觸摸屏數據采樣和濾波算法實現

摘要：針對當前手機開發中的觸摸屏模塊，該文介紹了觸摸屏坐標采樣，濾波，以及校準的算法。實驗表明這些算法能夠獲取準確的坐標數據，和手寫識別效果。

關鍵詞：觸摸屏；數據采樣；數據濾波

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)34-1965-01

Realization of Touch Panel Data Sampling and Filtering

WEI Jin，YU Yun

(Nanjing College of Inforrmation Technology， Nanjing 210046， China)

Abstract: Considering on the touch panel module in Mobile design ， this paper realizes some arithmetic for coordinate data sampling， data filtering and coordinate calibration. Simulation results show these methods has high performance in getting correct coordinate and identifying the words when writing.

Key words: touch panel; data sampling; data filtering

1 引言

在便攜式的電子類產品中，觸摸屏由于其輕便、占用空間少、方便靈活等優點，已經逐漸取代鍵盤成為嵌入式計算機系統的輸入設備?；谟|摸屏的輸入系統實際上是由觸摸屏、觸摸屏控制器、微控制器及其相應軟件構成的，本文從手機系統中觸摸屏硬件和軟件接口入手，分析觸摸屏的驅動，采樣，濾波及校準原理，及其軟件實現方法。

2 觸摸屏系統組成

觸摸屏軟件系統主要包括：軟件驅動，可分為串口驅動，SPI口驅動，I2C口驅動等；采樣坐標物理數據，對采樣數據的過濾；觸摸屏校準，通過對物理坐標的校準，映射為LCD的實際坐標。圖1為觸摸屏控制器的硬件接口示意圖，我們采用SPI口接口方式來驅動控制芯片，對于手機MCU端，我們采用GPIO口模擬SPI接口的方式來實現。

3 采樣坐標數據和濾波

當觸摸屏被點擊后，數據會從DOUT得到，但由于觸摸的時間長短我們并不能控制，以及觸摸的點可能有變動，所以必須在短時間內采樣多點，來判斷該點是否是有效點及對SPI口采樣的點進行濾波。濾波可以通過延時檢測坐標點采樣點的方式。

采樣點算法如下：

觸摸屏接口開始對坐標X和Y的模擬量進行采樣，根據試驗選取適合的的采集次數。這里使用9次采集，分別記入到ptx[TouchSample]和pty [TouchSample]數組中， TouchSample為采集次數。

為了減少運算量，將ptx[]和pty[]分別分三組取平均值，存儲在px[3]和py[3]中。

以處理X坐標為例：

px[0]=(ptx[0]+ptx[1]+ptx[2])/3；

px[1]=(ptx[3]+ptx[4]+ptx[5])/3；

px[2]=(ptx[6]+ptx[7]+ptx[8])/3；

計算以上三組數據的差值：

dlXDiff0=px[0]-px[1]；

dlXDiff1=px[1]-px[2]；

dlXDiff2=px[2]-px[0]；

然后對上述差值取絕對值，所得結果簡稱絕對差值：

dlXDiff0=dlXDiff0>0?dlXDiff0:-dlXDiff0；

dlXDiff1=dlXDiff1>0?dlXDiff1:-dlXDiff1；

dlXDiff2=dlXDiff2>0?dlXDiff2:-dlXDiff2；

（下轉第1968頁）

（上接第1965頁）

判斷上述計算的色對差值是否都超過差值門限，如果這3個絕對差值都超過門限值，判定這次采樣點為野點，拋棄采樣點，程序返回等待下次采樣。其中的差值門限需要根據試驗測試得到，本文取值為2。找出其中絕對差值最小的2組數據，再將它們作平均，同時賦值給X坐標，及為最終的采樣數據。

采樣數據得到后，具體濾波算法如下所述：

假設三次連續采樣時刻為T1、T2、T3（T3> T2>T1），采樣間隔為 10ms。由于采樣間隔遠小于人的反應時間，所以在前兩種操作模式下，如果采樣點有效，將T1和T3時刻的采樣值作平均。其平均值和T2時刻的采樣值比較一般不會大于某個門限，否則判定此次采樣點為野點。而對于采樣點有很大的跳變。跳變過程中的數據是不穩定的，雖然記入了數據，但被判定成無效的采樣點，所以需要在程序中定義一個靜態數組x[2]記錄相鄰的兩次采樣數據。只有當前后數據持續穩定一段時間，才認為這時的采樣點有效。程序中使用的間隔門限經多次實驗，設置為2。

在本系統中軟件開啟一個采樣任務，當觸摸筆按下后，產生中斷，軟件處理中斷同時新建一個采樣10ms定時器來進行多次采樣，當發現采樣的點大于兩個點時開始進行濾波處理，當觸摸筆抬起時關閉定時器。

4 坐標校準

系統中采樣3點校準。（XR0，YR0）， （XR1，YR1），（XR2，YR2）為采樣出的物理坐標，（X0，Y0）， （X1，Y1）， （X2，Y2）為LCD上實際的坐標并且與其物理坐標一一對應， 通過下面兩個方程解出相應的參數序列(A， B， C， D， E， F， K)，該序列及為觸摸屏的校準序列，K為公分母。

XR0 ＝ (AX0+ BY0 + C) / K； YR0 ＝ (DX0+ EY0 + F) / K

XR1 ＝ (AX1+ BY1 + C) / K； YR1 ＝ (DX1+ EY1 + F) / K

XR0 ＝ (AX2+ BY2 + C) / K； YR2 ＝ (DX2+ EY2 + F) / K

5 實驗結果

在手機軟件中，我們以LCD實際坐標點(50，20)，(60，80)，(128，160)為例，采樣的坐標為(2695，3515)， (2509，2657)， (1201，1513)， 根據上述校準算法得出的該LCD的校準序列(A， B， C， D， E， F， K))為:(-230608，0，836135192，0，-299952，1140234200，4288897)，經運算確認，可以得到LCD的比較正確的坐標點。

6 結束語

觸摸屏的驅動和濾波是現在很多手機開發中的一個重要模塊，本文中的采樣和濾波算法在手機開發中取得了良好的效果，在手寫識別中，也有較高的識別率，同時整個系統有較強的可移植性，可以方便用戶移植到其他平臺。

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