触摸模拟装置及触摸模拟方法.pdf

本发明公开一种触摸模拟装置，其设置于待触摸装置的上方，其包括：相互交叉设置且彼此电绝缘的发射电极和接收电极、以及接收触摸控制指令的信号处理电路；接收电极通过电场感应接收待触摸装置中驱动线路的脉冲同步信号；信号处理电路根据触摸控制指令将脉冲同步信号处理成施加给发射电极的同步电场信号；同步电场信号使待触摸装置中感应线路产生判定有触摸行为发生的电场变化。本发明还公开一种触摸模拟方法。本发明在没有物理运动的情况下，实现了对触摸屏等触摸敏感装置的手指触控模拟，而且支持多点触摸、拖动、点击、双击等动作的模拟，解决了在触摸屏上方空间不允许，或者在人手不方便操作的情景下，对触摸屏等触摸敏感装置进行的操作。

权利要求书
1.  一种触摸模拟装置，其设置于待触摸装置的上方，其特征在于，所述触摸模拟装置包括：相互交叉设置且彼此电绝缘的发射电极和接收电极、以及接收触摸控制指令的信号处理电路；
所述接收电极通过电场感应接收所述待触摸装置中驱动线路的脉冲同步信号；所述信号处理电路根据所述触摸控制指令将所述脉冲同步信号处理成施加给所述发射电极的同步电场信号；
其中，所述同步电场信号使所述待触摸装置中感应线路产生判定有触摸行为发生的电场变化。

2.  根据权利要求1所述的触摸模拟装置，其特征在于，所述触摸模拟装置直接贴合在所述待触摸装置上。

3.  根据权利要求1所述的触摸模拟装置，其特征在于，所述触摸模拟装置悬浮于所述待触摸装置的上方。

4.  根据权利要求1至3任一项所述的触摸模拟装置，其特征在于，所述触摸模拟装置对所述待触摸装置进行单点触控或拖动触控或多点触控。

5.  根据权利要求1至3任一项所述的触摸模拟装置，其特征在于，所述信号处理电路包括：
微处理单元，具有指令接收端口及输出控制管脚，所述指令接收端口连接到外部触摸控制指令发起端，以接收所述触摸控制指令；
前级放大电路，连接到所述接收电极；
后级放大电路，分别连接到所述前级放大电路、所述输出控制管脚及所述发射电极；
其中，所述微处理单元根据所述触摸控制指令控制所述前级放大电路和所述后级放大电路将所述脉冲同步信号处理成所述同步电场信号，以施加给所述发射电极。

6.  一种对待触摸装置进行触摸模拟的方法，其特征在于，包括：
接收电极通过电场感应接收所述待触摸装置中驱动线路的脉冲同步信号；
信号处理电路接收触摸控制指令；
信号处理电路根据所述触摸控制指令将所述脉冲同步信号处理成同步电场 信号；
信号处理电路向所述发射电极施加所述同步电场信号；其中，所述同步电场信号使所述待触摸装置中感应线路产生判定有触摸行为发生的电场变化。

7.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述触摸模拟装置直接贴合在所述待触摸装置上。

8.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述触摸模拟装置悬浮于所述待触摸装置的上方。

9.  根据权利要求6至8任一项所述的方法，其特征在于，利用所述触摸模拟装置对所述待触摸装置进行单点触控或拖动触控或多点触控。

说明书触摸模拟装置及触摸模拟方法
技术领域
本发明涉及一种触摸模拟装置及触摸模拟方法。
背景技术
智能手机等移动智能设备由于其便利性以及丰富的应用功能，如今已经成为人们在工作和生活中不可缺少的随身物品。随着智能手机硬件规格的愈发强大，其运算存储能力已经接近或超过个人计算机，之前诸多在个人计算机系统上运行的应用已经能够完全在智能手机上运行，可以说在一定程度上智能手机可以替代个人计算机。出于对便携性的要求，智能手机屏幕的尺寸通常设计为较小的尺寸，例如5英寸以下，这限制了智能手机在一些需要更大显示尺寸场合的应用。
目前，智能手机通常都带有HDMI视频输出，可以将手机屏幕显示的内容投射到其他屏幕上。另外一些方法，比如苹果公司的私有协议Airplay mirroring技术，或者一些技术联盟的开放协议如DLNA、Miracast等技术，也可以实现将手机屏幕显示的内容投射到其他屏幕上，以解决手机屏幕的尺寸较小而在一些场合不适用的问题。
例如，可通过手机HDMI接口将手机显示的内容投射到大尺寸的电视机或投影仪上。此时，相比于通过手机触摸屏进行操作，人们更喜欢直接触控大屏幕来实现对显示内容的控制。当前很多大尺寸显示设备具备了触控功能，但如何将从大屏幕上获取的触控操控指令有效地传递给手机是一个挑战。
再例如，越来越多的驾驶者使用手机运行的导航软件来替代汽车内嵌的专用大屏幕车载导航系统。但由于手机的尺寸较小、安装位置距离身体较远等原因，驾驶者对手机进行操作时会给行车安全性带来一定的负面影响。本田公司生产的凌派汽车，可以通过HDMI接口，将手机屏幕显示内容投射到车载显示设设备的屏幕上，来解决手机显示尺寸小的问题，但这种连接并不支持在车载显示设备上对手机进行操控。
上述的对手机操控的问题，可以归类为远程控制手机问题。目前常见的解决方案之一如图1所示，在触摸控制指令发起端的触摸控制指令(诸如电视机、 车载大屏幕显示屏上的触摸动作)通过特定的通信通道以及通信协议(诸如TCP/IP协议、WIFI协议、蓝牙HID协议、USB协议等)与计算机系统(这里，手机、平板电脑可以被认为是一种形态的计算机系统)相连，触摸控制指令部分或全部绕开手机触摸屏的触摸系统，直接送达手机的接口处理单元，手机根据接收到的触摸控制指令运行相应的功能，例如打开应用程序、浏览器翻页等。
然而，图1所示的解决方案会受限于手机所使用的操作系统(当前主流的手机操作系统包括Android、IOS、Windows等)，以及所述通信接口的开放程度和开放方式。例如Google公司的Android操作系统，由于其开放性，手机制造商会基于原生Android系统进行定制开发，而是否支持和/或开放所述通信接口，取决各厂商不同的产品策略。又如苹果公司开发的用于手机及平板电脑的IOS操作系统，出于对体验和信息安全的要求，IOS系统本身并不开放对基于上述协议的全部或部分的功能。从以上这两个主流操作系统上可以看出，通过绕开触摸面板直接与手机进行通信来操作存在较大的兼容性和一致性问题，而有些情况下甚至无法实现，即使能够实现也需要付出较大的成本。
图1所示的解决方案的另一个限制，在于由于上述通信协议(如蓝牙HID协议)并非是面向手机的触控操作设计的，触摸控制指令的传递方式通常失去了对手机进行多触点控制这一特征，这会影响应用的功能实现，同时降低了用户体验。
此外，另一种可行的触摸控制指令传递方式可以规避上述兼容性和体验问题。使用带有手指及关节的机械手来替代人手操作，如图2所示。如果机械手具备多个手指，那么该系统可以支持对触摸屏进行多点触摸操作，这样可以保留由于多点操作带来的良好操作体验。机械手需要通过关节的物理运动来实现触控操作，对操作空间有一定要求。另外随着触控点数需求的增加，机械手的手指数也必需随之增加，导致机械手的尺寸和重量也随之变大。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种触摸模拟装置，其设置于待触摸装置的上方，其中，所述触摸模拟装置包括：相互交叉设置且彼此电绝缘的发射电极和接收电极、以及接收触摸控制指令的信号处理电路；所述接收电极通过电场感应接收所述待触摸装置中驱动线路的脉冲同步信号；所述信号处理电路根据所述触摸控制指令将所述脉冲同步信号处理成施加给所述发射电极的同步电场信号；其中，所述同步电场信号使所述待触摸装 置中感应线路产生判定有触摸行为发生的电场变化。
进一步地，所述触摸模拟装置直接贴合在所述待触摸装置上。
进一步地，所述触摸模拟装置悬浮于所述待触摸装置的上方。
进一步地，所述触摸模拟装置对所述待触摸装置进行单点触控或拖动触控或多点触控。
进一步地，所述信号处理电路包括：微处理单元，具有指令接收端口及输出控制管脚，所述指令接收端口连接到外部触摸控制指令发起端，以接收所述触摸控制指令；前级放大电路，连接到所述接收电极；后级放大电路，分别连接到所述前级放大电路、所述输出控制管脚及所述发射电极；其中，所述微处理单元根据所述触摸控制指令控制所述前级放大电路和所述后级放大电路将所述脉冲同步信号处理成所述同步电场信号，以施加给所述发射电极。
本发明的另一目的还在于提供一种对待触摸装置进行触摸模拟的方法，其包括：接收电极通过电场感应接收所述待触摸装置中驱动线路的脉冲同步信号；信号处理电路接收触摸控制指令；信号处理电路根据所述触摸控制指令将所述脉冲同步信号处理成同步电场信号；信号处理电路向所述发射电极施加所述同步电场信号；其中，所述同步电场信号使所述待触摸装置中感应线路产生判定有触摸行为发生的电场变化。
进一步地，将所述触摸模拟装置直接贴合在所述待触摸装置上。
进一步地，将所述触摸模拟装置悬浮于所述待触摸装置的上方。
进一步地，利用所述触摸模拟装置对所述待触摸装置进行单点触控或拖动触控或多点触控。
本发明在没有物理运动的情况下，实现了对触摸屏等触摸敏感装置的手指触控模拟，而且支持多点触摸、拖动、点击、双击等动作的模拟，解决了在触摸屏上方空间不允许，或者在人手不方便操作的情景下，对触摸屏等触摸敏感装置进行的操作，同时避免了由于不同手机的操作系统、协议的开放和支持程度的差别带来的兼容性问题。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1示出了现有技术的一种远程控制手机的解决方案；
图2示出了现有技术的一种利用机械手操作手机的示意图；
图3是根据本发明的实施例的发射电极和接收电极的排布示意图；
图4是根据本发明的实施例的触摸模拟装置的结构示意图；
图5是利用根据本发明的实施例的触摸模拟装置对待触摸装置进行触摸模拟的原理图；
图6是根据本发明的实施例的信号处理电路的电路结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚器件，夸大了层和区域的厚度，相同的标号在整个说明书和附图中可用来表示相同的元件。
图3是根据本发明的实施例的发射电极和接收电极的排布示意图。图4是根据本发明的实施例的触摸模拟装置的结构示意图。
参照图3和图4，根据本发明的实施例的触摸模拟装置包括：多个发射电极10、多个接收电极20、信号处理电路30。
多个发射电极10沿第一方向间隔排布。每个发射电极10沿第二方向延伸。在本实施例中，每个发射电极10呈长条形状，但本发明并不限制于此。在本实施例中，第一方向与第二方向呈现大致垂直的布置，但本发明并不限制于此。此外，本发明中的发射电极10的数量并不以图3所示为限，例如，发射电极10的数量为一个也可。
多个接收电极20沿第二方向间隔排布。每个接收电极20沿第一方向延伸。在本实施例中，每个接收电极20呈长条形状，但本发明并不限制于此。此外，本发明中的接收电极20的数量并不以图3所示为限，例如，接收电极20的数量为一个也可。
需要说明的是，本发明的发射电极10和接收电极20采用了相互交叉的方 式布置，但本发明并不限制于此，例如二者也可以采用其他合适类型的设置方式进行布置。
每个发射电极10和每个接收电极20之间由电解质分隔开，也就是说，每个发射电极10和每个接收电极20之间电绝缘。
多个发射电极10的每个以及多个接收电极20的每个均连接到信号处理电路30。信号处理电路30还与外部的触摸控制指令发起端40连接，以使信号处理电路30从外部的触摸控制指令发起端40接收外部的触摸控制指令发起端40产生的触摸控制指令。
图5是利用根据本发明的实施例的触摸模拟装置对待触摸装置进行触摸模拟的原理图。在图5中，为了便于说明，仅示出两个发射电极10和一个接收电极20。当然，应当理解的是，其他的发射电极10和接收电极20同样适用图5所示的触摸模拟原理。
一并参照图3至图5，在利用根据本发明的实施例的触摸模拟装置对待触摸装置(或称触摸敏感装置)100进行触摸模拟时，根据本发明的实施例的触摸模拟装置通常设置在待触摸装置100上。例如，根据本发明的实施例的触摸模拟装置直接贴合在待触摸装置100上；或者，根据本发明的实施例的触摸模拟装置悬浮在待触摸装置100上，例如，根据本发明的实施例的触摸模拟装置与待触摸装置100之间具有极短距离，该极短距离不影响触摸模拟的效果。
当信号处理电路30未接收到来自触摸控制指令发起端40发出的触摸控制指令时，信号处理电路30不会向两个发射电极10施加电场。由于发射电极10的尺寸较小，不会产生足以影响待触摸装置100判断触摸行为产生的电场变化，待触摸装置100不会上报触摸行为。这里，发射电极10上施加的电场大小可以根据应用需求进行静态或者动态的调节。在一些实际场景下，待触摸装置100会根据电场变化的大小来识别触摸装置的按压力度。在上述场景下，这种可调节电场大小的特性非常有用。
接收电极20通过电场感应接收到来自待触摸装置100内部的驱动线路120的脉冲同步信号，该脉冲同步信号在信号处理电路30中进行了放大、整形、相移等必要的信号处理。当信号处理电路30接收到了来自外部的触摸控制指令发起端40的触摸控制指令时，如在感测点A位置上产生一个触摸动作，信号处理电路30将来自接收电极20的脉冲同步信号处理成同步电场信号，并将该同步电场信号施加给感测点A对应的发射电极10。由于该同步电场信号的存在，对 待触摸装置100内部的感应线路140产生了足以判定有触摸行为发生的电场变化，此时待触摸装置100会上报感测点A位置发生了一个触摸操作。于此同时，信号处理电路30并未对另一个发射电极10(即感测点B对应的发射电极)施加同步电场信号，感测点B的电场仍保持稳态，待触摸装置100并不会上报在感测点B上有任何触摸。以上过程实现了触摸控制指令在待触摸装置100上一个指定位置的触摸行为(即单点触摸行为)的模拟。
在实现拖动行为的模拟时，例如将模拟触摸点从感测点A向感测点B拖动。信号处理电路30根据来自外部的触摸控制指令发起端40发出的触摸控制指令，将来自接收电极20的脉冲同步信号处理成同步电场信号，首先对感测点A对应的发射电极10施加同步电场信号，然后对感测点B对应的发射电极10施加同步电场信号，同时逐步撤销对感测点A对应的发射电极10的同步电场信号的施加，并保持对感测点B对应的发射电极10的同步电场信号的施加。假设感测点A和感测点B在物理上相邻，那么待触摸装置100以及计算机系统会判定一个从感测点A到感测点B的拖动行为。以上过程实现了两个感测点间的拖动触控行为模拟。应该理解的是，可以在多个感测点间实现该拖动触控模拟，以实现更大范围和更复杂的拖动操作模拟。
例如，在实现多点触摸操作模拟时，信号处理电路30接收到来自外部的触摸控制指令发起端40发出的多点触摸控制指令，将来自接收电极20的脉冲同步信号处理成同步电场信号，同时对感测点A对应的发射电极10、感测点B对应的发射电极10施加同步电场信号，待触摸装置100会在感测点A和感测点B上同时感测到触摸行为。示例给出了两个发射电极100以及对应的感测点的两点操作模拟，应该理解，实践中可以包括对更多个电极以及对应的感测点的多点操作模拟。
图6是根据本发明的实施例的信号处理电路的电路结构示意图。在图5中，为了便于说明，仅示出两个发射电极10和一个接收电极20与信号处理电路30的电路结构连接的示意图。当然，应当理解的是，其他的发射电极10和接收电极20可利用图6所示的电路连接结构进行连接。
参照图6，根据本发明的实施例的信号处理电路30包括：微处理单元(MCU)32、前级放大电路340、后级放大电路360、后级放大电路380。应当理解的是，随着发射电极10的数量增加以及接收电极20的数量增加，前级放大电路340、后级放大电路360以及后级放大电路380的数量对应增加。
微处理单元32具有一指令接收端口321及输出控制管脚s1、s2。指令接收端口321连接到外部的触摸控制指令发起端40，用于接收外部的触摸控制指令发起端40发出的触摸控制指令。前级放大电路340连接到对应的接收电极20。后级放大电路360分别连接到对应的前级放大电路340、对应的输出控制管脚s1以及对应的发射电极10(例如感测点A对应的发射电极)。后级放大电路380连接到对应的前级放大电路340、对应的输出控制管脚s2以及对应的发射电极10(例如感测点B对应的发射电极)。
微处理单元32根据触摸控制指令控制前级放大电路340以及后级放大电路360和/或380将接收电极20提供的脉冲同步信号处理成同步电场信号，并对感测点A对应的发射电极10和/或感测点B对应的发射电极10施加同步电场信号，影响待触摸装置100的电场分布，从而在没有物理运动的情况下实现对真实触摸行为的模拟。
综上所述，根据本发明的实施例，在没有物理运动的情况下，实现了对触摸屏等触摸敏感装置的手指触控模拟，而且支持多点触摸、拖动、点击、双击等动作的模拟，解决了在触摸屏上方空间不允许，或者在人手不方便操作的情景下，对触摸屏等触摸敏感装置进行的操作，同时避免了由于不同手机的操作系统、协议的开放和支持程度的差别带来的兼容性问题。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。