专利名称：利用电容式触摸屏识别独特接触物的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用电容式触摸屏的手机、笔记本电脑、平板电脑、以及其他具备电容式触摸屏功能的电子设备。
背景技术：
目前，许多手机、笔记本电脑、平板电脑、以及其他电子设备(在此说明书中统称“触摸屏电子设备”)都具有触摸屏功能。通过人体(通常为手指)的接触，触摸屏可以感应到具体接触的位置，然后把触摸位置传送给处理器，这些“触摸屏电子设备”就可以根据触摸的位置而做出相对的反应。电容式触摸屏是目前“触摸屏电子设备”常用的一种技术之一。它的工作原理是在触摸屏的玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，触点·的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。电容式触摸屏的优点是可以同时检测到多个接触点。电容式“触摸屏电子设备”可以检测到人手指不同触摸的位置与顺序，而做出相对反应。比如，触摸屏手机在开机时，可以通过检测人手触摸0-9数字的顺序可以达到识别密码的效果，以检测是否是手机的主人。又比如，人可以用手指直接在“触摸屏电子设备”上挪动以达到签名的效果。可是至今，尚未有一套系统可以允许人体不需要在触摸屏上挪动，就可以达到让电容式“触摸屏电子设备”通过触摸屏识别出独特的外来物品，用来传达以及辨认信息的效
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发明内容
本发明提供一种能通过电容式触摸屏而传达信息给“触摸屏电子设备”的系统。为了实现上述目的，本发明提出一种可控制的向电容式触摸屏传达信号的系统。这个系统通过在不同时间，在触摸屏上的不同位置，用不同顺序的触摸，而传输信息给“触摸屏电子设备”。这套系统包括硬件和软件两部分。硬件包括与触摸屏接触的底部、用来控制接触世界、位置、和顺序的电路、以及与人体接触的壳子。底部有多个接触角。接触角之间的距离各不一样。电路包括一个或者多个继电器、一个微控制单元(单片机)、以及电池。通过对微控制单元的编程，微控制单元可以产生不同信号。用不同的信号可以驱动继电器形成不同顺序的开关控制。每个开关控制的一头接在底部的接触角上，另外一头接在壳子上。当继电器允许通电的时候，电容触摸屏会传输电流到接触角，这些电流通过接触角上的导线传输到人手而产生回路，因此而达到等同于人体直接接触的效果。然而，当微控制单元输出信号让继电器关闭的时候，接触角到人体的线路就断开了，达到等同于人体停止接触的效果。就这样，用微控制单元输出给继电器不同时间段不同的开关顺序，可以控制底部的接触角不同的接触顺序。当这些接触顺序传达到“触摸屏电子设备”时，“触摸屏电子设备”会通过本发明的软件部分，来计算每次触摸角的位置、时间、与接触顺序，然后将位置、时间、和顺序翻译为可以应用的信息。本发明的有益效果是，本发明的硬件部分可以批量生产，并且可以每一个微控制单元都设置不同的信号。每个独特的信号都可以设置为一个独特的钥匙、印章、或者签名使用。这样，通过本发明的软件，一个“触摸屏电子设备”就可以鉴别具体是哪一个硬件在接触它的触摸屏，从而达到识别唯一性的效果。有了本发明，“触摸屏电子设备”可以通过触摸屏鉴别可作为钥匙、印章、签名功能的硬件部分。
图I是系统硬件部分的外观图。图2是系统硬件部分的零件装配关系图。图3是系统硬件部分的电路示意图。·
图4是系统软件部分的流程图附图中11. 2 伏电池 X 42电池盒3 开关4 导线5 电路(图 3)6圆形洞口7底部壳子(绝缘体)8电路板电源接头9顶部壳子(导体)10导电海绵I11导电海绵212导电海绵313 导线14连接导线点15连接点(连接导电海绵I)16连接点(连接导电海绵2)17连接点(连接导电海绵3)18 继电器 I (Omron 公司的 G6S-2F)19 继电器 2 (Omron 公司的 G6S-2F)20微控制单元(ATMEL公司的ATtinyl3)
具体实施例方式硬件部分图I所示的硬件底部导电海绵做的接触角(10)、(11)、(12)通过图2所示的底部壳子(7)上面的洞(6)穿过，用来接触电容式“触摸屏电子设备”的触摸屏。当接触时，电容式触摸屏会输出电流，此电流通过接触角(10)、(11)、(12)传达到电路板(5)上面的(15)、(16)、(17)连接点(图 3)。图3是电路板结构(图2中的5是电路板)。连接点(15)、(16)接在继电器(18)上。当继电器没有电压时，连接点(15)会通过继电器与中间的输出口(连接点14的输出口)接通。这样，触摸屏输出的电流就会流动到连接点(14)。连接点(14)上接连着导线
(13)，将电流传达到导电的顶部壳子(9)。人手拿着(9)，把这个硬件按在“触摸屏电子设备”上，电流就会顺着导线(13)传输到壳子，再传输到人手，从而产生回路。有了回路，电容式触摸屏就会检测到接触角接触的位置。但是当继电器(18)的正负极有了电压时，连接点(14)对应的输出口将会与连接点(15)对应的输出口断开，而链接到连接点(16)对应的输出口。这时连接点(16)连着的接触角(11)就会与人手导通。电容式触摸屏就会检查到
(11)接触的位置。相似的，(17)是连在接触角(12)的。另外一个继电器(19)在没有电压的情况下，不允许导线(17)与导线点(14)接通。而有电压的时候，就会接通，允许触摸屏感应到接触角(12)的位置。控制这两个继电器的电压是靠微控制单元(20)供给。微控制·单元应在之前已经编辑好程序，可以控制让PBO和PB4分别在不同时间输出信号分别给两个继电器产生电压。有了这个电路板，当微控制单元开始执行命令时，三个接触角就可以在不同时间分别与人手连通，与触摸屏产生回路。触摸屏就会感应到不同时间不同的接触角位置。这些数据会有软件来处理(参考“软件部分”)。微控制单元可以采用Atmel公司的ATtiny 13型号。继电器可以采用Omron公司的G6S-2F型号。此型号继电器可以被ATtiny 13的输出管直接驱动。如果采取其他品牌继电器，并遇到微控制单元输出不足功率时，可以将两个或更多的微控制单元输出管脚并接到继电器上，并且设置同时输出以增强功率。使用其他的微控制单元与继电器组合也可以实现本发明的目的。另外，为了增加电路稳定性，也可以在微控制单元与继电器之间加上三极管。用微控制单元驱动三极管，再用三极管驱动继电器。图2显示零件的拼装。电源接头(8)是给微控制单元供电的电源，连接的是电池盒的导线(4)。导线中断的位置是用来放置开关(3)。导线连接着电池盒的正负极。电池盒里放有电池四节，以达到大约5伏的电压来驱动微控制单元。硬件整体是一个印章形状。当开关(3)打开时，微控制单元就会开始控制记录好的顺序来让继电器产生电压然后消失电压，以达到不同接触点通电到人手的目的。微控制单元可以设置为每半秒变换一次指令。t匕如，在O秒的时候可以让接触角(10)通电,O. 5秒的时候让接触角(11)和(12) —起通电。当这组记录的顺序完整播放完一遍时，微控制单元会反复地循环播放。人手拿着硬件顶部(9)按到电容式触摸屏上即可工作。软件部分每当触摸屏感应到硬件部分的每个接触角时，会得到一个单位是像素的二维位置，简称X和Y。每两个接触点之间的距离可以根据勾股定理用软件计算
距离 ^~(X2 — X1)2 + (Y2 - Y1)2图4是软件的流程图。将本发明的软件安装在“触摸屏电子设备”后，将软件打开。程序就会自动开始等待接触，也就是进入图4中的“检查接触”状态。在硬件控制的接触顺序里，需要设置一个特定的接触情况，用来通知软件什么时候开始以及结束记录。比如，把接触角(10)和接触角(12)同时通电设置为特定信号(暂且命名为“接触情况A”)。在“检查接触”状态中，程序一旦检测到接触，就会判断这个接触是不是“接触情况A” (如果只有ー个接触角接触，可以断定肯定不是。如果有两个接触角接触，用两点的距离来判断)。如果不是“接触情况A”，比如说只有接触角(10) —个通电，就不做任何反应而继续等待“接触 情况A”。如果收到的信号确实是“接触情况A”，程序就会进入“记录接触”状态，开始记录下之后所有接触角的时间、位置、与顺序。直到程序再次检测出“接触情况A”的信号，才会停止记录，并且进入下一个状态“计算机路的接触数据，并且查询数据库”，在这个状态中，程序会把记录下的所有相邻的接触位置之间的时间差与距离进行计算。这组距离就可以传达到软件后台的数据库进行查询。如果数据库里有对应的时间与距离数据(一样时间差、一样距离、并且一样顺序)，软件就会做出相应的反应，比如显示“您的钥匙有效”、“您用的是I号印章”、“您签了名”、或者其他和这组数据对应的消息。如果记录下来的数据在数据库里找不到，证明这组时间差与距离数据是无效的。此时软件会显示“您的钥匙无效”、“您的印章无效”、“您的签名无效”、或者其他消息，然后重新返回“检查接触”状态。举例说明，假设底部的接触角是A，B，C。A与B之间的距离是100像素(px)。B与C之间的距离是200像素。可以把“接触情况A”设置为A与C同时接通，然后在微控制单元里记录ー组接通顺序，如下 开始(O秒)A，C同时
O. 5 秒A
I. O 秒B
I. 5 秒C
2. O 秒A
结束(2. 5秒)A，C同时
当我们把程序打开并且把硬件按在触摸屏上吋，软件会记录以下数据
距离 I (A-B) IOOpx, O. 5 秒
距离 2 (B-C) :200ρχ,0·5 秒
距离 3 (C-A) :300ρχ,0·5 秒
如果{(ΙΟΟρχ, O. 5秒)，(200px, O. 5秒)，(300px, O. 5秒)}这个组合在数据库中 有记录，则说明这个硬件是有效的，并且可以识别出是哪ー个独特的钥匙、印章、或者签名。如果数据库中没有记录，则是无效的。由于软件处理的是点与点之间的距离数据，硬件部分不需要特意按在“触摸屏电子设备”上的某个特殊位置。只要保证硬件底部的三点都接触在触摸屏上即可。需要注意的是，硬件在触摸屏上触摸会有ー个位置的误差(比如海绵变形或者人手颤抖时)。所以在与数据库对比距离数据时，可以将相差不远(比如20像素)的距离值视为同等。另外需要注意的是，硬件部分底部可以有ー个或者多个接触角。最少只需要ー个接触角，依靠这个接触角每次导通之间的时间的长短就可以得到不同的组合以传达独特信息的功能。但是，可控制的接触角数量越多，在同一时间段内可以得到不同距离的数据组合就越多，因此传达的信息内容就越多。
权利要求
1.一套利用手机、笔记本电脑、平板电脑、以及其他电子设备的电容式触摸屏而识别独特接触物的系统，其特征是它包括硬件和软件两个部分，每套系统的硬件部分有一个微控制单元，每套硬件的微控制单元可以设置输出独特的信号，通过不同的信号可以使电容式触摸屏检测到在不同时间，不同位置的触摸，每套硬件给出的独特触摸顺序会被本系统的软件部分识别，通过在数据库里搜索触摸顺序可以得出结果知道是在使用哪一套独特的硬件。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征是可以利用电容式触摸屏来识别独特的硬件部分，利用硬件部分的独特性，此系统可以达到钥匙、印章、或者签名的功能。
3.根据权利要求I所述的系统硬件部分，其特征是包括与触摸屏接触的导电接触角、电路、电池、开关、以及壳子，在电池供电并且开关打开时，通过电路控制不同的接触角，接触角会在不同的时间通电，将电容式触摸屏产生的电流引导至人体。
4.根据权利要求I所述的系统硬件部分，其特征是硬件不需要特意按在触摸屏的某个位置，只要所用到的接触角与屏幕接触即可。
5.根据权利要求3所述的接触角的使用方法，其特征是需要导电，可以有一个或者多个，它们连在电路板上，可以被电路的继电器控制每一个接触角与人体产生回路的时间段与顺序，不同的接触时间与顺序可以得到独特的组合。
6.根据权利要求3所述的电路，其特征是有一个微控制单元，它的输出口分别控制着一个或者多个继电器，这些继电器会控制接触角与人手之间的回路，当回路接通时，电容式触摸屏会检测到接通的接触角的位置。
7.根据权利要求3所述的电路，其特征是有一个微控制单元，它的输出口分别控制着一个或者多个三极管，这些三极管会分别控制不同的一个或者多个继电器，这些继电器会控制接触角与人手之间的回路，当回路接通时，电容式触摸屏会检测到接通的接触角的位置。
8.根据权利要求3所述的壳子的使用方法，其特征是壳子不一定是密封的，上面的壳子需要有导电的部分以接触人体用来与触摸屏产生回路，下面的壳子需要是绝缘的以避免触摸屏产生错误的触摸信号。
9.根据权利要求I所述的系统软件部分，其特征是可接受触摸屏记录的一个或多个触摸点位置、触摸顺序、与触摸时间，根据此三组数据，计算触摸点之间的距离，然后通过在数据库里查询距离数据是否相符而得出硬件部分的识别。
10.根据权利要求I所述的系统软件部分，其特征是如果只采取一个接触角，则不需要计算点与点之间的距离，而是可以根据计算此接触角每一次导通到下一次导通之间间隔的时间，在数据库里查询这组数据而得出硬件部分的识别。
全文摘要
一套利用手机、笔记本电脑、平板电脑、以及其他电子设备的电容式触摸屏而识别独特接触物的系统。它包括硬件和软件两个部分。硬件部分可以控制底部接触角与电容式触摸屏接触的位置、时间、与顺序。通过独特的位置、时间、与顺序，软件部分可以计算出一组独特的数据。根据这组独特的数据，具有电容式触摸屏功能的设备就可以判断出是哪一个硬件在接触，并且判断是否有效。这套系统可以利用电容式触摸屏来模仿钥匙、印章、或者签名的效果。
文档编号G06F3/044GK102915162SQ20111022339
公开日2013年2月6日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者姜维 申请人:姜维