多点触控技术在工业人机界面中的研究与应用

摘要

工业人机界面(Industrial Human-machine Interface或简称IndustrialHMI)是一种带微处理器的智能终端，一般用于工业场合，实现人与机器之间的文字或图形显示，以及输入等信息交互功能。工业人机界面一般会配套组态软件，以方便客户的图形化编程。管理员通过开放式软件编辑适合自己的组态，下载到触摸屏人机界面中；操作员通过触摸屏进行控制。在技术不断发展的今天，电容屏多点触控的出现，使得触控领域出现了一个新的转折点。虽然目前工业人机界面中，基本上都还采用着传统的电阻屏，但是在工业自动化快速发展的大趋势和电容屏越来越占据触控核心地位的前提下，电容屏多点触控技术应用于工业触控屏中，必然是未来发展的方向。
　　本文在PXA168的硬件开发平台基础上，添加了多点触控子系统，实现了基于电容屏的多点触控及手势识别。硬件部分首先选择了电容屏和相关触控芯片，完成了触控模组的设计；然后在PXA168开发平台上添加了I2C总线的多点触控硬件接口，完成了多点触控子系统的硬件设计。
　　软件部分分为系统软件和应用软件。系统软件部分完成了多点触控的驱动和内核移植。首先修改并移植了适合Android系统运行的启动代码以及内核，在Android系统中测试了多点触控芯片的功能。然后设计了Linux下多点触控的驱动程序，并融入内核，在Linux的文件系统中，采集到触控数据。
　　应用软件部分完成了各种手势的识别算法。圆手势的识别中，首先尝试了霍夫变换，虽然识别的准确率很高，但由于其计算量太大，并不适合用于嵌入式系统；然后使用了最小二乘法进行圆拟合，也可以得到较好的结果；最后，结合触控数据的特殊性，提出了一种快速简便的方法：这种算法首先需要通过多组的测试数据确定一个判定阈值，确定阈值后，每次检测只需要对3～5个点之间的距离进行计算，即可判别手势。本课题中用100组数据确定了阈值，在之后的数据测试中，得到了98％的正确率；类似地，也完成了旋转手势、进入隐藏菜单等多个手势的识别。测试结果显示多种手势判别的准确率可达98.7％。
　　最后，将这些手势应用于实际的工业组态中，模拟组态运行，得到了模拟的效果图。