卡爾曼濾波在電容觸摸屏坐標定位中的應用

　　在公式(9)中，將每個通道的實際權重值和對應的通道數相乘，并將X或Y方向上所有通道的乘積值求和除以總的實際權重值，得出X或Y方向的觸摸坐標點。由于使用27*18的觸摸屏，所以上式中m=27，n=18。利用公式(9)計算出一組數據的坐標后，重復計算共50組數據坐標，再使用公式(10)，求出50組坐標的均值坐標便是最終求得的觸摸點定位坐標值。具體坐標定位流程圖如圖4所示。

　　在完成一次觸摸點的測試后，觸摸膜的基準電容值會發生變化，在進行下一次觸摸測試前，要進行基準電容值的更新 。可以通過下式實現：

(11)

　　其中，C_{new_refi}為修改后的基準電容值，C_refi為初始基準電容值，C_i為實時電容值。分別為初始基準電容值和實時電容值系數，兩者可以根據測試環境得到。

　　采集數據時，系統和人體觸碰穩定性不恒定，所以實際中某個通道的數據應該在一個理論值附近波動，為更好顯示數據之間關系和波形之間對比，有必要對采集的數據進行擬合，找出最大理論值。由圖2可知，整體區域數據理論上應該類似正態分布，因此，可以通過高斯曲線來擬合數據。選取將采集50組數據中的第一組數據通過MATLAB的cftool工具進行擬合，得出圖5所示的波形。從擬合曲線可知，除通道4和17外，其它通道數據均有效地分布在擬合曲線周圍，使整體擬合情況比較理想。

　　由于自電容X、Y方向的掃描和計算方式一樣，為減少工作量，試驗中僅選取觸摸屏Y通道(共18列)進行了3次測試，每次測試對每個通道分別采集50組數據。試驗中選取(10,9)坐標點作為觸摸點，為確保采集數據的穩定性，在觸摸時盡量使觸摸方式合理，排除其它人為因素影響。

4 濾波定位實現結果

　　從圖6可以看出，從第4個數據開始，數據值趨于相對穩定，其后的濾波波形幅值比濾波前更加收斂，數據更加集中。由圖6的擬合曲線可知，觸摸通道Y=9的理論值應在100左右，濾波后的波形圍繞它上下波動。圖7顯示所有通道數據在濾波后坐標定位波形，橫坐標表示觸摸通道的50組數據坐標定位點，大體上均圍繞在縱坐標表示的實際觸摸點上下波動。經過權重坐標算法處理，對濾波前后的數據分別進行坐標定位對比，得出3組試驗結果如表1所示。其中，Ave_weight和Ave_region分別為計算全部Y通道數據和計算局部觸摸范圍的數據。計算全部Y通道數據和僅計算觸摸區域Y通道數據，坐標定位的準確度相差無幾，因為觸摸區域外電容值改變量太小，可忽略不計，但濾波前后坐標定位卻存在不小差異，由此可見，濾波在一定程度上提高了坐標定位的準確度。

5 結論

　　本文針對觸摸屏觸摸采集的原始數據，采用卡爾曼濾波去除噪聲，還原有效數據后，結合權重坐標定位算法求均值，繪制出濾波前后的波形對比圖和坐標定位表。兩者很直觀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，提高觸摸屏坐標定位的準確度，因此具有很高的實用價值。

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本文來源于中國科技期刊《電子產品世界》2016年第9期第37頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。