = kX×X’ Y = kY×Y’.

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

SX为触摸屏控制器X方向的分辨率，SY为触摸屏控制器Y方向分辨率；

S'X为LCD显示器X方向的分辨率，S'Y为LCD显示器Y方向分辨率；

其中kX和kY是简单线性的，因为显示器和触摸屏控制器的分辨率是规则排布的[4]。但实际情况则根据元件的不同各有差异。如图1所示。

LCD和触摸屏X轴的比例为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。所以图1中示意的点P（X',Y'）=（2,2.222）并不能通过分辨率来设定比例因子，需要通过校准使得点（2,2）和（2,2.222）相互对应。

图1 分辨率误差[5]

2 触摸屏和显示器的机械误差

触摸屏和显示器安装误差包括移动误差如图2（a）所示和旋转误差如图2（b）所示。图（a）中标示了LCD和触摸屏在X和Y方向位置的变化量∆X和∆Y。图（b）标示了LCD和触摸屏旋转变化量∆θ。假设点P在触摸屏坐标系中坐标为（X’,Y’），但是在移动误差产生之后P点坐标则变成了（X’+∆X，Y’+∆Y），在旋转误差产生之后P点坐标由（R×cosθ，R×sinθ）变成了（R×cos（θ-∆θ），R×sin（θ-∆θ）），其中R表示点P到原点C的距离。

校正触摸屏其实就是将触摸屏控制器所得到的坐标能够准确的在LCD上显示出点或者图像。校正会得到一组比例因子，可以校正由于移动和偏转引起的误差。

图2 机械安装误差[5]

设点P在显示器上的坐标为（X,Y）,而在触摸屏上的坐标为（X’,Y’），为了计算图（a）和图（b）中移动误差和旋转误差所产生的比例因子，X可以表示为：

同理，触摸屏上Y坐标可以表示为：

通过方程1和2可以看出，要计算出αX，αY，βX，βY，∆X和∆Y这些参数，至少需要3个独立的点，如图3所示。假设三个独立的点（X1,Y1）,（X2,Y2）,（X3,Y3）是在LCD屏上选取的，而另外三点（X'1,Y'1）（X'2,Y'2）（X'3,Y'3）是在触摸屏上选取的，则可以利用方程1和2得到如下矩阵：

3 计算例证

本次研究以触摸屏为东芝256K色3.5英寸，分辨率为240×320的TFT真彩液晶屏为例，触摸屏核心开发板包含12bit数据总线，即为4096×4096，则在LCD屏上任意测量3点为（80,160），（180,240），（180,80）。而在校正过程中采集得到触摸屏上对应的这三点坐标为（678,2169），（2807,1327），（2629,3367），则根据以上原理可以得到：

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

在许多的应用中通常选取5个点，根据以上方法将点数扩至5点同样可以得到校正因子。

4 结束语

图3 计算点数选择比较

本次研究创新点在于利用图形详述了利用“三点法”消除电阻式触摸屏由于机械安装而引起的触摸响应误差，通过数学推导，再加以实际设计例证计算得到了误差校正系数。

[1]许荣斌,谢莹,朱永红.触摸屏校准常用算法分析[J].工业控制计算机,2006,19（4）：77-78.

[2]崔如春,谭海燕.电阻式触摸屏的坐标定位与笔画处理技术[J].仪表技术与传感器,2004,（8）：49-50.

[3]胡晨峰.触摸屏控制器ADS7846 在DragonBall 平台上的应用[J].电子器件,2003,26（3）：314-316

[4]宋成,孙广富.触摸屏在S3C2410 上的应用实例[J].单片机与嵌入式系统应用,2005,（1）：34-37,72.

[5]冯达,吴星明.基于C8051F SPI 接口液晶触摸屏的控制设计[J].微计算机信息,2005,21（7）：56-57,135.