卡爾曼濾波在電容觸摸屏坐標(biāo)定位中的應(yīng)用

　　在公式(9)中，將每個(gè)通道的實(shí)際權(quán)重值和對(duì)應(yīng)的通道數(shù)相乘，并將X或Y方向上所有通道的乘積值求和除以總的實(shí)際權(quán)重值，得出X或Y方向的觸摸坐標(biāo)點(diǎn)。由于使用27*18的觸摸屏，所以上式中m=27，n=18。利用公式(9)計(jì)算出一組數(shù)據(jù)的坐標(biāo)后，重復(fù)計(jì)算共50組數(shù)據(jù)坐標(biāo)，再使用公式(10)，求出50組坐標(biāo)的均值坐標(biāo)便是最終求得的觸摸點(diǎn)定位坐標(biāo)值。具體坐標(biāo)定位流程圖如圖4所示。

　　在完成一次觸摸點(diǎn)的測(cè)試后，觸摸膜的基準(zhǔn)電容值會(huì)發(fā)生變化，在進(jìn)行下一次觸摸測(cè)試前，要進(jìn)行基準(zhǔn)電容值的更新 ?？梢酝ㄟ^(guò)下式實(shí)現(xiàn)：

(11)

　　其中，C_{new_refi}為修改后的基準(zhǔn)電容值，C_refi為初始基準(zhǔn)電容值，C_i為實(shí)時(shí)電容值。分別為初始基準(zhǔn)電容值和實(shí)時(shí)電容值系數(shù)，兩者可以根據(jù)測(cè)試環(huán)境得到。

　　采集數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)和人體觸碰穩(wěn)定性不恒定，所以實(shí)際中某個(gè)通道的數(shù)據(jù)應(yīng)該在一個(gè)理論值附近波動(dòng)，為更好顯示數(shù)據(jù)之間關(guān)系和波形之間對(duì)比，有必要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，找出最大理論值。由圖2可知，整體區(qū)域數(shù)據(jù)理論上應(yīng)該類(lèi)似正態(tài)分布，因此，可以通過(guò)高斯曲線(xiàn)來(lái)擬合數(shù)據(jù)。選取將采集50組數(shù)據(jù)中的第一組數(shù)據(jù)通過(guò)MATLAB的cftool工具進(jìn)行擬合，得出圖5所示的波形。從擬合曲線(xiàn)可知，除通道4和17外，其它通道數(shù)據(jù)均有效地分布在擬合曲線(xiàn)周?chē)?，使整體擬合情況比較理想。

　　由于自電容X、Y方向的掃描和計(jì)算方式一樣，為減少工作量，試驗(yàn)中僅選取觸摸屏Y通道(共18列)進(jìn)行了3次測(cè)試，每次測(cè)試對(duì)每個(gè)通道分別采集50組數(shù)據(jù)。試驗(yàn)中選取(10,9)坐標(biāo)點(diǎn)作為觸摸點(diǎn)，為確保采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，在觸摸時(shí)盡量使觸摸方式合理，排除其它人為因素影響。

4 濾波定位實(shí)現(xiàn)結(jié)果

　　從圖6可以看出，從第4個(gè)數(shù)據(jù)開(kāi)始，數(shù)據(jù)值趨于相對(duì)穩(wěn)定，其后的濾波波形幅值比濾波前更加收斂，數(shù)據(jù)更加集中。由圖6的擬合曲線(xiàn)可知，觸摸通道Y=9的理論值應(yīng)在100左右，濾波后的波形圍繞它上下波動(dòng)。圖7顯示所有通道數(shù)據(jù)在濾波后坐標(biāo)定位波形，橫坐標(biāo)表示觸摸通道的50組數(shù)據(jù)坐標(biāo)定位點(diǎn)，大體上均圍繞在縱坐標(biāo)表示的實(shí)際觸摸點(diǎn)上下波動(dòng)。經(jīng)過(guò)權(quán)重坐標(biāo)算法處理，對(duì)濾波前后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行坐標(biāo)定位對(duì)比，得出3組試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。其中，Ave_weight和Ave_region分別為計(jì)算全部Y通道數(shù)據(jù)和計(jì)算局部觸摸范圍的數(shù)據(jù)。計(jì)算全部Y通道數(shù)據(jù)和僅計(jì)算觸摸區(qū)域Y通道數(shù)據(jù)，坐標(biāo)定位的準(zhǔn)確度相差無(wú)幾，因?yàn)橛|摸區(qū)域外電容值改變量太小，可忽略不計(jì)，但濾波前后坐標(biāo)定位卻存在不小差異，由此可見(jiàn)，濾波在一定程度上提高了坐標(biāo)定位的準(zhǔn)確度。

5 結(jié)論

　　本文針對(duì)觸摸屏觸摸采集的原始數(shù)據(jù)，采用卡爾曼濾波去除噪聲，還原有效數(shù)據(jù)后，結(jié)合權(quán)重坐標(biāo)定位算法求均值，繪制出濾波前后的波形對(duì)比圖和坐標(biāo)定位表。兩者很直觀(guān)地顯示了卡爾曼濾波能有效的去除原始波形中的噪聲，還原有效信號(hào)，提高觸摸屏坐標(biāo)定位的準(zhǔn)確度，因此具有很高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]宋學(xué)瑞,蔡子裕,段青青.觸摸屏數(shù)據(jù)處理算法[J].計(jì)算機(jī)工程,2008,34(23):255-257.

　　[2]朱維安,鄭壽云,陳莉.電容式觸摸屏的坐標(biāo)定位分析[J].電子測(cè)量技術(shù)，2009，32(5)：13-15.

　　[3]鄭壽云.電容觸摸屏的研究[D].汕頭：汕頭大學(xué)，2009.

　　[4]李兵兵.電容式多點(diǎn)觸摸技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都電子科技大學(xué)，2011.

　　[5]周自立.電容式觸摸屏的多點(diǎn)解決方案[D].華南理工大學(xué)，2012.

　　[6]敦泰科技(深圳)有限公司.一種電容觸摸屏多點(diǎn)觸摸檢測(cè)方法[P].中國(guó)：CN101840295A,2010.09.22.

　　[7]洪錦維.電容式觸控技術(shù)入門(mén)及實(shí)例解析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

　　[8]李兵兵,黃子強(qiáng). 電容式多點(diǎn)觸摸屏的器件設(shè)計(jì)及算法實(shí)現(xiàn)[J].液晶與顯示，2011,26(2):216-219.

　　[9]李峰,朱濤,傅軍. 一種基于卡爾曼濾波的TOA定位算法[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2013，(1).116-118.

本文來(lái)源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第9期第37頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。