电阻触摸屏多点触控算法的研究与实现

朱莉　权蕾

摘 要：触摸屏作为一种人机交互界面，已大量取代了以往的键盘、鼠标等人机沟通方式。电阻式触摸屏以其低廉的价格，稳定的性质更成为主打选择的触摸屏之一。在日常应用中，经常需要同时对多点进行操作。然而，触摸屏的触摸点之间会互相影响，而得出错误的触摸点坐标。本文优化了两点触摸的判断算法，实现了多点触控的正确识别和定位处理。经试验验证表明可以实现图像的放大、缩小、旋转等功能。

关键词：电阻触摸屏；多点触控；鬼点；采样点平均值

多点触控，是指能同时正确识别和定位两个或两个以上的触摸操作，能够独立判断每个触摸点的操作意义，并实现相应功能的技术。这是一种摆脱了传统的输入设备，简单而方便的人机交互操作模式。

多点触控技术目前有两种[1]：多点触控手势识别和多点触控位置识别。

目前市面上出现较多的方式是多点触控手势识别。手指同时触摸屏幕多点时，能够识别每个手指移动的方向，能够进行旋转、缩放、平移等操作，但还不能够判断出每个手指的具体位置。但两点触摸甚至多点触摸时，X、Y轴上会产生多个最大值，此时系统无法判断触摸点的准确位置。通常把并不是真正触摸的点叫做“鬼点”。

多点触控位置识别才是真正意义上的多点触控技术，可以识别到触摸点的具体位置，没有“鬼点”的现象。这种触控技术基于互电容检测方式，通过行列交叉处耦合电容Cm的变化判断触摸点。手指触摸时行列之间的互电容减小，可以判断触摸点存在，并且准确判断每一个触摸点位置。

1 电阻式触摸屏多点触摸技术

实现两点触摸，每个工作单元必须彼此独立，并且触摸点只能在同一个工作单元中。图1给出了电阻式触摸屏实现多点触摸的方法：在X1电极上加上电压，由Y1，Y2，Y3电极读取A、B、C触摸单元所检测到的X坐标；在以后的各个始终周期依次读取X2，X3的坐标。获得所有触摸单元的X坐标后，再依次给Y电极加上电压，以获得各个触摸单元的Y坐标，从而实现两点触摸[2]。

2 两点触摸判断算法实现

2.1剔除非触摸点

当触摸屏表面有触摸点时，上层的ITO导电层向下凹陷，发生形变，并接触到下层的ITO，接触点的两层ITO导电层之间存在一个电阻，当触摸的压力越大时，之间的电阻阻值就越小。通过计算相应阻值，可以得到触摸位置，但是想要正确识别出两点触摸的位置，就必须先剔除非触摸点。所谓非触摸点，就是指没有意愿的接触点。这些触摸点是随机的，而且是非有效触摸。比如，触摸力度较轻时，触摸屏ITO导电层的电阻处在接通与未接通的临界点，类似这样的触摸点就是非触摸点。这在没有意志支配的情况下产生的接触点，对整个检测没有意义的，所以必须将它们剔除。

考虑到非触摸点的随机性，两次测量的方法可将其剔除。若第一次测量的结果是有效值，但第二次测量的结果超出了整个触摸屏的阻值所规定的范围，是一个很大的值，则视其为无效值，该点即为非接触点，必将其剔除。反之，如果第二次测量的结果在整个触摸屏的阻值所规定的范围内，则视其为有效值，是有效的触摸点。2.2接触电阻的改进

触摸屏幕的压力大小不同，ITO导电层的电阻值也不同，也就是说轻触或重触触摸屏，产生的電阻是不同的。控制芯片可以测试出接触电阻的阻值大小，但是没法分辨出是轻触，还是重触，这只会影响判断触摸点的准确性，从而会影响整个触摸屏的可靠性。下图是图2是轻触的示意图。

在现阶段的方案中，接触电阻和压力成为影响触点坐标准确性的重要因素。如果接触电阻不大于方阻，不会影响坐标显示的准确性；如果大于方阻，就会出现跳跃点。比如，轻触触摸屏上的某一点，会造成电路接通不完全，对整个电路来说，它表现为测量电阻大，测得的值比实际值要大，那么它的坐标将会向后跳跃。与其相反的，如果是用力的重触触摸屏上的某一点时，坐标会前移。由此可见轻触或重触对接触电阻的测量值影响很大，接触电阻和压力成反比。

查阅过一些四线电阻式触摸屏的技术手册后发现：他们通常使用接触电阻小于2kΩ这个测试条件，来测试最小压力这个参数。在正常力度的压力下，一般接触电阻为2kΩ；如果压力更小，接触电阻则会大于2kΩ。由此可见，实际测量结果与所施加的压力存在动态变化，如果加在同一点上的力量是变化的，那么测量出的坐标点就是不确定的，所以这种测量方法仍然必须改进。

在此，分解一次完整的触摸过程：（1）手指接触到触摸屏表面，（2）手指对触摸屏逐步增加压力，（3）压力保持，（4）抬起手指，（5）手指的压力逐步减小，（6）手指离开触摸屏，整个触摸过程完成。分解过程之后可以发现，在这个过程中，手指对屏幕的压力并不是一个恒定不变的量。所以，细分整个过程，把不同时期得到的压力和接触电阻全部采样，然后求取平均值，那么这个值将更加接近实际数据，这就是用求平均值的最根本原因。用求平均值的方法可以模拟整个触摸过程，从而排除掉前期接触、后期接触或者中间接触时压力不稳等情况。

这个改进用一个循环来实现，多次执行读取采样函数，然后求平均值。由于A/D转换的速度很快，这给求平均值提供了有利的基础。按照程序设定，一共采样32次，在计算求平均值的时候，利用C语言中的左移，求得平均值。可以把这个求得的和左移5位，就得到平均值，这种计算方式十分便捷。另一个需要考虑的问题是时间，也就是A/D转换的速度问题。如果在完成一次触摸的整个过程中，采样的数目越多，对于触摸点平均取值就越接近实际数据，对确认触摸点坐标的影响也就越小。A/D转换数据读取过程的实现，以及改进后的算法如下：

第一步：接通触摸屏电流，循环读取32次A/D转换器的值，并求得这些值的总和。

第二步：将求得的总和值左移五位，求得平均值，并把该平均值作为有效的数据。

改进后的算法有效避免了不同压力对准确测量电阻值的影响，提高了数据的稳定性和可靠性。可以更加准确定位坐标，特别是屏幕中间区域的触摸点，效果尤其明显。

2.3边沿检测结果的改进

在进行测试画线的过程中，电压波形不是一条平滑的曲线，而是阶梯波，因此在采样过程中，有可能在电压上升沿或者下降沿采样，这样采样得到两个点之间的电压，并不代表这个点是处于采样得到的两个点直线之间的任何一个点，而是如图3所示，折线上的A点或者B点。这样会造成错误识别。在测试画线的时候，如果画线速度较快，第二次触摸时电压尚未稳定，会造成采样时的误读，落在电压变化的边沿，采样数据比A点（下降沿）样数据大，比B点（上升沿）小。理论上来说，的确存在一个跟这个采样数据对应的点，实际上选择的这个点不是A点，就是B点。下面来分析一下造成这种现象可能的原因。

首先是硬件电路，分两种情况：（1）在供给触摸屏的电路中有电容储能，或者旁路中的电容给阶梯的电压的变化造成了延缓，（2）在供电电路中存在比较大的电阻，电阻的电感特性影响较大，这两种情况都会导致电压变化的边沿拉长。此时采样的时机选在电压变化的边沿处的几率增大。

即便不存在硬件电路问题，也不能保证所有的点都直接跳变，不能保证采样的时机不在电压上升沿或者下降沿处。所以要想避免这个问题，不仅要考虑硬件电路问题，更要在现有的硬件电路基础上，在程序中剔除这些采样时机不对的点。因此，需要通过算法找出这些点，然后把它们剔除。基于这个思路，在2.2节中，已经对每个点采样32次，如果把这32个采样值中的最大值和最小值分别找出来，就能消除边沿处的采样值影响。这里的最大值是指在上一个阶梯下降时的采样值，最小值是指在本阶梯下降时的采样值，然后用32次采样的总和值减去这两个点的值。通过这种方法增加了采样数据的可信度，增强了触摸屏工作的可靠性。

2.4临界点的改进

關于触摸的临界点也有需要改进的地方。如图4所示，给出了触摸电阻随压力的变化而变化的曲线图。

由上图可以看出，如果是有效地触摸的话，电阻的变化率不会太大，如两接触临界点之间的电阻变化率就不是太大；但如果采样点正好落在接触临界点上，而且这个值小于2kΩ，那么，这个点就应该视为无效点，用采样的总和减去这个最大值的点就可以了。但是，如果在这一点上采样两次，它的影响就会明显表现出来了。检测出来的点将会使显示结果出现跳越。所以对这一类无效的点，最安全的做法就是将其直接剔除。可以在程序中设定：完成一次触摸以后，判断阻值的变化，比较最大值和最小值之间的差值，如果两个值的差值超过100Ω，则说明采样点在临界点上或者在临界点之外，判断为无效点，程序跳转到开始，重新开始检测点，这样就可以把这一类的点剔除掉。

参考文献：

[1] 宋学瑞，蔡子裕，段青青.触摸屏数据处理算法[J].计算机工程，2008，34（23）：255-257.

[2] 秦万治.多点触控技术的初步研究[D].[硕士学位论文].成都：电子科技大学，2010 .

[3] 荣昌，封王，鹏飞.在多点触摸技术[R].发展的调查.亚太会议可穿戴计算系统（通用武器控制系统），2010：363-366.

[4] 沈庭芳等.数字图像处理及模式识别[M]. 北京：北京理工大学出版社，2001：68-84.