專利名稱：利用電容式觸摸屏識別獨特接觸物的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用電容式觸摸屏的手機、筆記本電腦、平板電腦、以及其他具備電容式觸摸屏功能的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，許多手機、筆記本電腦、平板電腦、以及其他電子設(shè)備(在此說明書中統(tǒng)稱“觸摸屏電子設(shè)備”)都具有觸摸屏功能。通過人體(通常為手指)的接觸，觸摸屏可以感應(yīng)到具體接觸的位置，然后把觸摸位置傳送給處理器，這些“觸摸屏電子設(shè)備”就可以根據(jù)觸摸的位置而做出相對的反應(yīng)。電容式觸摸屏是目前“觸摸屏電子設(shè)備”常用的一種技術(shù)之一。它的工作原理是在觸摸屏的玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)手指觸摸在金屬層上時，觸點·的電容就會發(fā)生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過測量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息。電容式觸摸屏的優(yōu)點是可以同時檢測到多個接觸點。電容式“觸摸屏電子設(shè)備”可以檢測到人手指不同觸摸的位置與順序，而做出相對反應(yīng)。比如，觸摸屏手機在開機時，可以通過檢測人手觸摸0-9數(shù)字的順序可以達到識別密碼的效果，以檢測是否是手機的主人。又比如，人可以用手指直接在“觸摸屏電子設(shè)備”上挪動以達到簽名的效果?？墒侵两瘢形从幸惶紫到y(tǒng)可以允許人體不需要在觸摸屏上挪動，就可以達到讓電容式“觸摸屏電子設(shè)備”通過觸摸屏識別出獨特的外來物品，用來傳達以及辨認(rèn)信息的效
果O

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能通過電容式觸摸屏而傳達信息給“觸摸屏電子設(shè)備”的系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種可控制的向電容式觸摸屏傳達信號的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)通過在不同時間，在觸摸屏上的不同位置，用不同順序的觸摸，而傳輸信息給“觸摸屏電子設(shè)備”。這套系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。硬件包括與觸摸屏接觸的底部、用來控制接觸世界、位置、和順序的電路、以及與人體接觸的殼子。底部有多個接觸角。接觸角之間的距離各不一樣。電路包括一個或者多個繼電器、一個微控制單元(單片機)、以及電池。通過對微控制單元的編程，微控制單元可以產(chǎn)生不同信號。用不同的信號可以驅(qū)動繼電器形成不同順序的開關(guān)控制。每個開關(guān)控制的一頭接在底部的接觸角上，另外一頭接在殼子上。當(dāng)繼電器允許通電的時候，電容觸摸屏?xí)鬏旊娏鞯浇佑|角，這些電流通過接觸角上的導(dǎo)線傳輸?shù)饺耸侄a(chǎn)生回路，因此而達到等同于人體直接接觸的效果。然而，當(dāng)微控制單元輸出信號讓繼電器關(guān)閉的時候，接觸角到人體的線路就斷開了，達到等同于人體停止接觸的效果。就這樣，用微控制單元輸出給繼電器不同時間段不同的開關(guān)順序，可以控制底部的接觸角不同的接觸順序。當(dāng)這些接觸順序傳達到“觸摸屏電子設(shè)備”時，“觸摸屏電子設(shè)備”會通過本發(fā)明的軟件部分，來計算每次觸摸角的位置、時間、與接觸順序，然后將位置、時間、和順序翻譯為可以應(yīng)用的信息。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的硬件部分可以批量生產(chǎn)，并且可以每一個微控制單元都設(shè)置不同的信號。每個獨特的信號都可以設(shè)置為一個獨特的鑰匙、印章、或者簽名使用。這樣，通過本發(fā)明的軟件，一個“觸摸屏電子設(shè)備”就可以鑒別具體是哪一個硬件在接觸它的觸摸屏，從而達到識別唯一性的效果。有了本發(fā)明，“觸摸屏電子設(shè)備”可以通過觸摸屏鑒別可作為鑰匙、印章、簽名功能的硬件部分。


圖I是系統(tǒng)硬件部分的外觀圖。圖2是系統(tǒng)硬件部分的零件裝配關(guān)系圖。圖3是系統(tǒng)硬件部分的電路示意圖?！?br> 圖4是系統(tǒng)軟件部分的流程圖附圖中11. 2 伏電池 X 42電池盒3 開關(guān)4 導(dǎo)線5 電路(圖 3)6圓形洞口7底部殼子(絕緣體)8電路板電源接頭9頂部殼子(導(dǎo)體)10導(dǎo)電海綿I11導(dǎo)電海綿212導(dǎo)電海綿313 導(dǎo)線14連接導(dǎo)線點15連接點(連接導(dǎo)電海綿I)16連接點(連接導(dǎo)電海綿2)17連接點(連接導(dǎo)電海綿3)18 繼電器 I (Omron 公司的 G6S-2F)19 繼電器 2 (Omron 公司的 G6S-2F)20微控制單元(ATMEL公司的ATtinyl3)
具體實施例方式硬件部分圖I所示的硬件底部導(dǎo)電海綿做的接觸角(10)、(11)、(12)通過圖2所示的底部殼子(7)上面的洞(6)穿過，用來接觸電容式“觸摸屏電子設(shè)備”的觸摸屏。當(dāng)接觸時，電容式觸摸屏?xí)敵鲭娏?，此電流通過接觸角(10)、(11)、(12)傳達到電路板(5)上面的(15)、(16)、(17)連接點(圖 3)。圖3是電路板結(jié)構(gòu)(圖2中的5是電路板)。連接點(15)、(16)接在繼電器(18)上。當(dāng)繼電器沒有電壓時，連接點(15)會通過繼電器與中間的輸出口(連接點14的輸出口)接通。這樣，觸摸屏輸出的電流就會流動到連接點(14)。連接點(14)上接連著導(dǎo)線
(13)，將電流傳達到導(dǎo)電的頂部殼子(9)。人手拿著(9)，把這個硬件按在“觸摸屏電子設(shè)備”上，電流就會順著導(dǎo)線(13)傳輸?shù)綒ぷ?，再傳輸?shù)饺耸?，從而產(chǎn)生回路。有了回路，電容式觸摸屏就會檢測到接觸角接觸的位置。但是當(dāng)繼電器(18)的正負(fù)極有了電壓時，連接點(14)對應(yīng)的輸出口將會與連接點(15)對應(yīng)的輸出口斷開，而鏈接到連接點(16)對應(yīng)的輸出口。這時連接點(16)連著的接觸角(11)就會與人手導(dǎo)通。電容式觸摸屏就會檢查到
(11)接觸的位置。相似的，(17)是連在接觸角(12)的。另外一個繼電器(19)在沒有電壓的情況下，不允許導(dǎo)線(17)與導(dǎo)線點(14)接通。而有電壓的時候，就會接通，允許觸摸屏感應(yīng)到接觸角(12)的位置?？刂七@兩個繼電器的電壓是靠微控制單元(20)供給。微控制·單元應(yīng)在之前已經(jīng)編輯好程序，可以控制讓PBO和PB4分別在不同時間輸出信號分別給兩個繼電器產(chǎn)生電壓。有了這個電路板，當(dāng)微控制單元開始執(zhí)行命令時，三個接觸角就可以在不同時間分別與人手連通，與觸摸屏產(chǎn)生回路。觸摸屏就會感應(yīng)到不同時間不同的接觸角位置。這些數(shù)據(jù)會有軟件來處理(參考“軟件部分”)。微控制單元可以采用Atmel公司的ATtiny 13型號。繼電器可以采用Omron公司的G6S-2F型號。此型號繼電器可以被ATtiny 13的輸出管直接驅(qū)動。如果采取其他品牌繼電器，并遇到微控制單元輸出不足功率時，可以將兩個或更多的微控制單元輸出管腳并接到繼電器上，并且設(shè)置同時輸出以增強功率。使用其他的微控制單元與繼電器組合也可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。另外，為了增加電路穩(wěn)定性，也可以在微控制單元與繼電器之間加上三極管。用微控制單元驅(qū)動三極管，再用三極管驅(qū)動繼電器。圖2顯示零件的拼裝。電源接頭(8)是給微控制單元供電的電源，連接的是電池盒的導(dǎo)線(4)。導(dǎo)線中斷的位置是用來放置開關(guān)(3)。導(dǎo)線連接著電池盒的正負(fù)極。電池盒里放有電池四節(jié)，以達到大約5伏的電壓來驅(qū)動微控制單元。硬件整體是一個印章形狀。當(dāng)開關(guān)(3)打開時，微控制單元就會開始控制記錄好的順序來讓繼電器產(chǎn)生電壓然后消失電壓，以達到不同接觸點通電到人手的目的。微控制單元可以設(shè)置為每半秒變換一次指令。t匕如，在O秒的時候可以讓接觸角(10)通電,O. 5秒的時候讓接觸角(11)和(12) —起通電。當(dāng)這組記錄的順序完整播放完一遍時，微控制單元會反復(fù)地循環(huán)播放。人手拿著硬件頂部(9)按到電容式觸摸屏上即可工作。軟件部分每當(dāng)觸摸屏感應(yīng)到硬件部分的每個接觸角時，會得到一個單位是像素的二維位置，簡稱X和Y。每兩個接觸點之間的距離可以根據(jù)勾股定理用軟件計算
距離 ^~(X2 — X1)2 + (Y2 - Y1)2圖4是軟件的流程圖。將本發(fā)明的軟件安裝在“觸摸屏電子設(shè)備”后，將軟件打開。程序就會自動開始等待接觸，也就是進入圖4中的“檢查接觸”狀態(tài)。在硬件控制的接觸順序里，需要設(shè)置一個特定的接觸情況，用來通知軟件什么時候開始以及結(jié)束記錄。比如，把接觸角(10)和接觸角(12)同時通電設(shè)置為特定信號(暫且命名為“接觸情況A”)。在“檢查接觸”狀態(tài)中，程序一旦檢測到接觸，就會判斷這個接觸是不是“接觸情況A” (如果只有ー個接觸角接觸，可以斷定肯定不是。如果有兩個接觸角接觸，用兩點的距離來判斷)。如果不是“接觸情況A”，比如說只有接觸角(10) —個通電，就不做任何反應(yīng)而繼續(xù)等待“接觸 情況A”。如果收到的信號確實是“接觸情況A”，程序就會進入“記錄接觸”狀態(tài)，開始記錄下之后所有接觸角的時間、位置、與順序。直到程序再次檢測出“接觸情況A”的信號，才會停止記錄，并且進入下一個狀態(tài)“計算機路的接觸數(shù)據(jù)，并且查詢數(shù)據(jù)庫”，在這個狀態(tài)中，程序會把記錄下的所有相鄰的接觸位置之間的時間差與距離進行計算。這組距離就可以傳達到軟件后臺的數(shù)據(jù)庫進行查詢。如果數(shù)據(jù)庫里有對應(yīng)的時間與距離數(shù)據(jù)(一樣時間差、一樣距離、并且一樣順序)，軟件就會做出相應(yīng)的反應(yīng)，比如顯示“您的鑰匙有效”、“您用的是I號印章”、“您簽了名”、或者其他和這組數(shù)據(jù)對應(yīng)的消息。如果記錄下來的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫里找不到，證明這組時間差與距離數(shù)據(jù)是無效的。此時軟件會顯示“您的鑰匙無效”、“您的印章無效”、“您的簽名無效”、或者其他消息，然后重新返回“檢查接觸”狀態(tài)。舉例說明，假設(shè)底部的接觸角是A，B，C。A與B之間的距離是100像素(px)。B與C之間的距離是200像素?？梢园选敖佑|情況A”設(shè)置為A與C同時接通，然后在微控制單元里記錄ー組接通順序，如下 開始(O秒)A，C同時
O. 5 秒A
I. O 秒B
I. 5 秒C
2. O 秒A
結(jié)束(2. 5秒)A，C同時
當(dāng)我們把程序打開并且把硬件按在觸摸屏上吋，軟件會記錄以下數(shù)據(jù)
距離 I (A-B) IOOpx, O. 5 秒
距離 2 (B-C) :200ρχ,0·5 秒
距離 3 (C-A) :300ρχ,0·5 秒
如果{(ΙΟΟρχ, O. 5秒)，(200px, O. 5秒)，(300px, O. 5秒)}這個組合在數(shù)據(jù)庫中 有記錄，則說明這個硬件是有效的，并且可以識別出是哪ー個獨特的鑰匙、印章、或者簽名。如果數(shù)據(jù)庫中沒有記錄，則是無效的。由于軟件處理的是點與點之間的距離數(shù)據(jù)，硬件部分不需要特意按在“觸摸屏電子設(shè)備”上的某個特殊位置。只要保證硬件底部的三點都接觸在觸摸屏上即可。需要注意的是，硬件在觸摸屏上觸摸會有ー個位置的誤差(比如海綿變形或者人手顫抖時)。所以在與數(shù)據(jù)庫對比距離數(shù)據(jù)時，可以將相差不遠(比如20像素)的距離值視為同等。另外需要注意的是，硬件部分底部可以有ー個或者多個接觸角。最少只需要ー個接觸角，依靠這個接觸角每次導(dǎo)通之間的時間的長短就可以得到不同的組合以傳達獨特信息的功能。但是，可控制的接觸角數(shù)量越多，在同一時間段內(nèi)可以得到不同距離的數(shù)據(jù)組合就越多，因此傳達的信息內(nèi)容就越多。
權(quán)利要求
1.一套利用手機、筆記本電腦、平板電腦、以及其他電子設(shè)備的電容式觸摸屏而識別獨特接觸物的系統(tǒng)，其特征是它包括硬件和軟件兩個部分，每套系統(tǒng)的硬件部分有一個微控制單元，每套硬件的微控制單元可以設(shè)置輸出獨特的信號，通過不同的信號可以使電容式觸摸屏檢測到在不同時間，不同位置的觸摸，每套硬件給出的獨特觸摸順序會被本系統(tǒng)的軟件部分識別，通過在數(shù)據(jù)庫里搜索觸摸順序可以得出結(jié)果知道是在使用哪一套獨特的硬件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是可以利用電容式觸摸屏來識別獨特的硬件部分，利用硬件部分的獨特性，此系統(tǒng)可以達到鑰匙、印章、或者簽名的功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)硬件部分，其特征是包括與觸摸屏接觸的導(dǎo)電接觸角、電路、電池、開關(guān)、以及殼子，在電池供電并且開關(guān)打開時，通過電路控制不同的接觸角，接觸角會在不同的時間通電，將電容式觸摸屏產(chǎn)生的電流引導(dǎo)至人體。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)硬件部分，其特征是硬件不需要特意按在觸摸屏的某個位置，只要所用到的接觸角與屏幕接觸即可。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接觸角的使用方法，其特征是需要導(dǎo)電，可以有一個或者多個，它們連在電路板上，可以被電路的繼電器控制每一個接觸角與人體產(chǎn)生回路的時間段與順序，不同的接觸時間與順序可以得到獨特的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征是有一個微控制單元，它的輸出口分別控制著一個或者多個繼電器，這些繼電器會控制接觸角與人手之間的回路，當(dāng)回路接通時，電容式觸摸屏?xí)z測到接通的接觸角的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征是有一個微控制單元，它的輸出口分別控制著一個或者多個三極管，這些三極管會分別控制不同的一個或者多個繼電器，這些繼電器會控制接觸角與人手之間的回路，當(dāng)回路接通時，電容式觸摸屏?xí)z測到接通的接觸角的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的殼子的使用方法，其特征是殼子不一定是密封的，上面的殼子需要有導(dǎo)電的部分以接觸人體用來與觸摸屏產(chǎn)生回路，下面的殼子需要是絕緣的以避免觸摸屏產(chǎn)生錯誤的觸摸信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)軟件部分，其特征是可接受觸摸屏記錄的一個或多個觸摸點位置、觸摸順序、與觸摸時間，根據(jù)此三組數(shù)據(jù)，計算觸摸點之間的距離，然后通過在數(shù)據(jù)庫里查詢距離數(shù)據(jù)是否相符而得出硬件部分的識別。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)軟件部分，其特征是如果只采取一個接觸角，則不需要計算點與點之間的距離，而是可以根據(jù)計算此接觸角每一次導(dǎo)通到下一次導(dǎo)通之間間隔的時間，在數(shù)據(jù)庫里查詢這組數(shù)據(jù)而得出硬件部分的識別。
全文摘要
一套利用手機、筆記本電腦、平板電腦、以及其他電子設(shè)備的電容式觸摸屏而識別獨特接觸物的系統(tǒng)。它包括硬件和軟件兩個部分。硬件部分可以控制底部接觸角與電容式觸摸屏接觸的位置、時間、與順序。通過獨特的位置、時間、與順序，軟件部分可以計算出一組獨特的數(shù)據(jù)。根據(jù)這組獨特的數(shù)據(jù)，具有電容式觸摸屏功能的設(shè)備就可以判斷出是哪一個硬件在接觸，并且判斷是否有效。這套系統(tǒng)可以利用電容式觸摸屏來模仿鑰匙、印章、或者簽名的效果。
文檔編號G06F3/044GK102915162SQ20111022339
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者姜維 申請人:姜維