一种飞机高安全等级触控装置及方法与流程

本发明属于航空航天显控设备安全性技术领域，尤其涉及一种飞机高安全等级触控装置。

背景技术：

电容式触控屏因优良的触摸灵敏度和极佳的用户体验在消费电子领域，尤其是手机等移动智能终端领域得到广泛应用。把该技术应用到飞机等飞行器上，尤其是应用到民用飞机驾驶舱里面是当前的技术热点。

然而电容式触控屏的处理对象是手指电容变量，其值通常不到1pf，为了准确识别手指信号，触控屏的电容灵敏度通常较高。在外部噪声环境，或触控屏本身电路噪声较高时，算法处理不完善，将容易产生“鬼点”，导致触控屏发生误报。这种偶发的小概率误报在消费电子领域通常不会产生什么大问题，然而在航行的飞机上，若因此导致某个参数偏离或错误，将会导致灾难性的后果。

1970年起，faa建立了以1e-9为特征的概率指标体系：所有原因导致的灾难性事故发生概率为1e-6/fh(fh为飞行小时)；仅由系统引起的灾难性事故为10％*1e-6/fh＝1e-7/fh；假设每架飞机上有100个灾难性失效状态，则每个灾难性失效状态出现的概率为1e-9/fh。同时ac25.1309-1barsenal，即1309条款，对设备的设计保证等级做了量化规定，a级失效发生概率应小于1e-9，b级失效发生概率应小于1e-7，c级失效发生概率应小于1e-5，d级失效发生概率应小于1e-3，其安全性依次降低。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种飞机高安全等级触控装置，用以解决当前电容式触控屏安全性等级较低问题，以扩大触控屏在航空航天领域的应用范围。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

技术方案一：

一种飞机高安全等级触控装置，所述装置从上到下依次包括：保护玻璃、触控感应器和显示器，所述装置还包括应变感应器、触控控制器以及主处理器；

所述应变感应器设置在保护玻璃之下；

所述触控感应器的输出端和所述应变感应器的输出端分别与所述触控控制器的数据输入端连接；

所述触控控制器与所述主处理器通过数据线连接，所述主处理器的驱动输出端与所述显示器的驱动输入端连接。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：

(1)所述应变感应器设置在保护玻璃和触控感应器之间，或者所述应变感应器设置在触控感应器和显示器之间，或者所述应变感应器设置在显示器下方。

(2)所述触控控制器内设置有应变量接口；

所述应变感应器的输出端与所述触控控制器内的应变量接口连接。

(3)所述触控感应器为电容式触控屏；

所述应变感应器为薄膜式电阻应变器，或者薄膜式压电应变器，或者微型光栅应变器。

技术方案二：

一种飞机高安全等级触控方法，所述方法应用于如技术方案一所述的装置，假定飞机安全等级记为a级、b级、c级和d级，且其危险性依次降低，显示器上设置有对应于a级、b级、c级和d级的功能按钮，其特征在于，所述方法包括：

当手指接近或者触摸屏幕，触控控制器根据耦合电容的变化，确定手指的数量和每个手指的位置，触控控制器根据应变感应器是否有输出，确定应变力的大小；

所述触控控制器将所述手指的数量和每个手指的位置，以及应变感应器输出的应变力的大小输出给主处理器；

所述主处理根据预设规则驱动显示器上对应级别按钮进行相应。

本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：

(1)所述主处理根据预设规则驱动显示器上对应级别按钮进行相应，所述预设规则包括：

若应变感应器输出的应变力大小为零，则主处理器根据触控控制器输出的所述手指的数量和每个手指的位置，判定触摸在显示屏上发生的位置；

若触摸在显示屏上发生的位置位于a级按钮和b级按钮位置，则主处理器将屏蔽位置信息，使相应按钮不被触发；

若触摸在显示屏上发生的位置位于c级按钮及更低级按钮位置，则主处理器触发相应功能按钮，产生触控响应。

(2)所述主处理根据预设规则驱动显示器上对应级别按钮进行相应，所述预设规则还包括：

若应变感应器输出的应变力大小不为零，则主处理器确定应变感应器输出的应变力的大小和位置，并根据触控控制器输出的所述手指的数量和每个手指的位置，判定触摸在显示屏上发生的位置；

根据应变力的位置和触摸在显示屏上发生的位置，计算它们之间的距离；

若两者距离小于预设距离，且应变力大于预设值，则根据触摸在显示屏上发生的位置，主处理器响应任意级别的功能按钮，产生相应触控响应。

(3)所述主处理根据预设规则驱动显示器上对应级别按钮进行相应，所述预设规则还包括：

若两者距离大于预设距离，或者应变力小于预设值，则确定触摸在显示屏上发生的位置是否位于a级按钮和b级按钮对应的位置；

如果位于a级按钮和b级按钮对应的位置，则主处理器屏蔽位置信息，使相应按钮不被触发；如果位于c级按钮及更低级按钮对应的位置，则主处理器触发相应功能按钮，产生触控响应。

附图说明

图1为传统电容式触控屏结构示意图；

图2为本发明提供的改进后的电容式触控屏结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

当前电容式触控屏设备设计保证等级大致在c级，对于a级和b级应用，为了防止事故发生，电容式触控屏将被禁止使用。

表1安全设计等级说明

传统电容式触控屏方案，如图1所示，触控sensor由驱动电极和传感电极组成，电极交叉处存在耦合电容。当手指接近sensor时，耦合电容值将发生变化，传感电极上的信号也将相应变化，通过触控控制器里面的算法解算，从而定位出手指位置。手指位置信息通过数据线发送到主处理器，触控屏上报的手指位置信息分辨率通常与显示器的分辨率保持一致，若此位置信息位于相应的功能按钮上，则该功能按钮产生相应的响应。同理，当有噪声或者干扰出现在触控sensor上，耦合电容值也将发生变化，会有伪手指(“鬼点”)位置信息上报。为防止a、b级事故发生，引起灾难性或危险性事故，主处理器通常仅响应c级及以下功能按钮，a、b级按钮需通过其他相应设计保证等级的设备触发，比如物理按键。

本发明改进的高安全性电容式触控方案，如图2所示，主要包括：位于lens(保护玻璃)和显示器之间的应变感应器(薄膜式电阻应变器、薄膜式压电应变器或微型光栅应变器等)，位于触控控制器里面的应变量接口及相应算法等。

本发明的技术方案为：当手指接近或者轻触屏幕，触控sensor有信号变化，而应变感应器无信号变化时，同传统方案一致，主处理器仅响应c级及以下功能按钮，以获得电容式触控屏优越的用户体验，而避免灾难性或危险性事故发生。当手指触摸屏幕，触控sensor有信号变化，应变感应器也有信号变化时，主处理器将根据手指位置信息，响应所有安全等级的功能按钮，从而扩大触控屏的应用范围到所有安全等级。

其数学原理为：电容式触控屏设备设计保证等级大致在c级，失效发生概率小于1e-5，应变感应器设计保证等级大致在c级，失效发生概率小于1e-5，两者同时出现失效的概率为1e-5*1e-5＝1e-10，小于1e-9，满足a级设计保证等级，因而可以作为a级及以下所有级别的功能按钮的输入触发。

参照图2，本发明实施方案流程如下：

(1)手指接近或触摸屏幕，耦合电容发生变化，应变感应器产生相应的输出(若有应变发生的话)。这些变化信息及输出数值，传递到触控控制器作处理。

(2)触控控制器根据耦合电容的变化，计算出手指的数量和位置等信息sensor【(id1，x1，y1，s1，δx1，δy1)，…(id10，x10，y10，s10，δx10，δy10)】，假定最多10个手指，id1表示第一个手指的编号，x1表示第一个手指的横坐标，y1表示第一个手指的纵坐标，s1表示第一个手指的面积，δx1表示第一个手指的横向跨度，δy1表示第一个手指的纵向跨度，其余以此类推，id、x、y为核心信息，其他为辅助信息。触控控制器根据应变感应器的输出，判定出该应变感应器是否有输出strain【(m1，n1，value1)，…(mz，nz，valuez)】，假定最多z个应变感应器，m1表示第一个应变感应器的横坐标，n1表示第一个应变感应器的纵坐标，value1表示第一个应变感应器的数值，其余以此类推。

(3)sensor【(id1，x1，y1，s1，δx1，δy1)，…(id10，x10，y10，s10，δx10，δy10)】信息和strain【(m1，n1，value1)，…(mz，nz，valuez)】信息，通过数据线从触控控制器传递到主处理器。

(4)主处理器分析sensor信息和strain信息，若上传的数据中只有sensor信息，没有strain信息，则提取出sensor中的id数量和相应的x、y坐标，判定这些触摸发生的位置。若位于a级按钮和b级按钮位置(见图2中黄色按钮)，为防止a、b级事故发生，引起灾难性或危险性事故，主处理器将屏蔽这些位置信息，使相应按钮不被触发；若位于c级按钮及更低级按钮位置，则触发相应功能按钮，产生触控响应。

(5)主处理器分析sensor信息和strain信息，若上传的数据中不仅有sensor信息，还有strain信息，则提取出sensor中的id数量和相应的x、y坐标，并提取出strain中的位置信息和数值。根据sensor位置数据和strain位置数据，计算它们之间的距离。若两者距离较近，且strain的数值较大，则根据sensor位置信息，响应所有安全级别的功能按钮，产生相应触控响应；若不满足前面的“两者距离较近，且strain的数值较大”，则判定sensor位置是否位于a级按钮和b级按钮位置(见图2中黄色按钮)，如果位于它们上面，为防止a、b级事故发生，引起灾难性或危险性事故，主处理器将屏蔽这些位置信息，使相应按钮不被触发，如果位于c级按钮及更低级按钮位置，则触发相应功能按钮，产生触控响应。

本申请技术方案提高了电容式触控屏安全性等级，扩大了电容式触控屏在航空航天领域的应用范围。使得电容式触控屏可以应用于所有安全性级别的应用；提高了电容式触控屏运动场景的用户体验。即使电容式触控屏无失效情况发生，然而因为运动的原因，会引起手指本身触摸不准确，从而产生误操作，引入应变量信息，可降低此类误操作的发生。