一种触摸屏画图实验教学设计方法及系统与流程

1.本发明涉及智能化教学领域，特别是涉及一种触摸屏画图实验教学设计方法及系统。


背景技术：

2.随着多媒体信息查询设备的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏不仅适用于多媒体信息查询的需要，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。
3.同时，触摸屏也是嵌入式开发必不可少的组成部分，触摸屏虽然应用广泛，为大众所熟知，但是对于触摸屏如何通过完成相关指令从而实现各项功能的教学大多停留在理论教学阶段，使相关专业学生停留在对触摸屏使用认识的阶段，对触摸屏的工作原理及控制缺乏实践教学环节，使相关专业学生认识肤浅，不够直观，大大降低了专业学员的学习兴趣和积极性。
4.因此，亟需一种对触摸屏工作原理及控制的实践教学方法，使专业学生深入了解触摸屏的工作原理及控制过程，提高学生的学习兴趣和积极性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种触摸屏实验教学设计方法及系统，以解决上述现有技术存在的问题，使学生深入实践触摸屏的工作原理及控制过程，提高学生的学习兴趣和积极性。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种触摸屏实验教学设计方法，包括以下步骤：
7.验证参与教学设计者的身份，输出验证结果；
8.显示触摸屏实验教学设计的信息；
9.存储并运行所述触摸屏实验教学设计所需的控制程序，显示所述触摸屏实验教学设计的结果。
10.可选地，所述验证参与教学设计者的身份，输出验证结果包括：
11.显示所述参与教学设计者的身份验证界面；
12.对比所述参与教学设计者的身份验证信息，若正确，则通过，若不正确，则显示错误提示信息，重新进行验证。
13.可选地，所述触摸屏实验教学设计的信息包括：触摸屏实验教学设计名称、触摸屏实验教学设计时间和触摸屏实验教学设计程序要求。
14.可选地，所述存储并运行所述触摸屏实验教学设计所需的控制程序，显示所述触摸屏实验教学设计的结果包括：
15.存储所述触摸屏实验教学设计所需的显示程序；
16.存储所述触摸屏实验教学设计所需的检测定位程序；
17.运行所述显示程序和所述检测定位程序，校准界面坐标，接受并执行触摸指令，显示所述触摸屏实验教学设计的结果。
18.还提供一种触摸屏实验教学设计系统，包括：
19.登录验证模块，用于验证验证参与教学设计者的身份，并输出验证结果；
20.显示模块，用于显示所述验证结果和触摸屏实验教学设计的信息；
21.程序存储模块，用于存储触摸屏实验教学设计所需的控制程序；
22.主控制模块，用于运行触摸屏实验教学设计所需的控制程序；
23.触摸显示模块，用于显示所述触摸屏实验教学设计所需的控制程序的运行结果。
24.可选地，所述登录验证模块，具体用于显示所述参与教学设计者的身份验证界面；
25.对比所述参与教学设计者的身份验证信息，若正确，则通过，若不正确，则显示错误提示信息，重新进行验证。
26.可选地，所述显示模块显示的所述触摸屏实验教学设计的信息包括：触摸屏实验教学设计名称、触摸屏实验教学设计时间和触摸屏实验教学设计程序要求。
27.可选地，所述程序存储模块，具体用于：存储所述触摸屏实验教学设计所需的显示程序；
28.存储所述触摸屏实验教学设计所需的检测定位程序。
29.可选地，所述主控制模块具体用于运行所述显示程序和所述检测定位程序，校准界面坐标，接受并执行触摸指令。
30.可选地，所述主控制模块采用stm32f103rc芯片。
31.本发明公开了以下技术效果：
32.本发明提供了一种触摸屏画图实验教学设计方法及系统，本发明进行参与实验者身份验证，防止不明身份人员使用该实验系统，在实验教学中，根据教学实验内容进行内容设计，满足多种可视化显示应用，实验效果比较直观，能大大提高学生学习的兴趣和积极性。并且本系统硬件设计简单，制作成本低，适合多种教学场所使用，具有很好的应用范围和推广意义。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明实施例中触摸屏实验教学设计方法流程示意图；
35.图2为本发明实施例中触摸屏实验教学设计系统结构示意图；
36.图3为本发明实施例中区域内接触点在xy方向分压检测示意图；
37.图4为本发明实施例中触摸屏校准原理示意图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
40.本发明提供一种触摸屏实验教学设计方法，在本实施例中以利用触摸屏作为画图板进行绘画的编程实验设计课题，如图1所示，包括以下步骤：
41.s100、参与触摸屏画图实验设计课题的学生登录触摸屏实验教学设计系统进行身份验证。
42.本实施例中，触摸屏实验教学设计系统的结构如图2所示，该系统包括登录验证模块、显示模块、程序存储模块、主控制模块和触摸显示模块，其中，验证登录模块、显示模块和程序存储模块设置于上位机中，程序存储模块通过usb转串口电路将实验过程中所需要的控制程序传输到主控制模块，主控制模块与触摸显示模块进行电性连接，将触摸指令发送到主控制模块以及将主控制模块的程序执行结果通过触摸显示模块进行显示。
43.本实施例中的登录验证模块包括身份信息录入单元、对比验证单元和通信单元，学生将身份信息输入到身份信息录入单元，对比验证单元将输入的信息与预先存储的信息进行比较，并将比较结果通过通信单元传输到显示模块，比较结果包括两种：正确，则进入s200，显示触摸屏画图实验设计课题的具体内容，如果不正确，则显示信息输入错误，重新输入身份信息进行再次验证。
44.s200、将触摸屏画图实验设计课题的信息显示在显示模块上，以便学生了解触摸屏画图实验设计课题要求。
45.触摸屏画图实验设计课题的信息包括但不限于触摸屏画图实验教学设计名称、触摸屏画图实验教学设计时间和触摸屏画图实验教学设计所需要编写的程序要求。
46.s300、学生根据触摸屏画图实验设计课题的信息，编写课题所需要的程序并进行存储，程序编写完成后传输到主控制模块，主控制模块执行程序，并将执行结果传输到触摸显示屏进行显示。
47.本实施例中，需要开发相应的demo程序，利用开发函数库，采用库函数方式编程，添加相关库函数文件和头文件，在程序设计中根据实验项目要求，只需要完成对触摸液晶屏相关io口初始化，lcd和触摸屏的校准以及完成两个主要任务：液晶显示程序和触摸屏检测程序。
48.在本实施例中，液晶显示除了显示必要的提示信息，最主要是画点程序，需要能根据检测到的触摸笔坐标，把相应坐标位置的点显示出来，因此液晶显示程序主要操作需要对液晶屏进行初始化；编写字符显示函数来显示一些提示信息；编写画点函数用来实现画图的基本操作。液晶显示程序中的液晶初始化程序是相关io口的工作模式方式设置；液晶屏id的读取；然后根据各种命令参数来编写相关读写操作的命令子函数以及显示子函数。在显示函数的编写中，除了上述函数外，还需要编写用于校准的显示十字图标函数，以及设置液晶屏显示方向(横屏显示还是竖屏显示)，显示颜色等其他函数。
49.触摸屏检测程序包括校准检测程序和检测接触点坐标程序。本实施例中，电阻屏的电阻值在一个方向上是线性变化的，即电阻的变化与位置的变化成线性比例关系，因此可以通过电压检测，然后根据分压值来实现定位，如图3所示。
50.若屏幕上t点被触压，则需要分两次分别检测x方向和y方向的该点电压，由于触摸屏集成的xpt2046芯片，其内部自带ad转换电路，通过其spi接口可以直接发送不同的命令，检测不同方向的电压值，并通过spi接口读取每次转换的ad值，需要注意的是读取的ad值只有高12位有效，因此其转换得到的最小值为0，最大值为4095，然后通过公式可以取得t点的x和y坐标值如下
51.tx＝x0 k1*t1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
52.ty＝y0 k2*t2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
53.式(1)和式(2)中的x0，y0，系数k1，k2可以由校准检测电路检测计算所得，t1为t点在x方向检测时的分压值，t2为y方向检测时的分压值。
54.校准检测可以采用二点法，三点法，四点法，五点法进行，我们这里采用四点法，就是首先在液晶屏四个角的固定位置显示四个校准点(s1，s2，s3，s4)，然后利用触摸笔按规定好的顺序在四个点(尽可能的与s1，s2，s3，s4重叠，实际中因为人的操作、视角等原因，不可能完全重叠)上触压，假设触摸屏上的四个点为m1，m2，m3，m4，如图4所示。
55.记m1和m2之间的距离为d1，m1和m3之间的距离为d2，m3和m4之间的距离为d3，m2和m4之间的距离为d4，程序中需要检测各点的坐标，例如检测得到点m1的坐标为(x
m1
,y
m1
)，点m2的坐标为(x
m2
,y
m2
)，根据坐标算距离的公式
56.d12＝|x
m1
‑
x
m2
|2 |y
m1
‑
y
m2
|2ꢀꢀꢀ
(3)
57.计算出d1，用同样的方法可以得到d2，d3，d4，d5，d6，为了触摸屏校准正确，则需要满足d1＝d3，d2＝d4，d5＝d6，然而由于按触点的人为和屏幕的结构工艺等原因，这三个等式不可能完全相同，所以在程序中需要设定每两个比较值之间的差值在一定范围内才可以。
58.根据以上算法和原理，编写相应的坐标检测程序和校准程序，然后配合其他配套的函数，完成本实施例中所需要的程序文件，并保存程序。
59.将程序文件通过usb转串口电路传输到主控制模块，系统重新上电复位后，显示模块显示提示信息，进入坐标校准界面，按照提示用触摸笔进行定位校准后，就可进入绘画环节，主控制模块执行相应的程序指令，并将执行结果传输到触摸显示模块显示程序指令的执行结果。
60.进一步优化方案，本实施例中，主控制模块采用采用stm32f103rc，其主要特点有以下几方面：芯片采用常规的64引脚lqfp封装，内部集成有256k的flash以及48k的ram空间，11个timer定时器，51个gpio口，5个usart，1个usb口，若干其他接口。其资源完全能满足本实验项目的硬件需求，特别是其内部集成的flash和ram空间足够大，也使得设计的电路板比传统arm(需要外扩存储器)设计的电路板更简单可靠，且节省时间和成本；另外cpu内部集成足够多的外设接口，使得cpu和其他电路的连接非常方便。采用该芯片能够根据实验需求外接更多设备，满足实验所需。
61.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
62.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。