專利名稱：利用電容式觸摸屏識(shí)別獨(dú)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(jī)、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(jī)、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(duì)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(shí)，觸點(diǎn)·的電容就會(huì)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(diǎn)是可以同時(shí)檢測到多個(gè)接觸點(diǎn)。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(duì)反應(yīng)。比如，觸摸屏手機(jī)在開機(jī)時(shí)，可以通過檢測人手觸摸0-9數(shù)字的順序可以達(dá)到識(shí)別密碼的效果，以檢測是否是手機(jī)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(dòng)以達(dá)到簽名的效果。可是至今，尚未有一套系統(tǒng)可以允許人體不需要在觸摸屏上挪動(dòng)，就可以達(dá)到讓電容式“觸摸屏電子設(shè)備”通過觸摸屏識(shí)別出獨(dú)特的外來物品，用來傳達(dá)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(dá)信息給“觸摸屏電子設(shè)備”的系統(tǒng)。為了實(shí)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(dá)信號(hào)的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)通過在不同時(shí)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(gè)接觸角。接觸角之間的距離各不一樣。電路包括一個(gè)或者多個(gè)繼電器、一個(gè)微控制單元(單片機(jī))、以及電池。通過對(duì)微控制單元的編程，微控制單元可以產(chǎn)生不同信號(hào)。用不同的信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)繼電器形成不同順序的開關(guān)控制。每個(gè)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(shí)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(dá)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(hào)讓繼電器關(guān)閉的時(shí)候，接觸角到人體的線路就斷開了，達(dá)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(shí)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(dá)到“觸摸屏電子設(shè)備”時(shí)，“觸摸屏電子設(shè)備”會(huì)通過本發(fā)明的軟件部分，來計(jì)算每次觸摸角的位置、時(shí)間、與接觸順序，然后將位置、時(shí)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(gè)微控制單元都設(shè)置不同的信號(hào)。每個(gè)獨(dú)特的信號(hào)都可以設(shè)置為一個(gè)獨(dú)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(gè)“觸摸屏電子設(shè)備”就可以鑒別具體是哪一個(gè)硬件在接觸它的觸摸屏，從而達(dá)到識(shí)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。·
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(diǎn)15連接點(diǎn)(連接導(dǎo)電海綿I)16連接點(diǎn)(連接導(dǎo)電海綿2)17連接點(diǎn)(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(shí)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(shí)，電容式觸摸屏?xí)敵鲭娏?，此電流通過接觸角(10)、(11)、(12)傳達(dá)到電路板(5)上面的(15)、(16)、(17)連接點(diǎn)(圖 3)。圖3是電路板結(jié)構(gòu)(圖2中的5是電路板)。連接點(diǎn)(15)、(16)接在繼電器(18)上。當(dāng)繼電器沒有電壓時(shí)，連接點(diǎn)(15)會(huì)通過繼電器與中間的輸出口(連接點(diǎn)14的輸出口)接通。這樣，觸摸屏輸出的電流就會(huì)流動(dòng)到連接點(diǎn)(14)。連接點(diǎn)(14)上接連著導(dǎo)線
(13)，將電流傳達(dá)到導(dǎo)電的頂部殼子(9)。人手拿著(9)，把這個(gè)硬件按在“觸摸屏電子設(shè)備”上，電流就會(huì)順著導(dǎo)線(13)傳輸?shù)綒ぷ樱賯鬏數(shù)饺耸?，從而產(chǎn)生回路。有了回路，電容式觸摸屏就會(huì)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(shí)，連接點(diǎn)(14)對(duì)應(yīng)的輸出口將會(huì)與連接點(diǎn)(15)對(duì)應(yīng)的輸出口斷開，而鏈接到連接點(diǎn)(16)對(duì)應(yīng)的輸出口。這時(shí)連接點(diǎn)(16)連著的接觸角(11)就會(huì)與人手導(dǎo)通。電容式觸摸屏就會(huì)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(gè)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(diǎn)(14)接通。而有電壓的時(shí)候，就會(huì)接通，允許觸摸屏感應(yīng)到接觸角(12)的位置?？刂七@兩個(gè)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(shí)間輸出信號(hào)分別給兩個(gè)繼電器產(chǎn)生電壓。有了這個(gè)電路板，當(dāng)微控制單元開始執(zhí)行命令時(shí)，三個(gè)接觸角就可以在不同時(shí)間分別與人手連通，與觸摸屏產(chǎn)生回路。觸摸屏就會(huì)感應(yīng)到不同時(shí)間不同的接觸角位置。這些數(shù)據(jù)會(huì)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(hào)。繼電器可以采用Omron公司的G6S-2F型號(hào)。此型號(hào)繼電器可以被ATtiny 13的輸出管直接驅(qū)動(dòng)。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(shí)，可以將兩個(gè)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(shí)輸出以增強(qiáng)功率。使用其他的微控制單元與繼電器組合也可以實(shí)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(dòng)三極管，再用三極管驅(qū)動(dòng)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(dá)到大約5伏的電壓來驅(qū)動(dòng)微控制單元。硬件整體是一個(gè)印章形狀。當(dāng)開關(guān)(3)打開時(shí)，微控制單元就會(huì)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(dá)到不同接觸點(diǎn)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(shí)候可以讓接觸角(10)通電,O. 5秒的時(shí)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(shí)，微控制單元會(huì)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(gè)接觸角時(shí)，會(huì)得到一個(gè)單位是像素的二維位置，簡稱X和Y。每兩個(gè)接觸點(diǎn)之間的距離可以根據(jù)勾股定理用軟件計(jì)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(huì)自動(dòng)開始等待接觸，也就是進(jìn)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(gè)特定的接觸情況，用來通知軟件什么時(shí)候開始以及結(jié)束記錄。比如，把接觸角(10)和接觸角(12)同時(shí)通電設(shè)置為特定信號(hào)(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(huì)判斷這個(gè)接觸是不是“接觸情況A” (如果只有ー個(gè)接觸角接觸，可以斷定肯定不是。如果有兩個(gè)接觸角接觸，用兩點(diǎn)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(gè)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(hào)確實(shí)是“接觸情況A”，程序就會(huì)進(jìn)入“記錄接觸”狀態(tài)，開始記錄下之后所有接觸角的時(shí)間、位置、與順序。直到程序再次檢測出“接觸情況A”的信號(hào)，才會(huì)停止記錄，并且進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)“計(jì)算機(jī)路的接觸數(shù)據(jù)，并且查詢數(shù)據(jù)庫”，在這個(gè)狀態(tài)中，程序會(huì)把記錄下的所有相鄰的接觸位置之間的時(shí)間差與距離進(jìn)行計(jì)算。這組距離就可以傳達(dá)到軟件后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢。如果數(shù)據(jù)庫里有對(duì)應(yīng)的時(shí)間與距離數(shù)據(jù)(一樣時(shí)間差、一樣距離、并且一樣順序)，軟件就會(huì)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(hào)印章”、“您簽了名”、或者其他和這組數(shù)據(jù)對(duì)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(shí)間差與距離數(shù)據(jù)是無效的。此時(shí)軟件會(huì)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(shí)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(shí)
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(shí)
當(dāng)我們把程序打開并且把硬件按在觸摸屏上吋，軟件會(huì)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(gè)組合在數(shù)據(jù)庫中 有記錄，則說明這個(gè)硬件是有效的，并且可以識(shí)別出是哪ー個(gè)獨(dú)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(diǎn)與點(diǎn)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(gè)特殊位置。只要保證硬件底部的三點(diǎn)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(huì)有ー個(gè)位置的誤差(比如海綿變形或者人手顫抖時(shí))。所以在與數(shù)據(jù)庫對(duì)比距離數(shù)據(jù)時(shí)，可以將相差不遠(yuǎn)(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(gè)或者多個(gè)接觸角。最少只需要ー個(gè)接觸角，依靠這個(gè)接觸角每次導(dǎo)通之間的時(shí)間的長短就可以得到不同的組合以傳達(dá)獨(dú)特信息的功能。但是，可控制的接觸角數(shù)量越多，在同一時(shí)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(dá)的信息內(nèi)容就越多。
權(quán)利要求
1.一套利用手機(jī)、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(shí)別獨(dú)特接觸物的系統(tǒng)，其特征是它包括硬件和軟件兩個(gè)部分，每套系統(tǒng)的硬件部分有一個(gè)微控制單元，每套硬件的微控制單元可以設(shè)置輸出獨(dú)特的信號(hào)，通過不同的信號(hào)可以使電容式觸摸屏檢測到在不同時(shí)間，不同位置的觸摸，每套硬件給出的獨(dú)特觸摸順序會(huì)被本系統(tǒng)的軟件部分識(shí)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(dú)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(shí)別獨(dú)特的硬件部分，利用硬件部分的獨(dú)特性，此系統(tǒng)可以達(dá)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(shí)，通過電路控制不同的接觸角，接觸角會(huì)在不同的時(shí)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(gè)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(gè)或者多個(gè)，它們連在電路板上，可以被電路的繼電器控制每一個(gè)接觸角與人體產(chǎn)生回路的時(shí)間段與順序，不同的接觸時(shí)間與順序可以得到獨(dú)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(gè)微控制單元，它的輸出口分別控制著一個(gè)或者多個(gè)繼電器，這些繼電器會(huì)控制接觸角與人手之間的回路，當(dāng)回路接通時(shí)，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(gè)微控制單元，它的輸出口分別控制著一個(gè)或者多個(gè)三極管，這些三極管會(huì)分別控制不同的一個(gè)或者多個(gè)繼電器，這些繼電器會(huì)控制接觸角與人手之間的回路，當(dāng)回路接通時(shí)，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(cuò)誤的觸摸信號(hào)。
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(gè)或多個(gè)觸摸點(diǎn)位置、觸摸順序、與觸摸時(shí)間，根據(jù)此三組數(shù)據(jù)，計(jì)算觸摸點(diǎn)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(shí)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(gè)接觸角，則不需要計(jì)算點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離，而是可以根據(jù)計(jì)算此接觸角每一次導(dǎo)通到下一次導(dǎo)通之間間隔的時(shí)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(shí)別。
全文摘要
一套利用手機(jī)、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(shí)別獨(dú)特接觸物的系統(tǒng)。它包括硬件和軟件兩個(gè)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(shí)間、與順序。通過獨(dú)特的位置、時(shí)間、與順序，軟件部分可以計(jì)算出一組獨(dú)特的數(shù)據(jù)。根據(jù)這組獨(dú)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(gè)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(hào)G06F3/044GK102915162SQ20111022339
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)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(qǐng)人:姜維